Masse schalten mit analog Multiplexer 4052 zur Messung verschiedener Potenziale

[Andreas F. (solipo)]

Hallo allerseits,

im Faden Beitrag "Attiny84A soll differenzielle Spannungen messen - Beide Stromrichtungen am Akku wie messen?" hatte ich nach 
einer Lösung gesucht, wie ich die Spannungen und Ströme an meiner 
Solarstation, bestehend aus Akkus und Solarzelle, messen kann. Das 
Problem hierbei ist, es gibt einen gemeinsamen Pluspol, aber die Massen 
sind unterschiedlich.

In einem anderen Faden fand ich dann die Idee, einen 4052 Multiplexer zu 
nehmen, um die jeweiligen Spannungsteiler nacheinander auf den ADC des 
Attiny zu legen. Das funktioniert vom Prinzip her auch, aber ich muss 
natürlich auch parallel die Massen der Spannungsteiler mit auf die 
Messschaltung aufschalten.

Das dachte ich, ebenfalls mit einem zweiten 4052 erledigen zu können. 
Doch seltsamerweise wird der 4052 für die Massen warm, es fließt da 
offenbar einiges an Strom. Offenbar ist mir dabei sogar schon der Port 
X2 zerstört worden, denn der schält nicht mehr durch.

Mir scheint, dass die Ports der 4052 sowieso ziemlich stark übersprechen 
bzw. eine Masseumschaltung damit vielleicht gar nicht möglich ist, denn 
nur dadurch ist die Erwärmung wegen des dahinterliegenden 
Potenzialausgleichs der Akkus und Solarzelle untereinander zu erklären. 
Sicherheitshalber habe ich an die 3 Ausgänge des Masse-schaltenden 4052 
3 Dioden gelegt, was aber nichts hilft.

Sollte ich die Massen besser per Mosfets schalten oder gibt es noch eine 
andere Lösung? Oder mach ich irgendetwas prinzipiell falsch?

Der Transistor Q1 dient übrigens dazu, den Elko C4 aufzuladen, damit die 
Messschaltung eine potenzialfreie Spannungsversorgung hat. Immer nach 
jeder Runde Messung wird der Elko aufgeladen und während der Messungen 
von Plus getrennt. Beim Aufladen schalte ich zudem die beiden 4052 auf 
Akku 1, damit auch die Masse für das Elko-Aufladen vorhanden ist. Ist 
das vielleicht schon das Problem?

[Easylife (Gast)]

warum diese unkonventionelle verschaltung? warum ist kein gemeinsames 
gnd fuer das gesamte system incl. beider akkus möglich?

[Andreas F. (solipo)]

Ganz einfach: Weil die Laderegler der Akkus gemeinsames Plus haben. Wenn 
ich Masse von Solarzelle, Ladereglern und Akkus verbinde, wird es hier 
kurzfristig warm und hell werden...

[Easylife (Gast)]

das ist aber doch nur so, weil du es so verschaltet hast. wäre 
gemeinsames gnd und dioden an den + ausgängen nicht auch möglich? ich 
frage weil es deine schaltung um den faktor 1000 vereinfachen würde...

[Andreas F. (solipo)]

Wenn das ginge, dann hätte ich es sicher schon längst so gemacht.

Die Laderegler haben leider einen fixen Pluspol und schalten nur die 
Masseleitungen, wie übrigens die meisten Solarladeregler. Es liegt 
vermutlich daran, dass die N-Channel-Mosfets einfacher zu gebrauchen und 
billiger sind.

[Anja (Gast)]

Andreas F. schrieb:
> Ist
> das vielleicht schon das Problem?

Analogschalter (CD405x) vertragen normalerweise nur maximal ca 1mA.
Bei den HC405x wird es nur geringfügig mehr sein.
Wenn es Potentialdifferenzen zwischen den Akku-Massen gibt fließen 
außerdem Ausgleichsströme über die Eingangsschutzdioden. (Was der Akku 
halt hergibt).
-> du kannst die Masse für den Prozessor nicht mit normalen 
Analogschaltern umschalten.

Falls du alle Shunts auf die (durchverbundene ?) +Seite legst und den 
Prozessor mit einem Negativ-Regler versorgst (LT1963) sparst Du die 
Multiplexer für die Masse ein.

Gruß Anja

[Anja (Gast)]

Anja schrieb:
> einem Negativ-Regler versorgst (LT1963)

Sorry muß natürlich LT1964 heissen.

Gruß Anja

[Frank K. (fchk)]

Ich würde das Problem anders angehen.

Annahme: Einzelstück
Heißt: sich das Leben möglichst einfach machen, auch wenn es vielleicht 
eine aufwändigere, aber billigere Lösung gäbe

1. Strom- und Spannungmessung
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina220.pdf

Das ist ein Mess-IC, das Dir gleich digitale Daten rausgibt. Digitale 
Daten sind wichtig, weil Du ja unterschiedliche Massen hast und digitale 
Daten unter diesen Bedingungen leichter über Potentialgrenzen übertragen 
werden können.

Spannungsversorgung lokal über die vorhandenen Spannungsquellen 
(Nachteil: ist der Akku tot, antwortet das Device nicht mehr) oder über 
DC-DC-Wandler.

2. Datenübertragung
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADUM1250_1251.pdf
oder
http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/Si860x.pdf
(schwerer erhältlich, aber günstiger)

Damit bekommst Du Deine I2C-Busse über die Isolationsgrenzen. Heißt 
also: Prozessor und die einzelnen Mess-ICs sind jeweils untereinander 
voneinander komplett elektrisch isoliert, und damit hast Du kein Problem 
mit den unterschiedlichen Massen. Problem erledigt.

3. Ankopplung an den Prozessor
über I2C. Das solltest Du selber hinbekommen. Dein Attiny hat leider nur 
das USI und nicht das "richtige" TWI vom Mega 88 oder so, aber nun gut.

Wie gesagt: das ist nicht die billigste Variante, aber die mit den 
wenigsten Kopfschmerzen.

fchk

[Andreas F. (solipo)]

Danke für die Tipps.
Anja, wie funktioniert das mit negativer Spannung genau? Ist das dann 
quasi invertiert zur sonst verbundenen Masse? Ich kann mir das nur 
bedingt vorstellen. Gibts dazu ein Schaltplan Beispiel?

[Joe F. (easylife)]

Sorry, aber deine Schaltung strotzt vor Fragezeichen.
Was soll denn Q1 bewirken? Warum hängt die Messschaltung (oh ein Wort 
mit 3 s) nicht am Ausgang der Solarregler? Brauchst du die nur, wenn die 
Sonne scheint?

Welches gemeinsames Massepotential soll denn deine Solaranlage und der 
ATtiny haben?
Strom fließt immer irgendwo zurück...

Welche Widerstandspräzision stellst du dir für R13, R14, R5, R6 etc. 
vor?
Handelsübliche 1% von 22K wären 220 Ohm, bei 330K sind es 3.3K. Damit 
wäre jede Messung an einem 0.33R shunt wohl relativ sinnlos.

[Joe F. (easylife)]

Und warum teilst du 12V überhaupt runter auf 0.75V (330K/22K). Kann dein 
ADC keine höheren Spannungen verarbeiten?