Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная версия этой страницы: Измерение напряжения DC с гальванической развязкой
Шарага > Hard - Железо > Аналоговая схемотехника
Страницы: 1, 2, 3
asko-it
Здравствуйте гуру. Вопрос в создании схемы измерения постоянки 0-60В с точностью 2-5 процентов с гальванической развязкой. Есть контроллер с АЦП.
Хочется пользовать только его.
Есть несколько "правильных" вариантов:
1. АЦП + REF с питанием от DCDC и развязкой по цифровому интерфейсу (I2C, SPI) на чем-то из серии ADUM
2. Линейная оптопара с 2-мя измерительными операционниками и DCDC на измерительной стороне
Все это достаточно дорого для моего применения.
Явно есть более изящные и простые методы, но я их пока не нашел.
Давайте обсудим.
orthodox
Пока гуры не подтянулись, вот ссылочка на простенькую схемку преобразователя напряжение- частота...
В нагрузку ему нужно оптрон, а на выходе оптрона тупо проинтегрировать, RС цепочкой.

Подробно к вечеру нарисую, если до того времени гуры не кинут готовое...
Только оптопару не нужно линейную, и даже сильно быструю не нужно, разве что охота мгновенно реагировать...
Еще веселее было бы использовать оптопару с фотодиодом на выходе, тогда фотоэдс можно было бы использовать, и просто навесить емкость на выход - и все. Но размах выходного напряжения маловат будет тогда...
Designer56
По ссылке- там однопереходник

Я делал и на оптопаре, и на ПНЧ. Не сказал бы, что оптопарный дороже принципиально- все в точность упирается.
asko-it
Цитата(orthodox @ 26.11.2009, 9:10) *
Пока гуры не подтянулись, вот ссылочка на простенькую схемку преобразователя напряжение- частота...
В нагрузку ему нужно оптрон, а на выходе оптрона тупо проинтегрировать, RС цепочкой.
Подробно к вечеру нарисую, если до того времени гуры не кинут готовое...
Только оптопару не нужно линейную, и даже сильно быструю не нужно, разве что охота мгновенно реагировать...
Еще веселее было бы использовать оптопару с фотодиодом на выходе, тогда фотоэдс можно было бы использовать, и просто навесить емкость на выход - и все. Но размах выходного напряжения маловат будет тогда...

С линейностью, боюсь, большие проблемы. Можно конечно табличку калибровочную а контроллер загнать...

И еще момент. По уму, конечно, цепи измерения надо от DCDC запитывать. С другой стороны кто мешает уменьшив диапазон измерений до 5-60В запитать цепь измерения от входного сигнала (он достаточно мощный) обычным параметрическим стабилизатором.
Designer56
Да какие большие проблемы? Тщательно сделанная схемы ПНЧ-ПЧН или с аналоговой оптопарой дает линейность 0,1%. При ваших погрешностях- это заглаза.
orthodox
Цитата(asko-it @ 26.11.2009, 9:31) *
С линейностью, боюсь, большие проблемы. Можно конечно табличку калибровочную а контроллер загнать...

Проблемы могли бы быть с термостабильностью, с невозможностью работать от чистого нуля, всегда нужно что-то до порога...
А линейность у той схемы - как бы в норме, только линия не в ноль упирается, надо поправочку.

Если от 5 V начинается работа - проще тогда...
Термостабильность решается при моделировании, чуть сложнее может получиться, ненамного.

В общем, нарисовать нужно , тогда и сравнивать...
Я щас по делам убегаю, вернусь - прикину подробно...

Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 9:15) *
По ссылке- там однопереходник

Ну да, а чем еще проще можно? Транзисторный аналог - гораздо стабильнее оригинала, и диапазончик пошире...

О!А еще можно рулить скважностью, или можно ПНЧ на ОУ собрать...LM324 какой-то к примеру, копейки...
Питать правда придется все равно отдельно или работать не от нуля.
Designer56
Насчет смещения- все верно, но со стабильностью- ПНЧ- ПЧН получше будут чем линейная оптопарная развязка, но это видно только в диапазоне -20 и ниже, ну, и больше +40. Я делал промышленные Изолирующие усилители- гонял в камере от -40 до +50.
orthodox
Цитата(Огурцов @ 26.11.2009, 10:06) *
Не слушайте никого. Ставьте дешевый контроллер с АЦП и ацепляйте. Передать на изолированную сторону можно по UART через дешевый оптрон. Все остальные варианты будут заведомо дороже.

