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Thema: Elegante Spannungsmessung mit ADC ohne permanenten Stromfulss

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Elegante Spannungsmessung mit ADC ohne permanenten Stromfulss

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    Guten Morgen zusammen,

    ich zerbreche mir grade den Kopf darüber, wie ich möglichst elegant mit einem Cmos-Pegel-µC (3,3V) bis zu 4,3V messen kann.
    Klar, ein Spannungsteiler muss her. Und vom Spannungsteiler zum µC womöglich noch ein Schutzwiderstand in Serie. Aber dann habe ich permanent einen Stromflu´über den Spannungsteiler, der den Akku belastet.

    Meine nächste Idee war einfach einen kleinen MosFet anzuklemmen und für di eMessung den Stromfluß darüber freizugeben.
    Also schnell danach gegoogelt mit dem Ergebnis, dass davon abgeraten wird, da man das Messergebnis zu sehr verfälscht.
    Im Fallbeispiel wurde zu einem Relais geraten, was ich aber aus Gründen der Baugröße nicht verwenden kann. Evtl. käme ein SMD Solidstate-Relais in Frage. Aber mit Solidstaterelais habe ich bisher noch nicht gerabeitet.
    Hat sonst noch jemand ne Idee, wie ich die Spannungsteilung so dürchführen kann, dass nicht permanent der Akku belastet wird?
    Grade wenn die Schaltung auf Grund eines entleerten Akkus aus geht, würde der Spannungsteiler ohne weitere Schaltung noch weiter den Akku belasten und somit tiefentladen!

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo,
    Zitat Zitat von Cysign Beitrag anzeigen
    Meine nächste Idee war einfach einen kleinen MosFet anzuklemmen und für di eMessung den Stromfluß darüber freizugeben.
    Also schnell danach gegoogelt mit dem Ergebnis, dass davon abgeraten wird, da man das Messergebnis zu sehr verfälscht.
    Kommt darauf an, was für einen MOS-FET du nimmst!
    Du hast in Serie zu deinem Spannungsteiler noch RDSON.
    Den Fehler kannst du selber ausrechnen. Der muss nur kleiner als die Auflösung des ADC sein.

    Bei den kleinen MOS-FETs hat man schnell ein RDSON von 50 Ohm, welches zusätzlich streut und sich mit der Temperatur verändert.
    Nimmt man einen kleinen Leistungs-MOS-FET, hat dieser ein RDSON von <<0.1 Ohm.

    Man kann auch einen Bipolar-Transistor nehmen und E und C vertauschen.
    Das HFE wird dann um etwas den Faktor 10 schlechter, aber VCE wird auch 10 mal kleiner (<20mV anstatt 200mV).

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  3. #3
    RN-Premium User Roboter-Spezialist Avatar von witkatz
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    Zitat Zitat von Cysign Beitrag anzeigen
    Meine nächste Idee war einfach einen kleinen MosFet anzuklemmen und für di eMessung den Stromfluß darüber freizugeben.
    Meinst du das so mit einem N-Kanal-MOSFET?
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ID:	31840
    Der N-Kanal MOSFET würde im gesperrten Zustand bewirken, dass an dem Analogpin 4,3V anliegen. So lange der Akku geladen ist wird ein kleiner Strom permanent zu VDD des Mikrocontrollers über die Klemmdioden der internen Pinsbechaltung abgeleitet. Sind zwar nur einige 10µA, die aber dauerhaft die Batterie entladen.
    Ich weiss nicht was du vor hast, bei einer batteriebetriebenen Low-Power Anwendung spielen evtl. auch ein paar µA eine Rolle.

    -----------------------------------------
    Ausserdem könnte evtl. je nach Schaltung die VDD unzulässig ansteigen,
    also ein Fall für die AoE Bad Circuits
    Geändert von witkatz (21.07.2016 um 09:45 Uhr)

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    @ Cysign

    Um schalterunabhängige Spannung zu haben, könnte man den Spannungteiler auf per Transistor ausschaltbaren kleinen Spannungsregler (z.B. aus der "L" Serie) hängen.
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  5. #5
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    Meinst du das so mit einem N-Kanal-MOSFET?
    Die Schaltung ist aber gefährlich .... ist der FET hochohmig liegt am AD-Eingang die volle zu messende Spannung an ... der FET(P-Kanal) müsste im Positionen Zweig liegen und über Masse (npn) angesteuert werden ...

