1 Востаннє редагувалося taburyak (21.11.2018 18:36:54)

Тема: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

Всім вітання.
Є питання по електриці.
Є три батареї +60, -60 і -24 вольта. З середньою точкою батареї - СТБ.
Треба слідкувати за напругою.
Ось схема:
https://lh3.googleusercontent.com/hgYal5GCrb-vmygfIbdQcjg2_J5F3XO1CGqwUySFEcX7yKVR4--T8JxD2EjiGFruWc401t6uRJQT0wUKCorEu0xiCEDWVfb215l4BsZfLvfKjHX25PkhY7Kk0k3T-iUUQ_6-tzaHQ4ihKqcH190wXFn7kukAqqg-xVY7cGVL1HXD2_D42dp3rMj2yxYL4cBKn17_DcgJKrYNIbG4RYFYSfYdDM-QYjq5RZ8gsUsyPj9m-e0fv6VW_ebpqj7sBV1hu4egDqSZuMLj2BxwspZ2lW-Q9XF40QoUNx4JfUunc2x62iHOHDRXojkr2AQD-mIcFU_VDI8PjxF-HC2kYg43ADFVUNCFQBN0ngBXASimufDSIk9mwwOX7fLe04UnrhHaJ1HUlmNyYYA-RMmwtpqq3JtgSJFoPbWAHnsq-_G4D9v6KBBpr5uwEQ9ukam5cQCg56PgGc5Hy0k_NvMmX-l1tTsklnJd12h72xNvvmD548_VDEQ_3gGFy2A8dijRg0AK8YVEGewjG0f9WtUXLfGI3I_y63slD_Dg9N3V6JBchp6LpHu3w-7dqINi4WBC1d9xEaahyAg_Nr3l1kIorikcaICHzQ4HLHomeKvPC1kzHmn4cbSRVcoWfdJk8knn8FRg9hy27ZOo8lPFfxB-e0_J4MbFag=w696-h938-no

http://replace.org.ua/misc.php?action=pun_attachment&item=1950&download=0&secure_str=4476t10004

Живитись схема вимірювача буде через DC-DC конвертер який має гальванічну розв'язку. З батареї -60 і -24 на дільник напруги, а далі на ОУ інвертний, а там вже на ADC MCU. Наче тут все нормік? СТБ і GND живлення схеми буде окремо. Хоча все одно не буде гальванічної розв'язки, а по "-ОУ" буде електричний зв'язок? Чи є сенс окремо СТБ і GND схеми? Чи можна з'єднати?
Інше питання по +60, тут виходить що без з'єднання GND схеми і СТБ не обійтись? Або взагалі обійтись в такому разі без ОУ для +60? Хай вже з дільника напруги йде на ADC?
Гальванічна розв'язка не критично, але подумав що як живлення з гальванічною розв'язкою то вже було б добре відмежувати всю схему від батарей. Але ж як тоді міряти батареї?
Є думки?

Post's attachments

P81121-151446.jpg 1 mb, 87 downloads since 2018-11-21 

2

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

Мені не видно схеми :(

Яка точність потрібна?
Мінусові теж можна без операційного підсилювача, просто дільник верхнім кінцем (еквівалентний нижньому кінцю плюсового дільника) поставити на живлення мікропроцесора (або на Uref для ADC).

3

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

ReAl написав:

Мені не видно схеми :(

Яка точність потрібна?
Мінусові теж можна без операційного підсилювача, просто дільник верхнім кінцем (еквівалентний нижньому кінцю плюсового дільника) поставити на живлення мікропроцесора (або на Uref для ADC).

А так видно вже?
Десяті вольта.
Батареї з'єднані СТБ (середня точка батареї). +60 і -60 це разом 120 з відводом СТБ з середини. Треба міряти окремо. Одним MCU.

4

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

Тепер видно.

А температурний діапазон який ;) ?

Середньодешевий операційний підсилювач тут не допоможе, а нашкодить запросто — напругою зміщення, вхідним струмом.
Грубо — 1 мВ зміщення дасть 25-30 мВ у перерахунку на вхід 60В, а це вже третина від бюджету 0.1В.
Біда в іншому — 1% резистори дадуть відповідну похибку дільника, тобто на 60 вольтах буде далеко не 0.1В похибки. Принаймні, гарантованої (зі стрічки 1% резистори типово точніші, але нагрів при паянні, старіння, ...). Хоча і 0.1% резистори доступні, тільки по десять гривень за штуку, а не за сотню.

