Strommessung

[dominik699]

hallo,

möchte eine Leistungsmessung realisieren. Diese soll für 230V AC und bis zu 16 Ampere funktionieren. Realisieren möchte ich das mit einem "normalen" Mikrocontroller mit ADC.

Die Spannung teile ich über einen Spannungsteiler in den für den ADC passenden Bereich und lese sie dann ein.

Das Strommessen macht mir etwas mehr Probleme, da der gewünschte Bereich relativ groß ist. Ich möchte von 16A bis zu 2mA messen können, damit man auch noch 0.5W von dem Standbyverbrauch erfassen kann. Zusätzlich soll die Schaltung nicht wesentlich mehr als 1W an Leistung verbraten.
Kurz: Ein "Energiemessgerät" wie es so um 7 Euro überall gibt. Ich weiß, dass ich es um diesen Preis nicht bauen kann, interessiere mich aber für Elektronik.

Nun zu meinem Problem. Da ich nur einen 10bit ADC (den internen vom AVR Controller) habe (verwenden möchte) brauche ich um den gewünschten Anforderungen an den Messbereich gerecht zu werden eine Bereichsumschaltung.

Mein erster Gedanke war folgender: Damit nicht mehr als 1W am Shunt abfällt (bei 16A) und darf der Widerstand nur ca. 4mOhm groß sein. Den Messbereichsanpassung mache ich dann über einen OPV mit einstellbarer Verstärkung.
Problem: bei sehr keinen Strömen z.B. 5mA habe ich enorm kleine Spannungsabfälle am Shunt (20µV) habe keinen OPV gefunden mit dem ich es schaffe diese kleine Spannung zu verstärken. Meistens ist die Offsetspannung schon 1mV.

Mein zweiter Gedanke: ich nehme zwei Shunts und schalte diese mit einem Relay um. Problem: habe kein Relay gefundne dessen Kontaktwiederstand bei 4mOhm vernachlässigbar klein ist.

Nach einer langen Suche im Internet habe ich folgende Möglichkeit gefunden:
Current Sense Amplifiers, welche genau für diesen Zweck ausgelegt sein sollen. Öfters wird dieses Bauteil verwendet:

INA138

Ist aber nur für unipolar gedacht und bis maximal 60V. Im Datenblatt ist zwar eine Schaltung für bipolaren Strom. (Dafür braucht man aber zwei ICs). Könnte ich nicht auch mit einer Vorspannung arbeiten und so den zweiten IC sparen? Hauptproblem bleibt aber dann immer noch die Spannung.

Wie würdet Ihr dieses "Problem" lösen, bzw. wie machens die Geräte, welche es im Handel gibt?

Ist vielleicht eine trivale Frage, aber ich bin Anfäger...

Vielen Dank für die Hilfe

mfg

dominik

[MichaF]

Die Spannung teile ich über einen Spannungsteiler in den für den ADC passenden Bereich und lese sie dann ein.
Bist du Lebensmüde? Du weißt, was eine Galvanische Trennung ist? Du solltest dringend eine einbauen!

Kurz: Ein "Energiemessgerät" wie es so um 7 Euro überall gibt. Ich weiß, dass ich es um diesen Preis nicht bauen kann, interessiere mich aber für Elektronik.
Dann solltest du dir mal ein wenig Wissen über Stromwandler aneignen. Man kann solche Sachen für Hobby Zwecke auch ohne Galvanische Trennung machen, sollte dann aber unbedingt wissen was man tut. Die Art der Fragestellung lässt darauf schließen, das dies nicht der Fall ist.

Nun zu meinem Problem. Da ich nur einen 10bit ADC (den internen vom AVR Controller) habe (verwenden möchte) brauche ich um den gewünschten Anforderungen an den Messbereich gerecht zu werden eine Bereichsumschaltung.

Die Bereichsumschaltung ist glaube ich erst mal das kleinere Problem. Wo bekommst du eigentlich einen so genaun Shunt her um die 13Bit Genauigkeit erreichen zu können? Oder muss nur die Auflösung so klein sein?

Mein zweiter Gedanke: ich nehme zwei Shunts und schalte diese mit einem Relay um. Problem: habe kein Relay gefundne dessen Kontaktwiederstand bei 4mOhm vernachlässigbar klein ist.
Du musst differentiell Messen. Und das nicht nur bei 2 Shunts. Wenn du wirklich so eine Geenauigkeit erreichen willst, versaut dir auch jedes Stück Leiterbahn die Messung. Differentiell ist da Pflicht.

Ist aber nur für unipolar gedacht und bis maximal 60V.
Aus gutem Grund, für höhere Spannung solle das ganze wie gesagt galvanisch getrennt sein.

Wie würdet Ihr dieses "Problem" lösen, bzw. wie machens die Geräte, welche es im Handel gibt?
Ist vielleicht eine trivale Frage, aber ich bin Anfäger...
Auch wenns hart klingt: Fertiges Gerät kaufen. Netzspannung ist nichts für den Anfang.

Gruß Micha

[Jakob L.]

Schau dir doch mal die Application Note AVR465 von Atmel an. Dort wird ein Stromzähler inklusive Messschaltung und Bereichsumsschaltung auf Basis eines AVRs beschrieben. Vielleicht kannst du da die eine oder andere Idee übernehmen.

http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2566.pdf

[MichaF]

Trotzdem bereitet es mir extrem Bauchweh so etwas jemandem zu empfehlen der sich als Anfänger bezeichnet :/

Man beachte die ausdrücklichen Sicherheitshinweise in dem AN. Wobei die zumindest am ADC galvanisch trennen. Dafür ein Kondensatornetzteil - auch super für die ersten Spielereien (Ironie!).

Man muss sich im klaren darüber sein das man die Schaltung quasi zu keinem Zeitpunkt berühren darf (Nein, auch den Controller nicht). Die Chancen im Fehlerfall auch gleich noch den ISP Adapter + PC zu himmeln stehen ebenfalls sehr gut. Von den Gefahren für Mensch und Tier mal ganz abgesehen. Und Bei 230V/16A ohne Erfahrung wird es früher oder später Qualmen! Mir wäre das zu heiß, aber ich steige hiermit aus dem Thema aus. Vielleicht sehe ich das ja auch einfach zu eng...