Skocz do zawartości
Chev

Dwukierunkowy pomiar prądu na WO

Pomocna odpowiedź

Dzień dobry.

Jestem obecnie w trakcie budowy ładowarki akumulatorowej i lekko się już zakręciłem. Chcę po prostu potwierdzić czy to, co myślę jest zgodne z rzeczywistością, a jak nie jest to w jakiś magiczny sposób to skorygować 🙂 Do rzeczy. Założenie projektowe jest takie:

- w torze masy akumulatora wstawiam bocznik 100mOhm do pomiaru napięcia na nim, aby później sobie wyliczyć z niego prąd;

- chcę badać prąd przepływający przez rezystor dwukierunkowo: w trakcie ładowania (180mA), w czasie rozładowania (ok. 700-1300mA).

- odczyt napięcia będzie odbywać się na jakimś uC, zapewne padnie na jakiegoś STMa; na pewno ADC będzie zasilany +3V3.

- wykorzystuje LM258 do wzmocnienia sygnału do jakiś sensownych granic odczytu. Z noty katalogowej wynika, że można na jego wyprowadzenia przyłożyć napięcia niedodatnie na wejście odwracające > - 0V3 oraz na wejście nieodwracające > -1V5.

Według moich obliczeń wynika, że wzmocnienie na poziomie G=23 jest wystarczające do pokrycia zakresu od 180mA do 1300mA, bo wychodzi to (414mV do 2990mV)

Pytanie moje jest takie. Czy układ zaproponowany przez mnie będzie pracować tak jak ja to rozumiem, czy jest nieco inaczej?

Z góry dziękuję za pomoc i opinie do mojego szalonego projektu.

acu.png

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
(edytowany)

Jak dobrze rozumiem chciałbyś poprostu przygotować miernik prądu powiedzmy +- 1,5A.

Myślę że problem jaki poruszasz trafia w to co ostatnio chciałem zamontować w aucie, zainteresowałem się jak zmierzyć doże wartości prądów jakie tam płyną - rzędu kilkudziesięciu amperów. Podobnie jak ty pomyślałem że potrzeba do tego celu bocznik, ale okazuje się że są inne rozwiązania - podobne co stosuje się w szczękowych amperomierzach.

W moim przypadku to ten moduł będzie chyba idealny, ale na mniejsze prądy też są. I co ciekawe działają dwukierunkowo, dopuszczają prąd większy niż przewidziano, a w sytuacji gdy płynie za duży prąd to wystawiają flagę. Rezystancja jest też bardzo mała, gdyż układ nie wykrywa spadku napięcia tylko bazuje na efekcie Halla.

Jakoś niedługo mam zamiar zabrać sie za to, jakbyś zdecydował się na te moduły to chętnie dowiedziałbym się jak to się sprawuje. 😀

Edit:

Ten moduł ma +-5A, i masz prosty sposób na pomiar prądu w obie strony, punkt zerowy jest ustawiony na połowę napięcia zasilania, odchyłka na plus lub minus wskazuje kierunek płynącego prądu. 

Cytat

Kiedy napięcie VCC jest równe 5 V, wyjście wycentrowane jest na połowę, czyli 2,5 V. Wartość wyjściowa rośnie o 185 mV na 1 A gdy natężenie mierzonego prądu jest dodatnie, w przeciwnym wypadku maleje.

 

Edytowano przez Gieneq

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Nie kombinuj niczego z napięciami ujemnymi. To da się zrobić spokojnie zachowując wszystkie reguły dobrego projektowania. Przede wszystkim zastanów się gdzie jest masa Twojego układu pomiarowego i jak względem niej włączony jest akumulator. Nie rysuj niczego innego tylko:

  • źródło napięcia z którego będzie zasilana ładowarka,
  • opornik pomiarowy prądu
  • dzielnik pomiarowy napięcia
  • akumulator
  • obciążenie (czyli coś co korzysta z akumulatora)
  • blok pomiarów (OPAMP, procesor itp) na razie jako coś co ma jeden pin masy odniesienia i jeden zasilania

oraz pomyśl jak to wszystko połączyć by każdy element był "zadowolony". Wrzuć schemat, nawet jeśli nie ogarniasz wszystkiego - od czegoś trzeba zacząć. Taki fragmencik jaki pokazałeś nic nie daje.

