[DundukovEM 0]

Добрый день!

Подскажите, пожалуйста, правильную топологию высокоточной схемы измерения напряжения на клеммах авто АКБ с последующей оцифровкой АЦП МК семейства TI C2000.

Разрабатываю схему с дифференциальным входом.

Диапазон входных напряжений от 0В до 18В. (0-100%)

Выходной сигнал от 0В до 3В (0-100%)

Требуемая точность измерений входного напряжения - не хуже +/- 0,01В.

 

Что имеется под рукой:

Инструментальные(диф.) ОУ : INA105, INA128, INA148, AD629, AD8207

Просто ОУ: OP07, OP77, OPA244, OPA350, OPA211, OPA374, AD8610

 

Питание на будущей плате имеется только однополярное - 5В и 15В.

DC/DC преобразователи на двухполярное +/-15В использовать из-за их размера и стоимости крайне не желательно.

 

Хотел использовать впрямую какой-нибудь из имеющихся диф. ОУ, но столкнулся со сложностью, что коэф. передачи их от 1 и выше.

А в моём применении, выходной сигнал идет на вход АЦП МК, и там диапазон напр. нужен гораздо ниже.

По расчетам, коэф. передачи схемы должен быть около 0,167 (вход-выход).

 

Также хотелось бы по-минимуму(а в идеале, вообще - ноль) иметь резисторов в цепи входных сигналов до ОУ, потому как их температурная стабильность параметров напрямую влияет на точность измерений. А применение резисторов класса точности 0,5 - 1% затруднительно, и недешево.

В приведенных мною диф. ОУ прямо в корпусе м/сх имеются встроенные высокоточные(лазерного прожига) резисторы.

 

Как бы уменьшить коэф. передачи схемы ниже 1...

Изменено 22 февраля, 2012 пользователем johny_2000

[DundukovEM 0]

Резисторы даже нужны будут 0,1% для такой точности.

А они - большой дефицит в наших краях :05:

[kovigor 5]

до 18В. (0-100%)

Выходной сигнал от 0В до 3В (0-100%)

Требуемая точность измерений входного напряжения - не хуже +/- 0,01В.

 

Просто интересно, зачем потребовалась такая точность применительно к автомобильному аккумулятору ? :)

 

[MrYuran 16]

Резисторы даже нужны будут 0,1% для такой точности.

А они - большой дефицит в наших краях :05:

Они в любых краях дефицит, поскольку изготавливаются штучно под заказ.

А для точных измерений резисторы нужны не столько точные, сколько стабильные.

Потому как метрологические параметры можно и откалибровать

 

Вместо ДУ можно вот такую идейку использовать

То есть, стабилитрон отсекает лишнее, и уже можно обойтись простым ОУ вместо дифа. И всего два точных резистора для установки Ку ОУ

[DundukovEM 0]

Просто интересно, зачем потребовалась такая точность применительно к автомобильному аккумулятору ? :)

Условия ТЗ на проектирование.

 

Просьба по теме подсказать что-то еще.

Какие варианты измерения напряжения по достаточно длинным проводам (в сумме 2-х проводников, метра 3-4) диф. схемой.

 

Пробовал такую схему:

Работает. Но точность сильно зависит от симметрии параметров резисторов 75К и 10К.

Хотелось бы уйти от этой зависимости.

 

 

Они в любых краях дефицит, поскольку изготавливаются штучно под заказ.

А для точных измерений резисторы нужны не столько точные, сколько стабильные.

Потому как метрологические параметры можно и откалибровать

 

Вместо ДУ можно вот такую идейку использовать

Вы правы. Стабильные резисторы с низким значением температурного коэффициента сопротивления (ТКС).

Откалибровать исходное смещение можно программно на DSP.

Но как можно заметить, обычно высокоточные резисторы и являются высокостабильными по параметрам.

Например неплохие отечественные C2-29 и имп. Dale PTF и пр.

Но ни о них речь.

 

Смещение рабочего интервала можно сделать и на интегрированных диф. усилителях. Такие схемки приведены в даташитах некоторых из перечисленных мною. Но тогда лишаемся возможности замеров напряжения ниже 10В, например. Что противоречит задаче.

Изменено 22 февраля, 2012 пользователем johny_2000

[muravei 3]

Хотелось бы уйти от этой зависимости.

Возьмите инструментальный усилитель.

[DundukovEM 0]

Возьмите инструментальный усилитель.

Какой именно?

В приведенных мною инстр. усил. коэф. передачи от 1 и выше.

Для входного диф. напряжения 0-18В мне нужен коэф. передачи схемы 0.167.

Можно этого добиться без прецизионных рез. делителей на входе - выходе?

 

Вроде нашел подходящие INA326/327 и INA337/338. У них Ку=0.1...10000.

Параметрируются двумя внешними резисторами.

Таких у нас к сожалению нет в наличии. Да и корпуса у них всех MSOP-8 и MSOP-10.