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    Geändert von Feuerring (21.07.2016 um 09:58 Uhr)
    Gruß Ralf ... Projekt-Beschreibungen www.greinert-dud.de ... "Alle sagten: Das geht nicht. Dann kam einer, der wusste das nicht und hat's gemacht."

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Zitat Zitat von Cysign Beitrag anzeigen
    Klar, ein Spannungsteiler muss her. Und vom Spannungsteiler zum µC womöglich noch ein Schutzwiderstand in Serie. Aber dann habe ich permanent einen Stromflu´über den Spannungsteiler, der den Akku belastet.
    Bevor man jetzt irgendwelche langen Überlegungen über den zusärtzlichen Stromverbrach des Spannungsteilers anstellt, sollte erstmal geklärt werden, um wieviel sich der Stromverbrauch des Gesamtsystems durch ihn verschlechtert. Ein Prozent hin oder her ist den Aufwand nicht wert, da unterscheiden sich schon die Akkus (selbst aus der gleichen Charge) um mehr.

    Wobei man berücksichtigen sollte daß typische µC ADCs gern eine Quellimpedanz kleiner als 10k sehen wollen. Aber auch das erzeugt nur einen Querstrom von weniger als 1mA. Es gibt Maßnahmen, die mit weniger Aufwand mehr erreichen, Ströme durch Anzeigeleds verringern, Pullups/Pulldowns vergrößern oder den Takt des µC heruntersetzen usw.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Zitat Zitat von witkatz Beitrag anzeigen
    Meinst du das so mit einem N-Kanal-MOSFET?
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Name:	SC01.PNG
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ID:	31840
    Der N-Kanal MOSFET würde im gesperrten Zustand bewirken, dass an dem Analogpin 4,3V anliegen. So lange der Akku geladen ist wird ein kleiner Strom permanent zu VDD des Mikrocontrollers über die Klemmdioden der internen Pinsbechaltung abgeleitet. Sind zwar nur einige 10µA, die aber dauerhaft die Batterie entladen.
    Ich weiss nicht was du vor hast, bei einer batteriebetriebenen Low-Power Anwendung spielen evtl. auch ein paar µA eine Rolle.

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    Ausserdem könnte evtl. je nach Schaltung die VDD unzulässig ansteigen,
    also ein Fall für die AoE Bad Circuits

    In diesem konkreten Fall dachte ich eher an High-Side.
    Die Spannungsteilung muss ja in jedem Fall stattfinden, um die 3,3V des ADC nicht zu übersteigen - auch wenn der Akku grade mit 4,2V geladen wird.

    Ich hab mal nach nem SolidState-Relais geschaut und da lediglich das AQY2C1R2P aus dem Hause Panasonic als auf den ersten Blick brauchbar empfunden. Aber das kostet pro Stück über 12€ (zzgl. Versand). Ist also damit wieder raus.


    @PICture: Ich versteh das mit dem Spannungsregler in dem Zusammenhang nicht. Könntest du das bitte kurz skizzieren?
    Wo soll dann gemessen werden?

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Zitat Zitat von Cysign Beitrag anzeigen
    Wo soll dann gemessen werden?
    Ohne Schaltplan deiner Schaltung weiß ich es nicht.

    Meine Idee hoffentich verständlich:
    Code:
      + Uin >----------+---+
                    .--|---|.
                    | .-.  ||
                    | | |R2||
                    | | |  ||
                    | '-'  ||
                    |  | |< |
                    |  +-|T1| .-------.
                    |  | |\ | | _____ |
                    | .-.  || ||     || .---.
                    | | |  +---|78LXX|----+ |
                    | | |R3 | ||_____|| | | |
                    | '-'   | |   |   | |.-.|
               R1   |  |    | |  ===  | || ||R4
               ___  ||/     | |  GND  | || ||
     vom µC >-|___|--|T2    | '-------' |'-'|
                    ||>     |           | | |
                    |  |    |           | +----> + Uref
                    | ===   |           | | |
                    | GND   |           |.-.|
                    '-------'           || ||R5
                                        || ||
                                        |'-'|
                                        | | |
                                        |===|
                                        |GND|
                                        '---'
    
    (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)
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  9. #9
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    Ich möchte mit dem µC den Akku, der zur eigenen Versorgung genutzt wird, messen

    So wie ich das verstehe, wird mit deiner Idee eine Referenzspannung für weitere Messungen erzeugt. Da hab ich mich wohl was blöd ausgedrückt

  10. #10
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    Das macht mir nix aus.
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