Hallo zusammen, ich hoffe ihr könnt mir ein paar Denkanstöße geben. Ich habe eine Batterie deren Ausgang über einen FET (in LTspice einer, eigentlich 2 antiserielle) geschaltet wird (Schutzschaltung). Ich möchte hinter dem FET die Ausgangsspannung messen und auswerten. Es können folgende Szenarien auftreten: - weitere Batterie in serie - weitere Batterie parallel - ladegerät in serie d.h. dort liegt entweder - keine spannung an (batterieklemmen offen, FETs gesperrt) - eine positive spannung an (batterie parallel oder FETs leitend) - eine negative spannung an (batterie in serie, FETs gesperrt) Mir reicht es die positive spannung zu messen, eine information das eine negative anliegt wäre aber super. Da das eine Potential durch den FET verschoben wird ist mein Gedanke ein Instrumentenverstärker, jedoch kenne ich mich damit leider nicht gut aus bzw. habe solche noch nie eingesetzt. Und mit dem bislang gelesenen bin ich auch immer noch sehr unsicher.... In LTspice (siehe anhang) finde ich nur die LTs. Habe mal einfach aufs gradewohl den erstbesten eingesetzt. Zumindest laut Simulation scheint das so zu funktionieren... Es stellen sich mir aber nun einige Fragen: 1. Das Potential IN+/- bzgl. Ref/Gnd beträgt ja immer noch fast 100V. Aus dem Datenblatt werd ich nicht so ganz schlau. Die Angaben sind meist bezogen auf +/-Vs. Wie liest man das bzw. wieviel darf der denn nun bezogen auf Ref/ oder V-? (Bei z.B. High-side-Shunt-Monitoren ist das immer klar angegeben) 2. Wie finde ich einen passenen Baustein? er muss wohl a) die Spannung ab können und b) idealerweise mit 3,3V oder 5V single supply auskommen (habe nur 3.3 und 5V und ggf. 10V, die ist aber eher unsauber...). Was ist sonst noch wichtig? 3. Wie kriege ich den Baustein in LTspice simuliert? Scheint dort dünn gesäht und externe Modelle habe ich für LTspice nicht so recht gefunden (.asy) 4. Gibts da eventuell irgend ne einfachere Methode bzw. alternativen zum Instrumentenverstärker die mir nicht in den Sinn kommen? Besten Dank im Voraus für euren Input, VG Alec
Lieber N. schrieb: > Ich habe eine Batterie deren Ausgang über einen FET (in LTspice einer, > eigentlich 2 antiserielle) geschaltet wird (Schutzschaltung). > > Ich möchte hinter dem FET die Ausgangsspannung messen und auswerten. Es > können folgende Szenarien auftreten: > - weitere Batterie in serie > - weitere Batterie parallel > - ladegerät in serie > > d.h. dort liegt entweder > - keine spannung an (batterieklemmen offen, FETs gesperrt) > - eine positive spannung an (batterie parallel oder FETs leitend) > - eine negative spannung an (batterie in serie, FETs gesperrt) Was Du da beschreibst sehe ich in der Schaltung nicht. Das klingt alles etwas wirr. mfg klaus
Lieber N. schrieb: > Zumindest laut Simulation scheint das so zu funktionieren... nur weil die Simulation nicht korrekt modelliert, dass der Verstärker durchbrennt. 96V an IN- zerstören den Baustein sofort. Lieber N. schrieb: > Wie liest man das bzw. wieviel darf der denn nun bezogen auf Ref/ oder > V-? bei den allermeisten Bausteinen müssen die Spannungen alle innerhalb der Versorgungsdpannungen liegen. das steht meist bei den maximum ratings. High side monitor ICs gehören zur Ausnahme von dieser Regel, deswegen wird diese besondere Eigenschaft dort besonders herausgestellt
> Was Du da beschreibst sehe ich in der Schaltung nicht. > Das klingt alles etwas wirr. > > mfg klaus Hallo Klaus, In der Schaltung sind zwei Batterien in Reihe mit einer Last, welche durch den FET zu- bzw. abgeschaltet wird. An den Ausgangsklemmen der ersten Batterie (hinter dem FET) soll gemessen werden. Hilft dir diese Beschreibung beim verständns oder was genau findest du daran wirr? Gruß Alec
Achim S. schrieb: > Lieber N. schrieb: >> Zumindest laut Simulation scheint das so zu funktionieren... > > nur weil die Simulation nicht korrekt modelliert, dass der Verstärker > durchbrennt. 96V an IN- zerstören den Baustein sofort. Ja, das hab ich mir schon fast gedacht. D.h. für z.B. nen klassischen INA126 mit operating voltage range ±1.35V to ±18 V ggü GND darf das Potential an Vin+/- ggü. GND auch max. ±18 V bzw. (V–) – 0.7(V+) + 0.7 sein. Kannst du mir sagen ob es überhaupt Instrumentenverstärker gibt mit >=100V common mode voltage? Finde da nur normale OPs wie den INA117 z.B.