Не очень для моих плат. Хотелось бы DIP/SO-8

Изменено 22 февраля, 2012 пользователем johny_2000

[Herz 4]

Подскажите, пожалуйста, правильную топологию высокоточной схемы измерения напряжения на клеммах авто АКБ с последующей оцифровкой АЦП МК семейства TI C2000.

 

Хотел использовать впрямую какой-нибудь из имеющихся диф. ОУ, но столкнулся со сложностью, что коэф. передачи их от 1 и выше.

 

Как бы уменьшить коэф. передачи схемы ниже 1...

Откалибровать исходное смещение можно программно на DSP.

Да, непременно на ДСП! И МК Вы выбрали слабоват. Надо бы что-нибудь многоядерное, с тоннами кэша...

 

Просьба по теме подсказать что-то еще.

Подсказываю: подумайте ещё, почитайте книги по схемотехнике, а не только по программированию. И ответьте таки на вопрос, зачем понадобилась такая точность?

Надеюсь, очень скоро станет понятно, что осетра можно запросто урезать на порядок и для согласования диапазонов вполне достаточно делителя из пары обычных резисторов, расположенных рядом. Или, на худой конец, резисторной сборки.

[DundukovEM 0]

И ответьте таки на вопрос, зачем понадобилась такая точность?

Заданная точность необходима прежде всего маркетинговых целях, в условиях конкурентной борьбы.

Тенденция современного оборудования на использование повсеместно LCD-экранов накладывает требование отображения с многоразрядной точностью режимов работы схемы. А показывать в доп. разрядах погоду на Марсе - так только вводить в заблуждение конечного потребителя.

А если далеко не дешовый девайс будет работать с качеством измерений ниже китайского мультиметра - так это вызовет лишь гнев.

 

Надеюсь, очень скоро станет понятно, что осетра можно запросто урезать на порядок и для согласования диапазонов вполне достаточно делителя из пары обычных резисторов, расположенных рядом. Или, на худой конец, резисторной сборки.

К резисторам и сборкам мы всегда успеем прийти.

Есть ли у кого сведения как сделано высокоточное преобразование входного диапазона 0-20В в цифровых вольтметрах в диапазон входных сигналов современных низковольтных АЦП (напр. 0-5В, 0-3,3В) ?

Изменено 23 февраля, 2012 пользователем johny_2000

[DundukovEM 0]

Вот например цены прецизионных резисторов Vishay / Dale для Санкт-Петербурга.

http://octopart.ru/catalogue/Passive_Components/Resistors/Precision_Resistors/PTF651M0000BZBF/

1 шт. ~ 6$.

Микрухи стоят дешевле.

 

[Herz 4]

Простите меня, но с Вашей подготовкой о конкурентной борьбе пока говорить рановато. Вот, может, когда к резисторам и сборкам придёте...

Тенденция современного оборудования на использование повсеместно LCD-экранов накладывает требование отображения с многоразрядной точностью режимов работы схемы.

Впервые слышу. Причём тут экраны? Вы что имеете в виду? Эх, гигантомания - болезнь начинающих, сам страдал...

Есть ли у кого сведения как сделано высокоточное преобразование входного диапазона 0-20В в цифровых вольтметрах в диапазон входных сигналов современных низковольтных АЦП (напр. 0-5В, 0-3,3В) ?

Есть. Делителем, коллега. Банальным делителем. Хотите точно - поставьте подстроечник. Можете не механический, но электронный. Но ни к чему это, ведь точный коэффициент деления легко учитывается калибровкой. Пересчётом результата в цифровом виде уже после оцифровки. И ДСП тут совершенно лишний - любой примитивный МК справится.

Боитесь ТКС? А Вы рассчитайте для начала уход номиналов в требуемом диапазоне, уход результирующего коэффициента деления и прикиньте погрешность. Для наглядности спаяйте макет из резисторов одного типа (лучше одной партии) и поставьте их поближе друг к другу. Сильно боитесь ТКС? Обмажьте их теплопроводящей пастой и накройте общей крышечкой. И проведите испытания. Думаю, страхи рассеются.

Нет - поставьте аналоговый коммутатор и подавайте эпизодически для контроля на вход делителя опорное напряжение вместо измеряемого.

А хотите использовать дифусилители - тогда покупайте точные резисторы. Или готовые инструментальные усилители. Но тогда маркетинг Ваш - китайцам на радость...

1 шт. ~ 6$. wacko.gif

Микрухи стоят дешевле.

"Микрухи" Вам не помогут. Понимаете - почему?

[DundukovEM 0]

Впервые слышу. Причём тут экраны? Вы что имеете в виду? Эх, гигантомания - болезнь начинающих, сам страдал...

Имеется ввиду наличие немаленького многосимвольного/многострочного ЖК дисплея в конечном девайсе, на котором будут видны основные рабочие параметры устройства, в числе которых - текущее напряжение АКБ. Также, оно используется внутри алгоритма МК для защиты, контроля, переключений режимов и т.д.