  • Lubię! 2

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

@Chev kombinujesz całkiem dobrze. Pomiar ujemnych wartości jest prosty, zrób dzielnik (1:1) z wyjścia oampa i Vref,w tym przypadku Vcc = 3,3V. W ten prosty sposób przeóniesz zakres pomiarowy z 0..3,3V na -1,5..3,3V. Zerem będzie 3,3V /2 czyli 1,65V.

Pomysł z npACS7xx też jest dobry ale w nich zero lubi "pływać".

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
25 minut temu, RFM napisał:

Pomysł z npACS7xx też jest dobry ale w nich zero lubi "pływać".

Możesz rozszerzyć temat?

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
1 godzinę temu, Gieneq napisał:

Możesz rozszerzyć temat?

W sensie "pływania"? Jeśli o to chodzi, to teoretyczne,zero,to 1/2 Vcc ale zawsze jest jakiś ofset. Niestety, ten ofset zależy nawet od tego w jakiej pozycji jest układ (jak w miernikach cęgowych). W praktyce, przed pomiarem, trzeba robić zerowanie. Doświadczyłem tego przy okazji budowy

5591_v1_przod2.thumb.jpg.a34b1befd10c578acdbad2dda999d7f9.jpg

Pzy pomiarze prądu przemiennego nie ma problemu, ofset zlikwidujesz programowo. Przy prądzie stałym :-(

  • Pomogłeś! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

@Gieneq Zwyczajnie zajrzyj do danych katalogowych - przecież to standardowe postępowanie. Przykładowo dla wersji 5A masz czułość ok. 185mV/A a samych szumów na wyjściu 21mVpp w paśmie do 2kHz. Jeżeli nie robisz układu mierzącego prąd stały, czyli gdy porządnie nie uśredniasz wyników to widzisz ponad 100mA śmieci. Do tego dryft zera na poziomie powiedzmy 100uV/°C i masz 0.5mA stałego błędu rosnącego co każdy stopień zmiany temperatury. To scalaki oparte na efekcie magnetycznym a hallotrony są pod względem stabilności beznadziejne. Z moich doświadczeń wynika, że dokładność lepsza niż 50mA (na zakresie 5A) jest w ACS7xx nie do uzyskania. Zaletą jest oczywiście izolacja galwaniczna, choć akurat tutaj jest ona także słaba: gwarantują zaledwie jakieś 350V więc nawet do sieci bałbym się to podłączać w jakimś nieizolowanym urządzeniu.

@RFM Daj chłopakowi pomyśleć, może dla Ciebie to trywialne. Niech się zastanowi względem którego końca opornika pomiarowego w danym układzie wzmacniacz oddaje swoje napięcie wyjściowe, bo względem tego samego będzie musiał je mierzyć ADC. To wcale nie jest prosta decyzja, bo skutkuje takim a nie innym włączeniem akumulatora i położeniem masy całego systemu. A położenie masy definiuje pomiar napięcia. Dlatego napisałem, że taki mały schemacik jak zobaczyliśmy nie oddaje istoty sprawy.

@Chev Po prostu myśl i rysuj 🙂

  • Lubię! 1
  • Pomogłeś! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
52 minuty temu, RFM napisał:

W praktyce, przed pomiarem, trzeba robić zerowanie. Doświadczyłem tego przy okazji budowy

@RFM no tak rozumiem na czym polega dryft zera ale właśnie zastanawiałem się co ma na to wpływ także @marek1707 Dziękuję za odpowiedź.

Trochę odbiegam od tematu autora, ale może też się przyda. A w jaki sposób można kalibrować/wyzerować czujnik?