Ну-ну... Оно, конечно, можно...Но чтоб контроллер дешевле пары транзисторов...не знаю, не знаю...
Да и счетверенный ОУ в опте сколько? 10 или 15 центов? Есть ли такие контроллеры?
Designer56
И потом к контроллеру все равно нужен нормирующий усилитель. С фильтром, если для реальных условий.
stells
Цитата(Огурцов @ 26.11.2009, 11:06) *
Ставьте дешевый контроллер с АЦП и ацепляйте. Передать на изолированную сторону можно по UART через дешевый оптрон.

наверное лучше даже ШИМ сформировать на этом контроллере и через тот самый дешевый оптрон подать сигнал на АЦП изолированной стороны после интегрирования - UART не нужен
Designer56
Цитата(Огурцов @ 26.11.2009, 14:05) *
Далеко не факт, если источник имеет хоть какую-то мощность.


Реально- придется, если хотите от помех отвязаться. Простая развязка с оптопарой в линейном режиме на приведенные требования по точности- это, максимум, 2 корпуса дешевых микропотребляющих ОУ+ оптопара+ 2 транзистора+ несколько резисторов. Ну, ещё есть и вспомогательные вещи- питание и т.п., но они всегда есть. И это все, включая и вторичную (приемную) часть.
orthodox
Цитата(Огурцов @ 26.11.2009, 11:05) *
И чем голые транзисторы или ОУ помогут ? Помучаться с наладкой этого фарша ?

Агааа...

А чтоб не мучились с наладкой, открыл новый форум в "Железе" - Железячники-Эмбеддерам. помошь и консультации.
wink.gif Лол...
Аналогично открою симметричный форум в "софте"... Мне тоже нужны консультации эмбеддеров... Если только мне - можно и закрыть...
Но я не думаю, что придется...
Designer56
Совсем недавно один парнишка у меня из молодых, (но упрямый!) делал что-то подобное на атмеге. Типа, сделаю, потом программно все исправлю. Напряжение сети ему надо было измерить. Развязанно, естественно. Ну, слушать меня он не захотел... Сделал- потом месяца 3 трахался- плату резал, помехи на контроллер убирал biggrin.gif , а то вначале он у него от помех просто дох. Я уж не говорю, что ему все- таки пришлось сделать выпрямитель на входе с развязывающим трансом. pardon.gif
stells
Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 12:45) *
вначале он у него от помех просто дох.

ну так то смотря что мерить надо... задача стоит измерить 0-60В. например так:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
orthodox
Цитата(stells @ 26.11.2009, 11:51) *
ну так то смотря что мерить надо... задача стоит измерить 0-60В. например так:

Во-во...Классика. Это я и имел в виду, только на двух транзисторах (или на одном однопереходном, но чуть хуже). Или на ОУ. Или на одном корпусе логики CD4000...Простите, коллеги - но я не знаю, на чем это нельзя сделать... Кстати, вместо оптрона можно еще трансик поставить, совсем смешной...
Но не нужно - смысла нет...

(утирая слезы) - знал ли, что доживу, когда пару транзисторов будут заменять на МК с теми же функциями и ненамного дороже smile.gif... Вот оно, счастье-то...


____________________________________________________________________________
Самое обидное, что меня заменил даже не компьютер, а всего один транзистор © Физики продолжают шутить
Designer56
И смотря, где... на столах такие схемы хорошо работают. Но, во- первых, она не полная- вторичной части нет. Во- вторых, если у вас на измеряемой линии имеют место быть импульсные помехи, то с развязкой придется повозится- не тривиально получается. Как по питанию, так и по сигналу. И топология тоже будет иметь значение.
orthodox
Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 12:08) *
И смотря, где... на столах такие схемы хорошо работают. Но, во- первых, она не полная- вторичной части нет.


