Stromaufnahme messen

Hallo!
Ich muss meinen alten thread wieder ausgraben, ich habe noch eine Frage.
Da habe ich jetzt das Schaltbild mit dem Sallen-Key Tiefpassfilter gezeichnet, ich will damit den gesammten strom der in den L293 reinfließt messen:

Code:

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                                                                5V ^
              ^ 12V                                                |
              |                                                    |
              |                                                    |
              |                                                  o-+--o
            o-----o                                              |    |
            |  L  |                                              |    |
            |  2  |                                              |    |
            |  9  |                                              |    |
            |  3  |                                              |    |
            |  D  |                                              |  A |
            o-----o                                              |    |
              |                    +--------------------+        |  V |
              |                    |                    |        |    |
              |              1nF  |        +----------+        |  R |
              +-----              ---        |          |        |    |
              |    |              ---        |  |\    |        |    |
            S .-.  | |\            |        +---|-\    |        |    |
            H | |  +-|-\    ___  |  ___      |  >---+--------+    |
            U | |    |  >---|___|--+--|___|--+---|+/        ADC |    |
            N '-'  +-|+/                    |  |/              o--+-o
            T  |    | |/      10k      10k  |                      |
              |    |                        |                      |
              |    |                        ---                    |
              |    |                        --- 1nF                |
              |    |                        |                      |
              |    |                        |                      |
      GND  ----+----+-------------------------+----------------------+
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

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Ich weiß nicht ob der Tiefpass vor oder nach dem Verstärker-opamp gehört. Ich habe ihn jetzt mal nachher gezeichnet. könnt ihr mir sagen ob das richtig ist.

Soll ich zur glättung zusätzlich noch einen Kondensator paralell zum Shunt schalten?

Ein Kondensator parallel zum Shunt hat fast die Selbe Funktion wie ein Tiefpass. Der Entkoppelkondensator (ca. 100 nF) zum L293 solle eventuell nicht mit über den shunt laufen, also direkt ans IC.

Der erst OP in der Schaltung ist falsch und überflüssig. Man kann den Filter direkt an den shunt anschließen und den Filter gleich mit Verstärkung aufbauen. Es reicht also 1 OP.

Also so:

Code:

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                                                                5V ^
              ^ 12V                                                |
              |                                                    |
      +--------+                                                    |
      |        |                                                  o-+--o
      |    o-----o                                              |    |
 100nF|    |  L  |                                              |    |
      |    |  2  |                                              |    |
    ---    |  9  |                                              |    |
    ---    |  3  |                                              |  A |
      |    |  D  |                                              |  A |
      |    o-----o                                              |  V |
      |        |                    +--------------------+        |  V |
      +--------+                    |                    |        |  R |
              |              1nF  |        +----------+        |  R |
              +-----+            ---        |          |        |    |
              |    |            ---        |  |\    |        |    |
            S .-.    |              |        +---|-\    |        |    |
            H | |    |        ___  |  ___      |  >---+--------+    |
            U | |    +-------|___|--+--|___|--+---|+/        ADC |    |
            N '-'                            |  |/              o--+-o
            T  |              10k      10k  |                      |
              |                              |                      |
              |                            ---                    |
              |                            --- 1nF                |
              |                              |                      |
              |                              |                      |
      GND  ----+------------------------------+----------------------+


(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

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Fehlt sonst noch etwas oder kann man noch etwas verbessern?

lg christoph

Hallo!

@ Christoph2

Ich habe deine Schaltung modifiziert und im Code skizziert.

Dein aktiver Tiefpassfilter hat eine Spannungsverstärkung Ku = 1. Die Spannung vom Shunt sollte für den D/A Wandler wahrscheinlich verstärkt werden. Die Verstärkung ist gleich Ku = 1 + R2 / R1. Zum Beispiel für den LM2904 mit Bandbreite 6 kHz (Ku = 1) verringert sich die Bandbreite mit der Erhöhung der Verstärkung proportional (z.B. für Ku = 40 ist die Bandbreite 6 kHz / 40 = 150 Hz), so das bei hoher Verstärkung bzw. einem OPV mit kleiner Bandbreite kann der Tiefpassfilter (RfCf) entfallen.

Es fehlen die Betriebsspannungen des OPVs. Beide Spannungen sollten durch Tiefpässe (RvCv) zugeführt werden.