Lieber N. schrieb: > Kannst du mir sagen ob es überhaupt Instrumentenverstärker gibt mit >>=100V common mode voltage? Es gibt aber Spannungsteiler. mfg Klaus
> Es gibt aber Spannungsteiler. > mfg Klaus Dann steh ich aber wirklich auf dem Schlauch. Was hilft mir ein Spannungsteiler hier? Bzw. ich habe ja bereits einen spannungsteiler drin. Aber wenn der FET aufmacht wird der doch ggü dem Spannungsteiler so hochohmig, dass mir wieder eine viel zu hohe Spannung an den Engängen des OPs anliegt...
Lieber N. schrieb: > In der Schaltung sind zwei Batterien in Reihe mit einer Last, welche > durch den FET zu- bzw. abgeschaltet wird. An den Ausgangsklemmen der > ersten Batterie (hinter dem FET) soll gemessen werden. Dann lege doch D3, C1 und R13 nicht auf N003 sondern auf Masse. Den Inputpin versorgst Du ebenfalls mit Spannungsteiler gegen Masse der von N003 gespeist wird. Es fehlt in der Simulation noch der Widerstand der die Verstärkung bestimmt. Er liegt zwischen Rg und Rg. Schau Dir das Datenblatt an. mfg Klaus
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Lieber N. schrieb: > D.h. für z.B. nen klassischen > INA126 mit operating voltage range ±1.35V to ±18 V ggü GND darf das > Potential an Vin+/- ggü. GND auch max. ±18 V bzw. (V–) – 0.7(V+) + 0.7 > sein. Wenn die Eingangsspannungen diesen Bereich verlasssen, dann wird der Baustein zerstört. Für die korrekte Funktion des Bausteins ist der Eingangsspannungsbereich ggf. nochmal deutlich kleiner. Lieber N. schrieb: > Kannst du mir sagen ob es überhaupt Instrumentenverstärker gibt mit >>=100V common mode voltage? Nein: "normale" Instrumentenverstärker können das nicht. Wenn ein Baustein das kann, dann ist es ein Spezial-IC extra für diese Anwendungen und dann steht das gleich vorne im Titel des Datenblatts. Lieber N. schrieb: > Finde da nur normale OPs wie den INA117 z.B. Der INA117 ist eben kein "normaler OPV". Sondern - wie der Titel des Datenblatts sagt, ein "High Common-Mode VoltageDIFFERENCE AMPLIFIER". Sein Innenleben besteht aus einem "normalen OPV" plus zusätzlichen integrierten Spannungsteilern. (So dass du am Ende zu einer Gesamtschaltung kommst ähnlich wie sie dir Klaus mit den externen Spannungsteilern vorschlägt). Du kannst nach solchen "Spezialverstärkern" suchen. Oder dein Schaltungskonzept grundsätzlich überdenken. Oder vielleicht Trennverstärker verwenden, die eine gewisse Potentialdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsseite zulassen. Oder auf der "hochliegenden" Eingangsseite das Signal digitalisieren und dann das digitale Sigal über geeignete Trennglieder (z.B. Optokoppler) auf das Massepotential transportieren.
Achim S. schrieb: > Du kannst nach solchen "Spezialverstärkern" suchen. Oder dein > Schaltungskonzept grundsätzlich überdenken. Oder vielleicht > Trennverstärker verwenden, die eine gewisse Potentialdifferenz zwischen > Eingangs- und Ausgangsseite zulassen. Oder auf der "hochliegenden" > Eingangsseite das Signal digitalisieren und dann das digitale Sigal über > geeignete Trennglieder (z.B. Optokoppler) auf das Massepotential > transportieren. Habe mir schon überlegt mit nem kleinen uC zu messen und via Optokoppler die Information zu übertragen. Hoffe aber noch das umgehen zu können. Die alternative wäre die FETs auf die High Side zu schieben. Dann benötige ich aber wohl P-FETs, die ich eigentlich gern vermeiden wollte aufgrund des schlechteren RDSon etc. Oder ich bräuchte noch irgendwoher ne Hilfsspannung +10V auf Batterie+, auch nicht gerade prickelnd der Gedanke. > Der INA117 ist eben kein "normaler OPV". Sondern - wie der Titel des > Datenblatts sagt, ein "High Common-Mode VoltageDIFFERENCE AMPLIFIER". > Sein Innenleben besteht aus einem "normalen OPV" plus zusätzlichen > integrierten Spannungsteilern. (So dass du am Ende zu einer > Gesamtschaltung kommst ähnlich wie sie dir Klaus mit den externen > Spannungsteilern vorschlägt). Ich verstehe leider noch nicht ganz wie ihr euch das mit den Spannungsteilern vorstellt. Könntet ihr mir das kurz näher skizzieren oder habt ihr evenuell einen Link für mich mit einem Beispiel? Das wäre wirklich sehr hilfreich.