Wyobrażam sobie że przed uruchomieniem trzeba by podać jakąś wartość odniesienia. Np gdyby czujnik podłączyć pod przekaxniki, które na czas kalibracji przepuszczałyby przez niego znany prąd przy znanej temperaturze. Czy takie podejście zdało by egzamin? Ewentualnie przy zmianach temperatury, dokonywana byłaby dalsza kalibracja.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Oczywiście możesz robić jakąś magię po stronie prądowej: zerowanie prądu przez jego odcinanie (łatwiejsze) i wpuszczanie kalibrowanego prądu do wyznaczenia skali przetwarzania (trudne), ale to są raczej metody na testowanie modułu na produkcji niż na implementację w gotowym urządzeniu. To ja bym już raczej wyposażył system w pamięć nieulotną do której stanowisko testowe zapisywałoby offset zera i współczynnik skali (albo kilka w kilku podzakresach prądów - tak miałem w pewnym zasilaczu dwućwiartkowym) każdego użytego czujnika. Nie chciałbym jednak byś pomyślał, że tą metodą możesz ugrać coś poważnego. Skoro źródło sygnału jest niestabilne i tak zaszumione, niewiele możesz poprawić oprócz zawężania pasma. Ten układ tak ma: zrobili atrakcyjny bo izolowany, bezdotykowy, dwukierunkowy i łatwy w użyciu sensor prądu, który ma jednak swoje ograniczenia. Z powodu tych cech oraz osiągniętych parametrów elektrycznych może służyć jedynie do zgrubnej sygnalizacji natężenia. 1% czyli niecałe 7 bitów to wszystko co można z niego wyciągnąć a i tak będzie to sukces jeśli taką liniowość uda się zachować choćby w temperaturze pokojowej w całym zakresie prądów. Kiedy zaczniesz wychodzić z tym na dwór albo dasz się zamrozić, będzie jeszcze gorzej. A kiedy weźmiesz pod uwagę inne względy, choćby czułość na obce pola magnetyczne (transformatory, elektromagnesy, przekaźniki, inne kable położone obok) to już masz komplet wiedzy. Nie twierdzę, że to śmieć. Zwyczajnie warto wiedzieć jakie są wymagania i czy wybrany element je spełnia. Z pewnością jest wiele aplikacji w których seria chipów z Allegro MicroSystems może się sprawdzić.

  • Lubię! 1
  • Pomogłeś! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

@marek1707 @RFM

 

Stosując się do Waszych rad narysowałem nowy schemat. Czy takie rozwiązanie mieliście na myśli?

BTW. Dziękuję już teraz z góry za tak miły odzew 🙂

2.png

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Oj chłopie. Nie mogłeś stosować się do naszych rad jednocześnie, bo pisaliśmy o czymś innym. I jak zwykle chcąc zrobić wszystko zrobiłeś nic. Nie chcę Cię tu dołować, bo schemat ma idiotyczne błędy logiczne (wyjście zwarte do masy, otwarta pętla sprzężenia zwrotnego itp), ale miałeś wrysować kilka prostych rzeczy (w tym ogólnie blok procesora/analogówki wyłacznie z pinami zasilania i masy jako kwadracik na schemacie) bez wnikania we wzmacniacze i ich konfiguracje. Skoro nie czujesz się w tym najlepiej, nie rozwiązuj od razu wszystkich problemów bo polegniesz. A jeśli już chcesz być bardzo hop do przodu, to pamiętaj, że:

  • wzmacniacze mają swoją masę i swoje zasilanie,
  • kanoniczny wzmacniacz operacyjny mierzy napięcie wejściowe względem jakiegoś punktu i względem tego samego punktu oddaje napięcie wyjściowe. 

To teraz odpowiedz mi na pytanie: który to punkt u Ciebie na schemacie, jak ma się AGND do GND i do czego jest podłączona masa ADC bo to względem niej ten blok mierzy napięcie. Moim zdaniem powienieneś to przemyśleć.