І опорна напруга АЦП, дасть той же ефект.

Якщо з підходом «що дадуть 1% резистори, того й досить», то я б без операційних підсилювачів зробив навіть.
Землю мікроконтролера на СТБ.
Дільники 240к і 10к (трохи з запасом, бо 60=5*12 може бути 5*14,5 при заряді).

Для +60 резистор 10к на GND, при опорній напрузі 3.3В що наміряли просто перераховується і все.

Для -60 і -24 резистор 10к на опорну напругу, тобто потім рахувати по іншому. Брати (ADC_MAX-adc_value), перераховувати по дільнику, а потім від результату віднімати опорну напругу.

Ну й потім результат через UART через оптрон куди треба.

Щоб спокійніше від вильотів напруги, можна з дільника діоди на землю-живлення, і з цієї точки на вхід АЦП ще резистор послідовно.

Подякували: leofun01, varkon, NaharD3

5 Востаннє редагувалося taburyak (22.11.2018 10:33:14)

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

ReAl написав:

Для -60 і -24 резистор 10к на опорну напругу, тобто потім рахувати по іншому. Брати (ADC_MAX-adc_value), перераховувати по дільнику, а потім від результату віднімати опорну напругу.

Щоб спокійніше від вильотів напруги, можна з дільника діоди на землю-живлення, і з цієї точки на вхід АЦП ще резистор послідовно.

Дільники пораховані з урахуванням 100 вольт це 3.3 вольта (220 кОм і 7.5кОм). В програмі через меню можна коригувати перерахунок з значень на вольти.

Без ОУ мені простіше і бажаніше. Але я не можу скумекати як це зробити. Мене завжди "мінусова" електросхемотехніка в ступор вводила. Не можу вийти за межі де "-" це GND, живлення "+". Ти мені, будь ласка, схему намалюй, як так можна дільники під'єднати до батарей, щоб на виході був позитивний потенціал, який можна на вхід ADC дати. Зі слів нічого не зрозумів.

6

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

Типу так?
https://lh3.googleusercontent.com/nl20U35OeHg1suSxVaWMlPux0oiD7j8T4_deKNNcQBUBPxlVcmY_4478JMPHlfHaAO4AAWrxky5QMX-W2LxjceMPYRBx3xXwl2y5rI0vqVuZTfeUT9WFSb58Gi19l63muzBycE5YTbqK8nwii48BHE7uJsPAj3zO9h297FRL0nw1WK8JxxGtqRMXqKV2oN-SVYsb3bqI3J1OqDMxcvey5XZ_CrECuh-mqIaOLZMsiRGzzLd3PvNu0YbO64Q7NQm8lxNol0NrXZ5x4XIzFah9Demf_3JeWLslyBmtyrPuhNTHafiGJQ20dluRs5U9ycmofURrcuX9HvKBXZIH2Ub_BrzNh_axPOj81v7jjEH7tZaigrriSlMQix1GeCIjjMibvcnV7QgoakoHSmAs0UernVDBkViPhbIbwwQ-8pID1ysVENHjJxtYyZFuuz37c0U7EJZ1zCBqI12Pd93-WA78U3Oocfpbwbsy9gnSGpqJwFrEk_VFUlzm1GzSWN5t4JgU2b_10x3X9-xZZ3rLxr9IzGXMZI0IaIp2e2jYEeM1Cy9XTT3FPXXlOGb9IdMUS4-NMsfMqTbtFzeIRSBH1xZ23OxBWwBtCUnaTZdNqfiaEUo-3-jK8qPT7R9Lj8WgbcipGzrpqvGUhq4BUuJgH3-TWnnPRQ=w600-h889-no
http://replace.org.ua/misc.php?action=pun_attachment&item=1952&download=0&secure_str=4476t10004

Post's attachments

P81122-191422.jpg 1.06 mb, 109 downloads since 2018-11-22 

7 Востаннє редагувалося ReAl (22.11.2018 22:50:14)

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

Ні, ось так. «земля» тут — на СТБ, це земля цієї частини схеми.
http://replace.org.ua/extensions/om_images/img/5bf7156b1fc1c/plusminus.jpg
Тут без ОП, але з простим захистом (все на VCC, ця шина повинна вміти прийняти максимальний струм, який може піти через 220к).

