Dobór wzmacniacza do pomiaru prądu

[H1M4W4R1]

Opis problemu

Planuję mierzyć charakterystykę prądowo-napięciową w obwodzie (konkretniej porównywać dwa identyczne obwody ze sobą, by wykryć potencjalne uszkodzenia). Do tego celu rozmyślałem nad metodą pomiaru prądu i z moich rozmyślań wyszło, że dobrze byłoby mieć coś z możliwością doboru wzmocnienia "w locie", więc typowe wzmacniacze prądowe z serii INA(219/169/139 etc.) odpadły z listy.

Padło na "zwykły" wzmacniacz operacyjny (podobnie do pomiaru napięcia). Aktualnie posiadam na tapecie dwoje kandydatów:

• MC33178DR2G

• INA826AIDR

Teoretycznie pomiary będą porównywane, więc inwestowanie w INA826 mija się trochę z celem, z drugiej strony to zawsze mniej zakłóceń zewnętrznych. Jeżeli macie innych kandydatów to chętnie przesłucham ich noty katalogowe.

Zasada działania

STM32 poprzez ADC generuje sygnał sinusoidalny o zadanej częstotliwości (1-1000Hz). Sygnał ten trafia do wzmacniacza operacyjnego (by podnieść napięcie do wybranej wartości) i bufora (np. BUF634, ale muszę dokładniej sprawdzić jego parametry, chociaż alternatywy też mile widziane), który zwiększa możliwości prądowe.

Minimalna rezystancja wewnętrzna na zwarciu układu pomiarowego będzie wynosić 390R (chociaż myślę nad mniejszymi wartościami, ale to wyjdzie w praniu). Oczywiście jest ona dynamiczna (mikrokontroler wybiera odpowiedni rezystor wewnętrzny przełączając przekaźnik / tranzystor, TBD, ale raczej wybiorę przekaźniki).

Napięcie pomiarowe będzie w zakresie 100mV do 10/15V (to też muszę ustalić). Oczywiście po obu "stronach kreski". Sam zasilacz w prototypie będzie pewnie zbudowany za pomocą przetwornicy typu boost (wejście 12V, wyjście 30-36V+) oraz dwóch stabilizatorów liniowych do rozdzielenia napięcia na dwie połowy (powoduje to spore straty, ale przy maksymalnym prądzie 250mA na linii pomiarowej raczej nie będą one zbyt znaczące).

Oczywiście dwie linie pomiarowe (prawdopodobnie wyprowadzenia na bananach, bo nie chce mi się bawić z lutowaniem BNC, chociaż by wypadało, może w drugiej wersji się na to pokuszę).

Jakieś sugestie co do moich wyborów (nie mam doświadczenia z elektroniką pomiarową, więc chętnie posłucham kogoś mądrzejszego ode mnie). Liczę na ostateczną powtarzalność na poziomie <1% i tolerancję błędu <5%.

[_LM_]

Wrzuć wstępny szkic obwodu pomiarowego, czy ADC i w trybie pomiaru różnicowego nie wystarczy? Jaki zakres prądów będzie mierzony? 

[_LM_]

Zamiast kombinować ze sztucznym dzieleniem napięcia za przetwornicą poszukaj od razu symetrycznej np https://www.gotronik.pl/przetwornica-napiecia-symetrycznego-15v-p-7322.html fakt że szumi to pewnie jak telewizor bez anteny. 

[H1M4W4R1]

2 godziny temu, _LM_ napisał:

Wrzuć wstępny szkic obwodu pomiarowego, czy ADC i w trybie pomiaru różnicowego nie wystarczy? Jaki zakres prądów będzie mierzony? 

Bezpiecznik resetowalny na linii pomiarowej będzie miał 250mA hold'a/300mA trip'a. Szkicu jeszcze nie mam, może jutro uda mi się go ogarnąć. 

2 godziny temu, _LM_ napisał:

Zamiast kombinować ze sztucznym dzieleniem napięcia za przetwornicą poszukaj od razu symetrycznej np https://www.gotronik.pl/przetwornica-napiecia-symetrycznego-15v-p-7322.html fakt że szumi to pewnie jak telewizor bez anteny. 