Spadek napięcia na oporniku pomiarowym prądu, przy zachowaniu jednego kierunku jego przepływu może być dodatni lub ujemny w zależności od tego wzgędem którego "końca" opornika mierzysz, prawda? A to znaczy, że równie dobrze możesz użyć konfiguracji nieodwracającej jak i odwracającej tylko różnie włączonych. To krok pierwszy. Wybierając konfigurację wzmacniacza decydujesz się równocześnie na wybór masy odniesienia wszystkich pomiarów, bo wzmacniacz będzie oddawał swoje napięcie wyjściowe tylko względem jednego ze swoich wejść - za każdym razem innego. I to względem niego dostaniesz napięcie które musisz zmierzyć w ADC więc do tego węzła musi być podpięta zarówno AGND jak i GND. Ponieważ wydaje się, że dobrym miejscem na potencjał odniesienia dla ADC i całej cyfrówki jest masa źródła zasilania to tak dobierz konfigurację wzmacniacza, by ten również miał odniesienie (masę) na tym węźle. Czy to jakoś jest jasne, czy się gubisz?  Bo nie wiem ile wiesz. Niby temat jest w "Zupełnie zielonych", ale porwałeś się na samodzielną ładowarkę. Narysowałeś jakiś schemat, ale drugi to już zupełnie z czapy..

Moja rada: rysując coś staraj się robić to wprost. Nie przeplataj linii i nie wychodz nimi poza obwody. Jeśłi masz źródło po lewej, na linii masy jakiś opornik pomiarowy a po prawej odbiornik (akumulator) to cały wzmacniacz narysuj nad opornikiem. Nie masz symbolu samego wzmacniacza jako pojedynczego trójkąta? To rysuj ołówkiem, to nie boli. Nie jesteś bardziej PRO od klepania bzdur w programach CAD. Niech połączenia będą proste a konfiguracja wzmacniacza (wraz z jego zasilaniami) będzie oczywista na pierwszy rzut oka. Wtedy jest szansa, że nie pogubisz się jak ostatnio. Przemyśl gdzie podłączasz wzmacniacz, jak zamykasz jego pętlę, które napięcie będzie wzmacniał i względem którego węzła będzie oddawał wyjście - to podstawy.

Nawet jeśli ten prosty problem Cię pokona, możesz pójść na skróty: wstawić opornik w plus zasilania i użyć wzmacniacza pomiarowego lub nawet takiego przygotowanego fabrycznie do pomiaru prądu na małych opornikach w tzw.gałęzi high-side. Dziś nawet poniżej 10 złotych dostaniesz naprawdę cudo na kiju z CMRR > 100dB kiedyś osiagalnym jedynie w megadrogich i wyrafinowanych konstrukcjach. Powiedzmy jednak, że na razie zostawiamy to jako koło ratunkowe.. 🙂

  • Lubię! 2

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Kubeł zimnej wody jeszcze nikomu na złe nie wyszedł. No chyba, że ktoś złapał po nim katarek. Do rzeczy. Uzupełniłem pokaźne pokłady niewiedzy dot. OPAmpów. Załączam kolejny schemat, przemyślany, nie wykonany ,,od czapy''. 

Zaczniemy od zasilania. Doprowadzam zasilanie +3V3 - AGND do OPAmpa, z tych samych linii, które doprowadzają zasilanie do uC. W ten sposób zapewniam sobie ten sam punkt odniesienia dla pomiaru napięcia wyjściowego plus dodatkowo robię dzielnik napięcia 1:1 na wejściu nieodwracającym, by przesunąć off-set mojej masy na 1/2Vcc zasilania OPAmpa, czyli 1,65V jak kolega @RFM proponował, przez co niezależnie od przyłożonego napięcia wejściowego, czy będzie ono dodatnie czy ujemne - zawsze będę znajdować się nad poziomem 0V. Drugą "nogę" rezystora pomiarowego doprowadzam również do AGND, żeby w ogóle pojawiło się jakiekolwiek napięcie wejściowe na OPAmpie.

Widać światełko w tunelu?