Как же нет? А вон у него RC-цепь.Больше ничего там и не нужно...Полученное напряжение - мерить.
Designer56
Цитата(orthodox @ 26.11.2009, 15:16) *
Как же нет? А вон у него RC-цепь.Больше ничего там и не нужно...Полученное напряжение - мерить.
biggrin.gif
Не, эту часть я обычно называю первичной. Впрочем, дело вкуса. Приемника не изображено.
orthodox
Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 12:36) *
biggrin.gif
Не, эту часть я обычно называю первичной. Впрочем, дело вкуса. Приемника не изображено.

Да приемником там вход АЦП МК устройства... То есть если б не гальваническая развязка -просто делителя бы хватило...
Designer56
Шим, что ли? А зачем тогда микроконтроллер?
asko-it
Цитата(stells @ 26.11.2009, 11:51) *
ну так то смотря что мерить надо... задача стоит измерить 0-60В. например так:

тоже, кстати, вариант
единственно, что не радует, это необходимость программировать все эти процессоры
две крайности: обвесить один процессор кучей аналогового железа или наставить кучу камней
может и дешевле, но надежность контроллера не сравнить с 2-мя транзисторами и 5-ю резисторами
asko-it
Цитата(orthodox @ 26.11.2009, 12:57) *
Да приемником там вход АЦП МК устройства... То есть если б не гальваническая развязка -просто делителя бы хватило...

В том-то и дело, что сам и не знаю. А может нах эту развязку...
Но религия не позволяет. Аппаратная связистов, надо напругу на резервных АКБ мерять.
Designer56
Это сразу видно по напряжению -60В. Надо развязку.
Designer56
Само собой, обычно- делается 100 В предел.
Ещё одна схема развязки. Оптореле (2 оптореле) на переключение и летающий конденсатор. Периодически подзаряжается (разряжается) от батареи -60, периодически подключается к измерителю. Или даже просто реле, если не нужно слишком часто измерять. Например, раз в 5 мин. достаточно (а то ресурс реле вырабатывается). Просто и надежно, и линейность и проч. погрешности не волнуют. И дополнительного развязанного источника питания не требуется
stells
Цитата(asko-it @ 26.11.2009, 14:02) *
единственно, что не радует, это необходимость программировать все эти процессоры

программы там как таковой и не надо вовсе. проинициализировать контроллер на непрерывное АЦ-преобразование и формирование ШИМ и переписывать потом данные из регистра АЦП в регистр сравнения ШИМ. все! основной цикл программы байт на 10
asko-it
Цитата(maximiz @ 26.11.2009, 13:16) *
Тогда надо мерить от - mega_shok.gif (минус восемьдесят) вольт. АКБ ежели в буфере, 5 штук = 72-74 вольта

И еще, простота в этих делах - хуже воровства ©


нет, АКБ на 24-48В в бесперебойнике и на блоках питания ACDC. Это радиосвязисты. Нет там -60.
А 0-60, а точнее 0-63 для запаса.
stells
Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 14:13) *
Это сразу видно по напряжению -60В. Надо развязку.

а где Вы увидели -60? в задаче задан диапазон 0-60В
Designer56
60- связное напряжение, точнее, телефонное.
asko-it
Цитата(stells @ 26.11.2009, 13:21) *
программы там как таковой и не надо вовсе. проинициализировать контроллер на непрерывное АЦ-преобразование и формирование ШИМ и переписывать потом данные из регистра АЦП в регистр сравнения ШИМ. все! основной цикл программы байт на 10

Я говорю не о сложности программы, это для меня прозрачно. А программировать камушки один хрен надо, хоть конфигурировать, без разницы. А это техпроцесс, еще один программатор и т.п.
Хотя для меня это решение по духу более близкое.
Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 13:29) *
60- связное напряжение, точнее, телефонное.

во во, телефонное
stells
Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 13:36) *
Приемника не изображено.

в задаче сказано: "есть контроллер с АЦП". вот он и есть приемник

Цитата(asko-it @ 26.11.2009, 14:30) *
Я говорю не о сложности программы, это для меня прозрачно. А программировать камушки один хрен надо, хоть конфигурировать, без разницы. А это техпроцесс, еще один программатор и т.п.