Um 0V am Ausgang des OPVs zu haben ist für ihn eine negative Versorgungsspannung (-) notwendig. Das könnte z.B. mit ICL7660 aus +5V erzeugt werden.

Die positive Versorgungsspannung (+) sollte um min. 2-3V höher als die max Ausgangsspannung sein. Dafür könnte man die vorhandene +12V nehmen.

Um Störungen zu vermeiden sollten alle GNDs sternförmig mit einem Punkt (HGND) verbunden werden.

MfG

Code:

---

            +12V                                        +5V
              o                                          o
              |                                          |
              |                                          |
        +-----+                                          |
        |    |                                      o--+--o
        |  o-----o          R1          R2          |    |
  100nF|  |  L  |          ___          ___        |    |
        |  |  2  |        +-|___|-+------|___|----+  |    |
      --- |  9  |        |      |              |  |    |
      --- |  3  |      ===      |      Rv      |  |  A  |
        |  |  D  |      GND      |      ___      |  |  A  |
        |  o-----o                |  +-|___|-o + |  |  V  |
        |    |                  |  |          |  |  V  |
        +-----+                  |  | ||Cv      |  |  R  |
              |                  |  +-||-+      |  |  R  |
              +---+              |  | || |      |  |    |
              |  |              | |\|  ===    |  |    |
          S .-.  |  Rf      Rf  +-|-\  GND    |  |    |
          H | |  |  ___    ___    |OV>----------+---+    |
          U | |  +-|___|-+-|___|-+-|+/          ADC |    |
          N '-'          |      | |/|              o--+--o
          T  |      Cf ---  Cf ---  | ||Cv            |
              |          ---    ---  +-||-+            |
              |          |      |  | || |            |
            ===        ===    ===  |  ===          ===
            HGND        GND    GND  |  GND          GND
                                      |  ___
                                      +-|___|-o -

                                        Rv

---

Hallo!
Danke für die Antwort, so werde ich es machen.
Also ich habe mit der Berechnung begonnen:


Berechnung des Shunts:

Beide Motoren gleichzeitig im normalen Betrieb: 150mA
unter Last: max. 500mA

Rshunt=0,1V/0,5A= 0,2 Ohm


Verstärkung:

0,1V * X = 2,56V (Referenzspannung des ADC)
X=25,6

=> 25 - fache Verstärkung


Tiefpass:

fg=100*fmess
fmess=fAVR/1024=10000000/1024=10kHz

fg=100*10000=1MHz

Angenommen: C=100pF

R=1/(2*pi*C*fg)= 1630 Ohm


Ein paar Fragen habe ich noch, ich hoffe das sind die letzten:

1. Bei der Berechnung fehlen mir noch die Werte für R1 und R2.
In welchem Bereich sollen die etwa liegen? Gehen so ungefähr 1kOhm und 25kOhm?

2. Soll die 12V - Spannung, mit der der OP-Amp betrieben werden soll, irgendwie stabilisiert oder geglättet werden? Die kommen nämlich direkt aus dem Bleiakku.

3. Wieviel negative Spannung soll ich mit dem ICL7660 erzeugen? Soll ich die vollen -5V an den OPamp legen oder noch einen Spannungsteiler davor?

4. Sollen die Tiefpässe von der Spannungsversorgung des OPamp genauso groß sein wie der Tiefpass den ich oben berechnet habe?

5. Im Datenblatt des mega32 steht, dass AVCC über einen Tiefpass auf VCC gelegt werden soll, aber es steht nicht dabei wie der dimensioniert sein soll. Ist der überhaupt wichtig?

lg
christoph

Hallo Christoph2!

Ich versuche kurz deine Fragen zu beantworten.

1. Die R1 und R2 sind nicht kritisch und können so wie Du geschrieben hast sein. Bei diesen Werten ist die Verstärkung
Ku = 1 + R2 / R1 = 26.

2. Die 12 V Spannung muss nicht stabilisiert und geglättet werden, da eine Spannung aus dem Bleiakku sehr glatt ist. Wichtig ist nur dass die Spannung nicht zu niedrig ist.

3. Die negative Spannung ist auch nicht kritisch und wichtig ist nur, dass sie negativ ist, kann also ruhig volle Spannung aus dem ICL 7660 gelegt werden, die höhe ist nicht wichtig und braucht auch nicht stabilisiert werden, sollte aber "sauber" geglättet sein.