Резистори я підписав 7,5k, але то вже скільки треба.
Послідовні резистори фільтрів/захисту стоять після діодів захисту, щоб зайвина, якщо що, пішла через захисні діоди, а не через вхідні діоди мікроконтролера (хоча в певних умовах і то не біда з точки зору вигоряння мікроконтролера, але однак може інжектувати дещицю струму в аналоговий мультиплексор перед АЦП і спотворити відліки сусідніх каналів). Ці послідовні резистори не дуже критичні, тому вибрані такими ж, як «нижні» резистори дільників.
Діоди краще класику 1N4148 (LL4148 в SMD корпусах SOD80, 1N4148WS в дрібніших SMD), або збірки BAV99.

Вважаємо, що Vref від VCC і рекомендую точний варіант класичного дешевого стабілізатора LP2951AC-3.3. Саме з літерою A він дає щонайгірше ±0.5% при 25°С і ±1% в температурному діапазоні –25…+85.
Так, на 100 вольтах це вже не десяті вольта, але це відповідає 1%-резисторам і взагалі «простому» варіанту.
DC/DC на 5 вольт і далі лінійний стабілізатор для мікроконтролера.

Тепер по обчисленнях.
Позначення:
k = R2/(R1+R2), для позначених номіналів R1 = 220к, R2 = 7,5к   приблизно 0,033
K = 1/k = (R1+R2)/R2 приблизно 30,33 (при Vref = VCC = 3,3V замір до 100V)
N — кількість рівнів АЦП (4096)
n — значення з АЦП (0..4095)

Для плюсової напруги Ux (дільник на GND) все звично і просто, повторю для повноти викладу.

Відлік АЦП буде
n = kUxN/Vref
звідки
Ux = nKVref/N

Для мінусової –Ux (дільник на Vref) розрахунок трохи складніший.
Напруга з виходу дільника відраховується від Vref, а тому, щоб скористатися формулою «як для плюса», тут «відліком» є різниця (N−n) (відраховуємо від верхньої межі). А до дільника прикладено напругу (−Ux+Vref)

Відлік АЦП буде
(N−n) = k(−Ux+Vref)N/Vref
звідки
Ux = −((N−n)KVref/N − Vref)

При цих резисторах замір буде до −100В від рівня Vref = VCC, тобто майже до −97 вольт.

Подякували: taburyak1

8

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

p.s. З діапазоном вимірювання не треба бути жадібним. Що більший дільник, то в більшу приведену до входу похибку перераховується похибка АЦП.
Тобто якщо 60 вольт це 5 свинцевих батарей 12-вольт, то 16 вольт на батарею — аварійний режим.
_Міряти_ з головою достатньо до 80 вольт. Доповісти про аварію вже можна, а далі вже не важливо.
Але це на 20% знизить внесок похибок АЦП у результат.

Подякували: taburyak1

9

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

Все більше і більше питань.
Не зміг осягнути твою схему. Де СТБ? Де -24В? Який номінал у R2? Які номінали у не підписаних резисторів?
Шось я зовсім товой і в трьох дротах не можу розібратись.

10 Востаннє редагувалося ReAl (23.11.2018 15:06:51)

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

СТБ приєднано до землі цієї схеми.
«+60» на «+U», вимірювання до +100 вольт від СТБ-землі.
«-60» на «-U», вимірювання до -100 вольт від VCC, тобто до -(100-3,3) вольт від СТБ-землі.
«-24» — такий самий канал, як «-60», ну може інший дільник.

У верхній частині обидва резистори лівіше діодів по 220к, а правіше діодів 7,5к всі чотири (там написано, що послідовні захисні не дуже важливі, простіше вибрати такі, як нижні дільників).

У нижній частині, яка для пояснення формул, R1 і R2 ті ж самі, що R1, R2 у верхній частині, тобто R1 = 220к, R2 = 7,5к.