ну контроллер у Вас все-равно есть, один запрограммировать или два - нет особой разницы. зато Вы получаете повторяемое решение, калибровка потребуется только на этапе отладки. в случае с дискретным вариантом - каждый раз!
Designer56
А тогда все равно ШИМ фильтровать/ усреднять надо.
stells
Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 14:36) *
А тогда все равно ШИМ фильтровать/ усреднять надо.

R5-C2
Designer56
Цитата(stells @ 26.11.2009, 16:39) *
R5-C2



Думаете, этого хватит? АЦП не имеет вх. токов? Вроде бы у простых контроллеров на входах АЦП собственно ключи торчат от лесенки переключаемых конденсаторов..
Кроме того, у вас цепи заряда и разряда получаются асимметричны.
stells
Цитата(maximiz @ 26.11.2009, 14:39) *
развязать полученный i2c или spi стандартной гальваноразвязкой - это дорого?

то же самое, но неизвестно, есть ли у автора свободные порты i2c или spi. АЦП точно есть

Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 14:48) *
Думаете, этого хватит? АЦП не имеет вх. токов? Вроде бы у простых контроллеров на входах АЦП собственно ключи торчат от лесенки переключаемых конденсаторов..
Кроме того, у вас цепи заряда и разряда получаются асимметричны.

Rвх = 100МОм.
R5 >> R4, так что все симметрично
orthodox
Цитата(stells @ 26.11.2009, 13:52) *
R5 >> R4, так что все симметрично

Да хоть бы и нет - на линейность не влияет, а подогнать диапазон при коротких импульсах- поможет...
Но реально я бы оставил эту схему, только что вот МК бы выкинул , а так - в самый раз.
Три более простых варианта - нарисую вечером..
Designer56
А входной ток? Есть он или нет? Вход может быть и универсальным, тогда на входе может висеть подвязка к Uпит или к земле. Такое часто бывает, что АЦП контроллера плохо работает, если вых. сопротивления ист. сигнала сильно отличается от 0.
stells
Цитата(orthodox @ 26.11.2009, 14:56) *
Но реально я бы оставил эту схему, только что вот МК бы выкинул , а так - в самый раз.
Три более простых варианта - нарисую вечером..

только так, чтобы не требовали каждый раз калибровки. т.е. частота и скважность ШИМа не плыли... ок? wink.gif
asko-it
Цитата(stells @ 26.11.2009, 14:03) *
только так, чтобы не требовали каждый раз калибровки. т.е. частота и скважность ШИМа не плыли... ок? wink.gif


двумя руками ЗА
orthodox
Цитата(stells @ 26.11.2009, 14:03) *
только так, чтобы не требовали каждый раз калибровки. т.е. частота и скважность ШИМа не плыли... ок? wink.gif

Ага, в пределах 5% - как тредстартер просил...
Кстати, в каком диапазоне Т ? Обычно -40 + 70 ?
asko-it
Цитата(orthodox @ 26.11.2009, 14:14) *
Ага, в пределах 5% - как тредстартер просил...
Кстати, в каком диапазоне Т ? Обычно -40 + 70 ?

угу
Designer56
Откуда -40? Для контроллеров? Это кое где написано, типо да, вроде работают. Но только вроде. Пробовано. Военный кристалл- да, работает. Проверяли сами в камере климата. Для обычных- что-то работает, что- то сразу не работает. то, что сразу работает- потом в отказы ударяется часто, если действительно на морозе стоит под напряжением. Народ же не зря с подогревом парится.
stells
Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 15:19) *
Но только вроде. Пробовано.

не пробовал, но написано -55-+125С. температурная нестабильность внутреннего RC-генератора в диапазоне температур -40-+85С не хуже 8%. соответственно и ШИМ может плыть в этом диапазоне температур в пределах 8%
Designer56
Не, я и не отрицаю, что написано. sad.gif Хотя ваши цифры соответствуют военному диапазону для западных производителей. Может, это диапазон хранения?
И бог бы с ним, с генератором и его стабильностью на -40. А то ведь вообще никак не работает.
orthodox
Цитата(stells @ 26.11.2009, 14:37) *
не пробовал, но написано -55-+125С. температурная нестабильность внутреннего RC-генератора в диапазоне температур -40-+85С не хуже 8%. соответственно и ШИМ может плыть в этом диапазоне температур в пределах 8%

Нет щастья в жизни.
Ладно, попробую аналоговое смоделировать...
Комбинация естественной нестабильности и элементов стабилитрона на запрещенной зоне дает иногда отличный эффект...
И после МС7 совпадает в практикой просто поразительно точно...
stells
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Цитата(Огурцов @ 26.11.2009, 15:00) *
Нее, тринадцатая - слишком избыточно для этой задачи. Десятая или пятая.

