shunt strommessung

[epos]

Hallo! ich versuche mich gerade an einer strommessung. verwende dazu einen shunt (0,001 ohm, zu messender strom= max. 50A, atmega168). um genauere ergebnisse zu bekommen benötige ich eine verstärkerschaltung.
nun habe ich bei der suche viele verschiedene wege gefunden. (arbeite das 1. mal mit opv's) ich weiß nun nicht sorecht welche schaltung ich nehmen soll.
wie macht ihr das? (schaltung?)
gruß epos! ](*,)

[GeoBot]

Hallo

Ich würde es mit einem Differenzspannungsverstärker
versuchen. Hier eine wirklich gute Seite zum Einlesen
dazu.

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/diffref.htm

Wenn du einen ersten Schaltplan fertig hast könntest
du ihn ja mal vorstellen. Dann lässt sich zielgerichteter
darüber "reden".

Grüße GeoBot

[epos]

Hallo!
Ich habe mich jetzt dazu entschieden, den ina138 mit nachgeschaltetem opv (als puffer) zu verwenden. schaltung: siehe datenblatt ina138
welchen opv würdet ihr vorschlagen?
gruß epos!

[Besserwessi]

Wenn da OP ohne wesentliche Verstärkung arbeitet braucht der nicht viel besser als der AD Wandler sein. Für den 10 Bit AD im AVR tut es fast jeder OP, sofern der Spannungsbereich stimmt. Geeignet wären z.B. LM358, TLC271, MCP6001 aber auch viel andere.

[BlackDevil]

Ein Nicht Invertierender Verstärker sollte doch volle Dienste tun oder?

[repi64]

oder gleich einen Stromsensor wie den acs750sca oder acs750lca von Allegro nehmen.
5V und GND dran und den Ausgang direkt an den Controler (ADC) dran.
Der Innenwiderstand ist auch noch kleiner.

[epos]

An stromsensoren habe ich auch schon gedacht! bei den sensoren der acs750 reihe kann es allerdings zu offsetfehlern durch remanenz kommen! sehr gut wären sensoren der cds4000 reihe (nutzen den magnetoresistiven Effekt - keine remanenz)! allerdings habe ich keinen onlineversand gefunden, welcher diese sensoren anbietet!

[epos]

Ich möchte auch eine spannung (bis 30V) messen. dazu nehme ich einen spannungsteiler (110k,10k) der bei 30V 2,5V für den adc bereitstellt. um mögliche verfälschungen der messspannung, durch den adc auszuschließen verwende ich auch einen spannungsfolger. nu möchte ich die schaltung noch mit einem überspannungsschutz ausstatten. habe ein bisschen gegoogelt und folgende schaltung gefunden: http://www.mikrocontroller.net/attachment/10093/AD.jpg
wie muss ich die schaltung nun gestalten um sie für meine zwecke verwenden zu können? (welche zenerdiode?, und wofür ist der 10k widerstand?)

[repi64]

Die Schaltung ist ja ganz nett. der 10k R schützt den Ausgang des OP bei "Überspannung". Ist die Ausgangsspannung über 4,7V, wird die Z-Diode leitend und belastet somit den Ausgang des OP.
An sich kannst du auch auf den OP verzichten und die Z-Diode direkt parallel zum R28 hängen.
Da die Z-Diode nicht schlagartig leitend wird, kann diese deine Messergebnisse je nach Typ schon bei um die 4V verfälschen.
Du möchtest aber ja bei 2,5V deinen Maximalwert erhalten.

[epos]

der opv dient dazu mögliche verfälschungen der messspannung zu verhinder. da ich sowieso einen opv für die strommessung brauche kann ich auch gleich den zweiten (verwende lm358) opv (als spannungsfolger) verwenden. wie kann ich sonst die schaltung vor überspannung schützen?

[avion23]

Du kannst die Schaltung gegen überspannung schützen, indem du den strom auf 20mA beschränkst. Das ist der Wert, den die internene Dioden des AVR noch schaffen. Es wird also alles, was über die unterstützte Spannung hinausgeht, intern abgeleitet und du hast keine PRobleme mehr.

Die 100nF Diode macht das signal evtl. etwas langsamer. Mit dem 10k Widerstand baust du dir einen Tiefpass, du kannst dir ja mal die Frequenz ausrechnen und schauen, ob das noch passt.

[Besserwessi]

Die Schaltung mit dem OP und der Zenerdiode ist Problematisch. Mit vielen OPs kann die zu schwingen anfangen wegen der kapatzitiven Last am OP.

Ein einfache Möglichkeit für einen Schutz ist es einen OP als Spannungsfolger zu nehmen, den OP (TLC272 oder LM358) mit 5 .. 12 V zu versorgen und dann 5-10 kOhm zwischen OP und AD. Der Widerstand begrenzt den Strom auf 1 mA, was die internen Schutzdioden im AVR noch abkönnen. Die Schaltung sollte aber mehr als etwa 1 mA bei 5 V verbrauchen, damit die Spannung nicht zu hoch wird.

[epos]

Danke für die antworten! muss ich den widerstand vor oder nach der rückkopplung des opv's einbinden? wie kann ich mir das ausrechnen, ob ein 10k ohm widerstand passt?
gruß epos!

[Besserwessi]

Den Widerstand hinter ger Rückkopplung des OPs. Ein Widerstand von 10 K am Eingang des ADs kann noch vernachlässigt werden.