Подякували: taburyak1

11

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

Прибрав, щоб не заважали, захисні діоди і конденсатори - з цим все ясно.
Залишив тільки дільники.
Правильно???
https://lh3.googleusercontent.com/TPwhoknO2eherb0-mGxwDWqT_i9k1__7Q3ZJXwS9ptQJe3G85XRRuVFLIF42AsN6nskMTa9Ivhc7H-cvH0GXanTXCGlFL1fsRJ2dPvBzMQDtu-bxlyUBQMTGYy36j40mCjb45pZBnFEjzYBU-mYOQn_2QlpyTKxJjtVFQgj7VMRlVdwHGMdRwHKiWjKVTmRFRlbJO4WUztAWFLGyY-Q9hELWaxiaU6ukAERCYBaJQxs0PQZqak1bbHnRoheCnGvzUXSZiEsjlq9U-M-86HPcgEqkUBZxX4-W0zo7DhBOegz8rwKRXQ3mW3lVWH3MdIChUPHPoVGVVgo7UOYsqFgd3B7301Z3j04rhk8-lugMMxAZ9QHg5vnEHpCzA_1JNO6EpO8Qx3Zpz_pn5BOgrPOg0wPf5JOFHJ67oEpopkLZo9ecYKPQ0K4NIGDzZO8pqmwfoOnWMCco6qBaSFUl2c6IKOaSJsKJiN1i-R7YZqjcol6fmJ9lo9k-CI2iuZhbj9vyVTfU6od_YgxFMWh54411_UWCy6Y6J9d4hqQhusiSlQUclE0XTuqsP5nrjHQKaQugnc-j4H73Eb-IOisBSFIcId-WHAvLym6SQGeGyGt2W-if20B6I1crU0iaGCbsnfPYVvZqPmDSMe0iUglKTy2L3Am09A=w689-h939-no
http://replace.org.ua/misc.php?action=pun_attachment&item=1953&download=0&secure_str=4476t10004
Потребую пояснень щодо Vref. Це ніжка мікроконтролера мається на увазі, чи просто еталонна напруга 3.3 вольта?
Що то є Vcc??? Куди його?

Post's attachments

P81123-193918.jpg 245.05 kb, 52 downloads since 2018-11-23 

12

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

Правильно.
Vcc — звичка ;) З тих часів, коли живлення було напругою колекторів (collectors). Потім для NMOS там стало drains і з тих пір пишуть Vdd, хоча зараз вже CMOS і там sources верхніх P—канальних транзисторів (але Vss пишуть для "землі", для нижніх N-квнальних). Коротше, це живлення мікроконтролера.
Vref — опорна напруга АЦП. Якщо АЦП всередині мікроконтролера підключено до його живлення, то і цю лінію треба подати на живлення мікроконтролера (чисте, "аналогове", якщо воно окремою ніжкою).

Подякували: taburyak1

13

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

ReAl, дякую. Тепер все зрозуміло. Завтра спробую цю схему.

14

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

ReAl, а в тебе на схемі з діодами все гаразд? Чи помилився? Там -U через діод закорочено на + що є СТБ і позначено землею. Ну і +U через діод йде на Vcc. З діодами не зрозумів.

15

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

Ображаєш.
Від -U до діода резистор R1 220 к, тому саме -U нікуди не закорочене. Допоки на -U залазить в мінус відносно СТБ не більше, ніж до -97 вольт, на спільній точці R1 і R2, яка потім піде на АЦП, напруга не стане менше за 0 вольт (відносно СТБ), бо працює дільник, підтягнутий до +3,3 вольт (відносно СТБ). В цих межах міряємо. От якщо на -U залізе ще нижче, то тоді діод почне відкриватися і захистить вхід мікроконтролера від зайвих напруги/струму.

З +U ситуація симетрична, дільник на землю-СТБ не дає напрузі на спільній точці резисторів і діодів піднятися вище за 3,3 вольти, діод у робочому діапазоні закритий.

Додаткові два діоди — на випадки «переплутали кінці місцями», «подали ~220» і т.д.

Подякували: taburyak1

16

Re: Батареї, дільник напруги, ОУ, ЦАП

ReAl написав:

Ображаєш.

Ні в якому разі. Публічно показую свою безграмотність :)))
За пояснення дякую - зрозумів.