просто 13-я дешевле и доставабельнее
asko-it
Цитата(Designer56 @ 26.11.2009, 14:19) *
Откуда -40? Для контроллеров? Это кое где написано, типо да, вроде работают. Но только вроде. Пробовано. Военный кристалл- да, работает. Проверяли сами в камере климата. Для обычных- что-то работает, что- то сразу не работает. то, что сразу работает- потом в отказы ударяется часто, если действительно на морозе стоит под напряжением. Народ же не зря с подогревом парится.

В камере на -40 атмел не тестировал, да и нет у меня на украине таких морозов. Но кто-то должен сделать -40 pardon.gif
stells
Цитата(Огурцов @ 26.11.2009, 17:47) *
Дешевле $0.5 ?

смотрим в ChipFind: attiny10 - 0,57$ (5000шт.), attiny13 - 0,43 (95шт.)
Harbinger
Цитата(asko-it @ 26.11.2009, 16:33) *
В камере на -40 атмел не тестировал, да и нет у меня на украине таких морозов.
Атмел тестировал, но не AVR, а AT89S8252 и AT89S8253 (и то и то индустриального диапазона). С последним были нюансы - ниже -10 кварц не заводился, но то лечилось.
Если от AVR абстрагироваться, то по всем параметрам проходит, скажем, P89LPC917 (NXP): АЦП есть, ШИМ есть (и то и то 8 бит, но для этого случая хватит), отклонение частоты встроенного RC в пределах 4% в индустриальном диапазоне температур (тестировал собственноручно). Корпус SSOP-16 примерно такой же по размерам, как SO-8. Цена, правда, аж $1,20, мелкооптом (50 шт.), прямо в Киеве.
(upd) Вообще-то, лучше не ШИМ, а генерить таймером меандр с частотой, пропорциональной напряжению на входе АЦП.
stells
Цитата(evgeny_ch @ 27.11.2009, 7:17) *
Покритикуйте кто-нибудь решение на "линейных" оптронах.


а каких именно? резисторных? так их сейчас достать проблема

у нас в одном приборе использовались АОР124Б (в цепи стабилизации амплитуды генератора). год назад, когда еще выпускали его, готовы были покупать их не то, что по 0,5$, а и по 5$! там и еще были некоторые косяки, а в результате прибор этот я полностью переделал, да оно и к лучшему оказалось - про старый заказчик и слышать теперь не хочет
Designer56
Цитата(stells @ 27.11.2009, 9:57) *
Цитата(evgeny_ch @ 27.11.2009, 7:17) *Покритикуйте кто-нибудь решение на "линейных" оптронах.

а каких именно? резисторных? так их сейчас достать проблема

у нас в одном приборе использовались АОР124Б (в цепи стабилизации амплитуды генератора). год назад, когда еще выпускали его, готовы были покупать их не то, что по 0,5$, а и по 5$! там и еще были некоторые косяки, а в результате прибор этот я полностью переделал, да оно и к лучшему оказалось - про старый заказчик и слышать теперь не хочет


Для линейной опторазвязки существует диодная оптопара АОД176 с оптической обратной связью, которая компенсирует нелинейности и дрейф.
http://www.valley.ru/~bmp/OptoCouplers&OptoRelay.htm
Сам делал на ней промышленный изолироющий усилитель с соответствующими испытаниями и т.п. Суммарная погрешность, включая нелинейность, если тщательно разработать схему, достигается порядка нескольких сотых %. Если не тщательно- то, пожалуй, порядка долей %. Ну, может, процент. Если, конечно, явных глупостей не делать.
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.
Форум IP.Board © 2001-2022 IPS, Inc.