4. Die Tiefpässe für den OpAmp sind vielleicht sogar nicht nötig, wenn der OpAmp nicht oszilliert. Am Anfang kann man ohne probieren, wenn Probleme gibt erst dann einlöten. Die Rv sollten um 100 Ohm sein und die Cv am besten 100nF vielschicht Kerkos, eventuell noch für NF ein Elko parallel.

5. Ich bin PIC Benutzer und über AVRs habe ich (fast) k.A.

MfG

Der LM2904 (alternativ LM358 oder TLC272) arbeitet auch bei spannungen nahe GND noch recht gut. Man sollte also auch ohne die negative Spannung auskommen, denn Ströme im Bereich unter 20 mA werden ohnehin kaum interessieren.
Bei 25 facher Verstärkung und 10 kHz Grenzfrequenz ist er LM2904 schon etwas langsam, der TLC272 wäre etwas schneller. Ich glaube allerdings nicht, das man den Strom wirklich so schnell messen muß, denn so kriegt man jedes Umschalten der Kohlen mit.


Auf den Tiefpass sollte man nicht ganz verzichten. Man sollte ihn aber niederohmiger auslegen (z.B. 150 Ohm, 10nF), vor allem die erste Stufe. Man sollte einen Kondensator parallel zu R2 schalten, und kann dann eventuell auf ein RC Glied vor dem OP verzichten. Der Kondensator parallel zu R2 gibt eine nicht ganz perfekte Tiefpaß-stufe und verbessert die Stabilität der Verstärkerstufe, auch wenn die Schaltung auch so mit den meisten OPs schon stabil sein sollte.

Wenn der OP mit 12 V versorgt wird, sollte zwischen OP un AD noch ein Widerstand von ca. 5 kOhm um den Strom zu begrenzen.

Hallo!

Aus der Berechnung des Shunts kann man ausgehen, das die max. Ausgangsspannung des OpAmps ca. 2,5 V seien wird. In dem Fall, kann man den OpAmp mit + 5 V betreiben und auf die für den ADC gefährliche Spannung +12V verzichten.

@ Besserwessi

Ein serieller Widerstand zwischen dem Ausgang des OpAmps und Eingang des ADCs wird ein Spannungsteiler mit dem Eingangswiderstand des ADCs bilden und wird Erhöhung der Ausgangsspannung und somit der Verstärkung benötigen.

MfG

Hallo!
Da ich jetzt mehrere Teile brauche werde ich bei Reichelt bestellen, da gibt es auch den AD8551, der wäre doch das besste, oder?

Die erste Stufe des Tiefpasses habe ich neu berechnet ich kommen auf 163 Ohm und 1nF.
Bei 10nF wären es 16,3 Ohm.

Ich werde den OPamp mit 5V versorgen, aber ich lasse die -5V auch, weil der Aufwand ist es egal ich habe noch genug Platz auf dem Board.

Wie groß soll der Kondensator paralell zu R2 sein. Soll ich ihn als Tiefpass berechnen?
Dann komme ich auf 6,6pF (bei R2=25kOhm). So kleine Kondensatoren gibts nur selten.

Lg Christoph

Hallo Christoph2!

Wenn der AD8551AR in SMD für Dich nicht zu teuer und zu klein ist, ist er sicher sehr gut.

Ich sehe nicht deutlich den Vorteil des Tiefpasses mit niedrigeren Widerstanden, außer, dass lange Verbindungen (als "Antennen") mehr Störungen aus der Umgebung "empfangen" können.

Der Kondensator parallel zu R2 wird vom OpAmp als Frequenzabhängiger Widerstand gesehen und wird mit der wachsender Frequenz die Verstärkung des OpAmps senken. Weil sein Blindwiderstand Xc = 1/2*pi*F*C parallel zu R2 angeschlossen ist, ergibt sich die Verstärkung als Ku = 1 + R2 || Xc / R1 = 1 + { R2 * Xc / ( R2 + Xc )}/R1. Es ist ein bißchen komplizierter zum Rechnen. Man wählt eine Frequenz, definiert für sie die Verstärkung und berechnet den Blindwiderstand und daraus die Kapazität. Beim Reichelt (wenn ich mich nicht irre) gibt es Kondensatoren ab 1 pF. Der Frequenzgang des Verstärkers mit Cx parallel zu R2 ist anders als beim Tiefpass.

MfG