3.jpg

  • Lubię! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dobra, mamy jakiś sensowny (w sensie kompletny ) szkic na którym można zacząć pracować. Zatem zaczynamy:

  1. AGND i GND to ta sama masa i ten sam potencjał. Rozróżniamy je na schematach tylko ze względu na podkreślenie problemu zakłóceń, puszczanie tylko "cyfrowych" prądów impulsowych lub przeznaczenie dla sygnałów analogowych, ale nawet jeśli zrobiłeś fizyczną seprację ścieżek to gdzieś (w okolicy ADC? - to niezły pomysł) te dwa nety muszą być spięte galwanicznie: zworką 0Ω na krótko. Nie możesz między nimi wstawić rezystora pomiarowego - to główny grzech tego projektu w zasadzie go dyskwalifikujący. Ale żeby nie było że mi się się nie chce, to dalsze punkty "w gratisie" 😉
  2. Pamiętaj, że wzmacniacz jest odwracający gdy doprowadzasz sygnał do wejścia (-) i to jest OK: prąd ładujący akumulator da na wyjściu wzmacniacza napięcie większe a rozładowujący mniejsze niż stan ustalony dla 0A. Nie przeszkadza to jednak, by napięcie doprowadzone do wejścia (+) także nie było wzmacniane. Ustalenie zatem okolic 1.6V na wejściu (+) wcale nie oznacza, że na wyjściu będzie tyle samo w stanie 0A, a raczej oznacza nasycenie wzmacniacza do górnej szyny zasilania. Przemyśl to jakie wzmocnienie "widzi" napięcie doprowadzone w tym układzie do wejścia (+). Podpowiedź: porównaj schematy wzmacniacza nieodwracającego i odwracającego, przy czym temu drugiemu zewrzyj wejście do masy.
  3. Banał: dwa oporniki mają takie samo oznaczenie (R3).
  4. Jeżeli w tym układzie przeniesiesz (by spełnić punkt 1) masę GND na prawą stronę opornika, to będziesz mierzył prąd którego składową będzie prąd pobierany przez cały system, być może łacznie z wyśwetlaczem,, LEDami itp nie do pominięcia rzeczami.

Moja propozycja jest wciąz ta sama: przyjmij, że system ma tylko jedną masę: procesor, zasilanie wzmacniaczy, ADC, LCD i co tam jeszcze masz "leżą" na jednej masie GND. Podepnij ją z lewej strony opornika (to też już pisałem) - to minus źródła zasilania i jest to dobre, uwierz mi. Potraktuj prawy koniec opornika jako punkt którego napięci emusisz zmierzyć z punktu widzenia lewej strony jako odniesienia wszystkiego co się tu rusza. Światełko jest, ale wciąz się potykasz. Może za słabe?

 

  • Lubię! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
(edytowany)

1. Nie używałem jeszcze nigdy ADC, więc stąd te pokłady niewiedzy. Wiedziałem o separacji fizycznej tych ścieżek, ale jakoś nie przyszło mi do głowy, że to jednak faktycznie ta sam potencjał. Teraz wiem jak to wykonać fizycznie.

3. Faktycznie, chochlik.

Wzmacniacz na wejściu dodatnim widzi napięcie 3,3V, a te moje nieszczęsne R3 razem z R1 i R2 mają wpływ na wzmocnienie pochodzące z wejścia nieodwracającego. Trochę doczytałem i narysowałem kolejny schemat. 

Przy dopasowaniu R1=R3, R2=R4 moje napięcie wyjściowe wyniesie Uwy = R2/R1 (U2-U1), z tym że chcąc zastosować LM258 czy jego bliźniaczych kumpli, trzeba pamiętać, że górną szyną napięciową tego wzmacniacza jest Vcc-1,5V. Tranzystory same się nie polaryzują, a szkoda. W moim przypadku górnym progiem jest 1,8V, więc napięcie na dzielniku napięcia trzeba dobrać tak, aby po podaniu napięcia U1 nie okazało się, że wyskoczę poza ten zakres. Sądzę, że w moim przypadku nie będzie to więcej niż +/- 200mV, ale jeszcze może się zdarzyć wahnięcie napięcia na samym stabilizatorze 3,3V, które wynosi 2%, więc w najgorszym przypadku będzie to 3,2V, co obniży górną szynę zasilania na 1,7V. Sądzę, że rozsądnie będzie przyjąć 0,7V za odniesienie, żeby można było wzmocnić napięcie przynajmniej dwukrotnie.

4.jpg

Edytowano przez Chev

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Gość
Dołącz do dyskusji! Kliknij i zacznij pisać...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.


×
×
  • Utwórz nowe...