Spannungsmessung

[chruttli]

Hallo Zusammen

Habe mich mal durch einige Spannungsmessungs-Threads durchgelesen.

Das ganze macht man anscheinend am einfachsten mit nem Spannungsteiler und einem ADC-Port des AVR, oder? Sähe dann etwa so aus, oder?

Akku-Spannung
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| | R1
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|---------- ADC
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| | R2
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Ground

Mein Akku liefert vollgeladen irgendwas um die 9V.

Ich sehe es doch richtig, dass mit dieser Schaltung konstant ein kleiner Strom fliesst, oder? Wie gross können die Widerstände gewählt werden, damit der "Verlust" im Sinne von verbratenem Strom möglichst gering gehalten werden kann?
Würde es Sinn machen, wenn ich die Spannung nur alle 5 Sekunden abfrage, den Ground noch über einen AVR-Pin zu schalten, damit er in den Pausen, in denen nicht gemessen wird, nicht unnötig Strom verbraucht?

Grüsse
Chruttli

[Hubert.G]

Durch die Schaltung fließt natürlich ein kleiner Strom, bei 2 mal 10k etwas weniger als 0,5mA. Das musst dann du entscheiden ob dieser Strom im Verhältnis zum Betriebsstrom relevant ist.
Ob das Meßergebnis durch den GND über einen Pin verfälscht wird habe ich noch nicht ausprobiert, sollte aber minimal sein.

Hubert

[izaseba]

Hmm,
welche Spannung liegt den an ADC, wenn Du GND trennst ?
Gruß Sebastian

[ranke]

Der typische Eingangswiderstand des ADC beim mega 16(L) liegt bei 100MOhm:

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2466.pdf


(siehe Seite 300)

Man wird also den Spannungsteiler ziemlich hochohmig dimensionieren können (je nach erlaubtem Fehler).
In den meisten Fällen wird der Strom durch den Spannungsteiler also keine entscheidende Rolle bei der Entladung der Batterie spielen.

[chruttli]

Vielen Dank für die Antworten

@ranke: was meinst du mit "je nach erlaubtem Fehler"?

Hat die Grösse der Widerstände einen Einfluss darauf?

[Hubert.G]

@izaseba Du hast vollkommen recht. Da sieht man wiedereinmal wie schnell man in etwas hineinlaufen kann.

Im Datenblatt des Mega8 steht dieser Satz: The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of approximately 10 kΩ or less.
Das zum Thema hochohmiger Spannungsteiler.
Hubert

[BastelWastel]

Wenn ich mich nicht verrechnet hab liegt der maximale Fehler bei 2x10k und 9V bei 0,2mV... ich glaub das kann man ignorieren ;)

[ranke]

was meinst du mit "je nach erlaubtem Fehler"?

Hat die Grösse der Widerstände einen Einfluss darauf?


Die Frage ist ja: wie hoch dürfen die Widerstände des Spannungsteilers sein, bzw. wie niedrig darf der Strom durch den Spannungsteiler sein?

Bei der Berechnung des Spannungsteilers geht man davon aus, daß durch beide Widerstände der gleiche Strom fließt. Das stimmt in unserem Fall nur angenähert, da durch den Eingangswiderstand des ADC ein Strom von bis zu 50 nA (gerechnet: 5V/100MOhm) fließt. Damit ist der Strom durch die beiden Widerstände des Spannungsteilers um bis zu 50 nA unterschiedlich.

Dieser Fehlstrom von 50 nA erzeugt einen zusätzlichen Spannungsabfall an dem Widerstand mit dem höheren Strom. Je höher dieser Widerstand ist, desto größer der Spannungsabfall durch den Fehlstrom und desto größer ist der Meßfehler, der durch diesen Effekt verursacht wird.

Je hochohmiger der Spannungsteiler, desto größer ist also der Meßfehler, der durch den Eingangswiderstand des ADC verursacht wird.