 

Есть. Делителем, коллега. Банальным делителем. Хотите точно - поставьте подстроечник. Можете не механический, но электронный. Но ни к чему это, ведь точный коэффициент деления легко учитывается калибровкой. Пересчётом результата в цифровом виде уже после оцифровки. И ДСП тут совершенно лишний - любой примитивный МК справится.

DSP используется в проекте уже априори. Семейства TI TMS320. Оно ведь там не для одной цели - измерить напр. АКБ стоит ;)

Там полноценно используется добрая половина его ресурсов в качестве синхронизированных многоканальных ШИМ-регуляторов.

Обратные связи по току и напряжению каскадов устройства (Interleaved PFC, Phase Shifted Full-Bridge, Sinchrounous Rectification, Buck Converter и пр.) через соотв. цепи согласования уровней, изоляции и каналы АЦП DSP.

Также в DSP используются встроенные порты RS232, SPI.

 

Боитесь ТКС? А Вы рассчитайте для начала уход номиналов в требуемом диапазоне, уход результирующего коэффициента деления и прикиньте погрешность. Для наглядности спаяйте макет из резисторов одного типа (лучше одной партии) и поставьте их поближе друг к другу. Сильно боитесь ТКС? Обмажьте их теплопроводящей пастой и накройте общей крышечкой. И проведите испытания. Думаю, страхи рассеются.

Нет - поставьте аналоговый коммутатор и подавайте эпизодически для контроля на вход делителя опорное напряжение вместо измеряемого.

А хотите использовать дифусилители - тогда покупайте точные резисторы. Или готовые инструментальные усилители. Но тогда маркетинг Ваш - китайцам на радость...

 

Требуемый диапазон от -40С до +60С минимум.

Скажум Вам, что почти всё уже спаяно на макетках, частично печатках и навесным. Оно уже работает.

Я приводил скриншоты кусков схемы проекта.

Проблема температурной нестабильности номиналов резисторов выплыла очень быстро и красиво.

При комнатной температуре откалибровав программно АЦП и поправив константы пересчета в DSP мы добились требуемой точности.

Стоило в комнате изменится температуре на 5 градусов, или резюкам от радиаторов силовых цепей немного согреться - как калибровку можно начинать сначала.

Так не дело для готового изделия.

Ставить термостабилизированный источник опорного напряжения на плату, и от него производить постоянную процедуру само-перекалибровки?

Думаю это излишне. Такое видел только в лабораторных приборах гос.стандарта.

 

На мой взгляд, достаточно по максимуму сократить количество пассивных элементов аналоговой части схемы, чтобы параметры устройства вошли в допуски ТЗ.

С измерениями по току так уже и сделали (High-Side Current Sense).

Применили фирмовые токовые шунты Ohmite c кельвиновским подключением, и интегральный диф. усилитель токового шунта - AD8207.

Тем самым, избавились от проблем с уплывом по ТКС пассивных элементов.

 

Вот чего то аналогичного хотелось бы и в части схемы измерения напряжения АКБ.

Есть ведь интегральные мониторы батарей. Хотелось бы м/схему по типу четырехполюсника с одной стороны два диф. входа от 0 до 18~20В с внутренним сопротивлением от 2Мом и выше, а с другой стороны сигнальный выход относительно общего провода DSP с диапазоном до 3В.

Только не резисторный делитель Его я уже считал, паял, пробовал и не раз. Работает, не вопрос. Но качество измерений на доступных резюках...

 

P.S. теплопроводящие пасты, общие крышечки, подбор резисторов по партиям - на мой взгляд, борьба со следствием, а не с первопричиной.

Нужно активнее применять арсенал западных наработок в области интегральных решений для конкретных задач. Пусть и на заказ в наших краях.

Эти м/схемы сочетают в себе достоинства простоты применения (вход-выход-питание-готово!) и гарантированной точности параметров в широком диапазоне температур.

 

Высокостабильные имп. резисторы тоже только на заказ, да и цены соизмеримые порой.

Изменено 23 февраля, 2012 пользователем johny_2000

[Vovk_Z 0]

Только не резисторный делитель

Неужели делитель на С2-29 настолько уплывает? Ситуацию, когда умышленно нагревают только резистор одного плеча делителя - не учитываем (точность 0,1% при -40С никому, наверное, тоже не нужна).

Надо проверить самому, не верится, что-то.

Изменено 23 февраля, 2012 пользователем Vovk_Z

[muravei 3]

Имеется ввиду наличие немаленького многосимвольного/многострочного ЖК дисплея в конечном девайсе, на котором будут видны основные рабочие параметры устройства, в числе которых - текущее напряжение АКБ.

Ну выводите текущее давление внутре АКБ , ее температуру , добрые пожелания... :)

[DundukovEM 0]

Неужели делитель на С2-29 настолько уплывает?

C2-29 у меня нет. Ничего не скажу про этот случай.

Пока сделано на имп. резисторах (китай) класса 1%. Плывем. :)

Изменено 23 февраля, 2012 пользователем johny_2000