[epos]

aber, wenn ich einen widerstand von 10k in serie schalte, dann verfälscht mir der doch das ergebniss enorm! (oder?) kann ich das schwingen nicht durch einen kondensator (wie auf dem schaltplan den ich gepostet habe, halt nur ohne der diode) unterbinden?
danke für die hilfe!

[Besserwessi]

Der 10 K Widerstand, ohne die zenerdiode, gibt keine mit dem internen AD-wandler messabre Veränderuung des Signals. Viel größer darf der Widerstand aber nicht werden.

Ein kondensator am Ausgang des OPs, so wie in dem Schaltplan mit der Zenerdiode, ist schlecht für die Stabilität des operationsverstärkers. Wenn man eine Tiefpassfilterung haben will um höherfrequente Anteile zu unterdrücken, sollte der Kondensator an den Spannungsteiler am Eingang des OPs. Teilweis kann man auch direkt am AD Eingang eine Kondesator haben, dann aber mehr als 10 nF.

[epos]

also, wenn ich das jetzt richtig verstanden habe, dann fließt dort so wenig strom, dass der spannungsabfall am 10k widerstand sehr sehr klein ist. richtig? gibt es eine möglichkeit den strom bzw. den spannungsabfall zu berechnen?
gruß epos!

[avion23]

Ja,
Eingangswiderstand des AD-Wandlers heraussuchen. Es ist eine Serienschaltung von Widerständen. Resultierenden Strom ausrechnen. Spannungsabfall ausrechnen.

Oder Besserwissi glauben :) Der hat das übrigens aus dem Datenblatt.

[epos]

So korrekt?
Und damit ist der avr jetzt gegen überspannung bis 10Volt geschützt? (ausgerechnet: I=max.1mA, R=10kOhm -> U=10V richtig?)
danke für die hilfe!

[Besserwessi]

Das hängt ein wenig davonab, wie viel Versorgungsspannung man dem OP gibt. Der 10 K Widerstand begrenzt den Eingangsstrom. Genaue Daten zum maximalen Strom durch die Schutzdioden habe ich nicht gefunden aber 1 mA sollten die sicher vertragen, wahrscheinlich sogar rund 20 mA. Damit ist man bis 15 V bzw. wahrscheinlich sogar 200 V auf der sicheren Seite.
Wenn man den Spannungsteiler am Eingang des OPs nicht zu niederohmig macht hat man da auch noch mal einen Schutz.

Der mittlere Eingangsstrom der AD wandlers ist sehr gering. Am ehesten hat man da noch den Leckstrom der Schutzdioden. Begrenzend ist am ehesten wohl der kruzzeitige Strom der fließt um den S&H Kondensator zu laden, dafür hat der schleißlich nur etwa 5-20 µs Zeit.

[epos]

Habe ich nicht eigentlich schon durch den opv einen art überspannungsschutz? wenn ich den opv mit 5V versorge, dann ist doch die maximale ausgangsspannung 5V (bzw. etwas geringer). meine referenzspannung sind die interne 2,56V. soweit ich das bisher von euch verstanden habe, gibt es eine interne schutzdiode, welche mir überspannung ableitet. ich muss mich also nur mehr darum kümmern, dass bei den max. 5V kein höherer strom als 1mA fließt. richtig?

[Besserwessi]

Wenn der OP mit 5 V Versorgt wird, hat man schon genug Schutz. Ein Widerstand zum AD Wandler kann trotzdem sinnvoll sein, um rückwirkungen vom Ad Wandler auf den OP zu verhindern. Langsame OPs können HF störungen vom µC in einen Gleichspannung (= Fehler) wandeln. Schnelle OPs mögen zum Teil schon die Eingangskappatzität nicht so sehr.

[epos]

Was passiert eigentlich, wenn man den opv mit 5V versorgt und am eingang mehr als 5V anliegen? könnte der opv zum beispiel 7V ab? und enspricht das trotzdem einer ausgangsspannung von rund 5V? (nur aus interesse!)
zurück zur eigentlichen schaltung. ich muss also nur mehr einen widerstand (10kohm) zwischen opv und adc schalten. wenn am opv eingang 5V anliegen, dann entspricht das einer zu messenden spannung von 60V. höher muss die schaltung auch nicht abgesichert werden.

[Besserwessi]

Das hängt vom OP ab. Einige haben ähnlich wie die Logic Ics Dioden gegen die Versorgungsspannung. Andere haben Dioden zwischen den Eingängen . Einige JFet Typen können mit etwas (ca. 1 V) mehr als der Versorgunsspannung sogar noch wie gewohnt arbeiten.
Man sollte sich also ggf. das Datenblatt dazu anschauen.

[epos]

Hab mir das Datenblatt des lm358 angesehen. hab nirgends etwas über dioden gefunden. ist aber auch egal, mehr als 60V muss die schaltung nicht aushalten. also verwende ich jetzt die schaltung die ich gepostet habe.

[ZellRobi]

Nur eine kleine Frage am Rande, da mich das Thema auch interessiert:
Am Bild vom Spannungsteiler.jpg (s.o. bei epos) kann ich den shunt nicht erkennen. Wie passt das Bild vom INA138 mit dem verwendeten LM358 zusammen?

[Besserwessi]

der INA138 liefert ein Stromsignal. Man braucht da noch einen Verstärker um genug Amplitude bei höchstens 10 K Impedanz zu erhalten. Der LM358 wäre da ein Möglichkeit.
Die andere Anwendung war eine Spannungsmessung mit Spannungsteiler. da braucht man den OP nur wenn der Spannungsteiler zu hochohmig ist.