Im Umkehrschluß kann man sich überlegen, wie groß der Meßfehler sein darf, den man durch den Eingangswiderstand des ADC zulassen will. Soll dieser z.B. 1% nicht übersteigen, dann sollte der Strom durch den Spannungsteiler etwa um den Faktor 100 über dem Eingangsstrom des ADC liegen, in unserem Fall also mind. 5 MikroA (das ist immer noch sehr wenig und wird die Batterie kaum belasten).

[chruttli]

ok, so langsam versteh ich die Geschichte.. glaub ich =D>

5 MikroA ist wirklich sehr sehr wenig.

Das würde heissen:

Akku mit max 10V Vollladung. Strom von 5 MikroA.
Das gäbe dann ein Total-Widerstand von 2MOhm.

Da aber die Spannung ja mit der Zeit fällt, und ich auch bei nicht vollgeladenem Akku noch eine Spannungsinformation bekommen möchte muss ich diese Berechnung theoretisch mit dem tiefsten Spannungswert, den ich noch messen können möchte durchführen.

Nehmen wir mal an alles unter 1V interessiert mich nicht mehr, so würde das einen maximalen Widerstand von 200kOhm bei 5MikroA ergeben.

Durch die maximalen 10V habe ich nun ein Verhältnis von 2:1 für den Spannungsteiler, damit am ADC dann nur maximal 5V anliegen, oder?
Das heisst ich würde am einfachsten zwei 100kOhm Widerstände verwenden. Dann hab ich in der Mitte maximal 5V, oder?

@Hubert.G: was bedeutet der Satz "The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of approximately 10 kΩ or less." genau? Das meine oben aufgestellte Theorie nicht funktioniert?

[Hubert.G]

Der Satz bedeutet das der Ausgangswiderstand des analogen Signals, also der Spannungsquelle in deinem Fall, nicht mehr als 10k oder weniger, betragen soll. Der Strom durch den Spannungsteiler liegt dann um den Faktor 100000 über dem Eingangsstrom des ADC. Die unterschiedliche Temperaturdrift der Bauelemente und sonstige Störeinflüsse dürften in diesem Fall bereits mehr Einfluss auf das Meßergebnis haben.
Hubert

[ranke]

Ich habe mir das Datenblatt jetzt noch einmal angesehen. Neben dem - typischen - Eingangswiderstand von 100 MOhm ist auch ein Leckstrom IIH und IIL angegeben von - maximal - 1 MikroA.
Das ist dann um Größenordnungen höher als die aus dem Eingangswiderstand errechneten 50 nA.

Quelle:

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2466.pdf

Fig. 105, Seite 214, die Werte für die Leckströme stehen im Kapitel "Electrical Characteristics".

Warum das Datenblatt in dieser Beziehung so widersprüchlich (oder zumindest wenig aussagekräftig) ist, ist mir nicht klar, man sollte aber bei der Dimensionierung des Spannungsteilers vorsichtig sein und nicht zu hochohmig werden.

Wahrscheinlich genügt ein Spannungsteiler aus 2 x ca. 20 kOhm ja auch.

[BastelWastel]

Betreibst du an dem Akku auch den uC? Dann wirst du bei 1V nichts mehr messen :) aber so weit runter wirst du eh nicht kommen denk ich mal?

[chruttli]

@ranke: Vielen Dank für deine Nachforschungen. Wirklich interessant, der Widerspruch. In dem Fall werd ich den Spannungsteiler wirklich etwas "niederohmiger" gestalten. Wie du richtig sagst, eigentlich reicht ein 2x20kOhm auch... ging mir nur darum nicht unnötig Strom zu verbruzzeln.

@BastelWastel: Ne, ich muss nicht bis 1V messen können. Es handelt sich dabei um den Empfänger- und Servo-Akku eines Modellhelikopters. Mein uC hängt an einem separatem Akku. Aber ich muss mein Kollege noch genau fragen, bis zu welcher Spannung geflogen werden kann. Die 1V waren einfach mal so ne maximale Annahme um die Grundberechnung darzustellen. Ich denke unter 5V wird da wahrscheinlich nicht mehr geflogen O:)

Danke für die vielen guten Antworten. Macht wirklich Spass in diesem Forum.

Grüsse
Chruttli