To nie utrzymuje kosztów na zbyt niskim poziomie 😄 

Tutaj na szybko naszkicowałem ogólną koncepcję. Układ jeszcze wpływa na pomiar, ale to się pomału będzie poprawiać. I ten wzmacniacz od napięcia będzie "ulepszony" by przesunąć je o 1.65V/1.5V w górę (by zmieścić się w napięciu ADC w STM32). To dość duży projekt i raczej z 3 wersje trzeba będzie zrobić (a znając moje umiejętności to pewnie i z 20...

@_LM_ Wstępna symulacja: https://tinyurl.com/2yxej83d😉 Muszę jeszcze uprościć VSU, bo 4 OpAmpy to przesada 😄 *Tam powinna być INA826 nie 218... o 23 człowiek już głupieje xD

Edytowano Wrzesień 26, 2023 przez H1M4W4R1

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[H1M4W4R1]

@_LM_

Dostałem od kumpla jego metodę pomiarową, ale była tak tragiczna, że już nawet moja jest lepsza... xD

https://tinyurl.com/245sosje

Potrzebuję review'a. Wzmacniacze jak wyżej - INA do pomiaru prądu, MC do wzmocnienia i pomiaru napięcia w obwodzie.

[_LM_]

W sumie nie mam zbyt wielu pomysłów na temat tego schematu, tak patrząc to już samo w sobie wygląda jak generator. Myślę że będzie walka z oscylacjami, bez jakiegoś mocno wstępnego prototypu ciężko będzie wyłapać niektóre błędy. Jako wzmacniacz prądowy testowo wypróbowałam jaki tani zwykły wzmacniacz mocy choćby tda 2003, czy tda 2822 1kHz to nie jest jakieś zabójcze pasmo ale pewnie przyda się kompensacja przed właściwym pomiarem. 

[_LM_]

Właściwie to mógłbyś napisać co to za element będzie badany

[H1M4W4R1]

1 godzinę temu, _LM_ napisał:

Właściwie to mógłbyś napisać co to za element będzie badany

To dość skomplikowane... Planuję wykorzystać to coś jako QC do poskładanych PCB (w przypadku masowej produkcji), bo mamy plan na gotowy projekt, który działa całkiem dobrze, ale testowanie tego oscyloskopem + DMM to byłaby patologia 😄 Wersja "przetestuj w praniu" jeszcze większa...

2 godziny temu, _LM_ napisał:

W sumie nie mam zbyt wielu pomysłów na temat tego schematu, tak patrząc to już samo w sobie wygląda jak generator.

W założeniu generuje sinusoidę i wysyła na sondę pomiarową. Potem mierzy prąd i napięcie między sondą dodatnią, a masą układu (podpiętą do sondy ujemnej) i generuje wykres charakterystyki. Przydatne przy testowaniu pojedynczych komponentów jak i całych scalaków / PCB. Inspirowane tym czymś...

2 godziny temu, _LM_ napisał:

1kHz to nie jest jakieś zabójcze pasmo

1kHz to będzie miała sinusoida - cykl to 1ms 😄 Sam ADC to będzie 5MSPS, 4 kanały więc można powiedzieć, że 1MSPS... O ile wiem, że wzmacniacz z DAC to nie jest problem, o tyle gorzej właśnie w tej sekcji pomiarowej, by nie generować więcej błędów pomiarowych niż to niezbędne...

EDIT: w symulacji z LM741 główny problem leży na wzmacniaczu pomiaru prądu... INA826 jest zdecydowanie dokładniejsza i raczej nie powinna mieć oscylacji, ale chyba rozważę jakąś opcję przełączania rezystora pomiarowego... Gorzej będzie potem wymyślić jakiś sensowny algorytm przesyłania danych, by upchać te 4-5MB w 0.6MB (USB FS)

 

Edytowano Wrzesień 29, 2023 przez H1M4W4R1