Ähm, kann sein das ich grad ein Problem konstruiert habe wo gar keines ist. Kann doch wohl eigentlich einfach die Spannung über dem FET (bzw. den FETs) messen statt dessen. @Klaus: du hast dann wohl recht, schaue es mir nach dem Mittag mal an, aber ich habe wohl wirklich zuvor wirr geredet bzw. gedacht. Zumindest hoffe ich das es so ist :)
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Hallo zusammen, ich habe das Konzept mal grundlegend überarbeitet und wäre nochmal über Feedback dankbar. Ich würde jetzt mittels zweier Spannungsteiler die Spannung über den FETs messen. Ein Spannungsteiler für das Maß der Spannung(sdifferenz zu) einer parallel geschalteten Batterie. Ein Spannungsteiler für das Maß der Gesamtspannung mit in serie geschalteten Batterien. Wird das so funktionieren? Fragen die sich mir noch stellen: 1. Ich möchte die Batterien möglichst wenig belasten, daher die Spannungsteiler so hochohmig. Geht das oder sind die Leckströme durch die Klemmdioden dann im Verhältnis zu groß? Welche Ströme (durch welche Widerstände R14, R15, R16) sind denn für diese Betrachtung in welchem Maße relevant? 2. Welche Kriterien zieht man für die Wahl heran ob Kapazität oder Impedanzwandler vorm ADC bei einer hochohmigen Quelle? Tu mich schwer bei der Kapazität zu bewerten was bzw ob das schnell genug ist. Der Begriff Grenzfrequenz macht mir hier noch Probleme, bzw- ihn auf sowas wie Sample Frequenzen abzubilden. Die Grenzfrequenz wäre bei der Auslegung hier f(3dB) ~2kHz... 3. Vielleicht Blöde Frage: brauche ich die externen Schottkys überhaupt? Ein MCP6001 (6002) und auch die STM32 haben doch welche onboard soweit ich die Datenblätter gesichtet hab... 4. Die 3V3 werden aus der Primärbatterie über einen LDO hinter einem Buck-Regler erzeugt. Dieser versorgt auch den STM etc. Reicht das um sich keine Gedanken um ein paar uA Rückstrom machen zu müssen? Alternativ hätte ich sonst die Variante mit der Zener parallel zur Klemmdiode gegen GND angedacht. Da die OpAmp bzw. STM32 Eingänge nach oben zumindest bis 5V tolerant sind wäre es nicht so schlimm wenn der Übergang ins leiten der Zener nicht so genau ist... Dazu noch die grundsätzliche Frage: beim vorherigen Desgin waren die Eingänge ja auch sehr hochohmig gespeist. D.h. thermisch hätte der da angehängte Baustein (aus der Quellle) doch eigentlich nicht zerstört werden können. D.h. die Spannung bewirt im inneren etwas (irgend ne Breakdown Voltage gerissen oder so) so dass der Baustein aus seiner eigenen Vcc zerstört wird?
Lieber N. schrieb: > Wird das so funktionieren? Sorry: dein Plan ist für mich zu voll, zu unübersichtlich und zu unklar (viele Verbindungen die "in der Luft" enden, Signalflussrichtung mal links nach rechts, mal rechts nach links, mal oben nach unten, ....) Du weißt, was du dir dabei gedacht hast, ich müsste es mir mühsam erschließen. Deswegen werde ich nicht das ganz insgesamt durchdenken, sondern nur zu dem was sagen, was mir ins Auge springt. Lieber N. schrieb: > Geht das oder sind die Leckströme durch > die Klemmdioden dann im Verhältnis zu groß? kommt immer auf die Genauigkeitsanforderung an. Aber als Rechenbeispiel: dein Teiler R12,R13 belastet die Batterie mit ca. 1MOhm, bezüglich Leckströmen der Dioden wirkt er aber wie eine Quelle mit Innenwiderstand 24,3kOhm. Da kannst du dir schon ordentliche Leckströme erlauben, ehe der Fehler sehr groß wird. Lieber N. schrieb: > Welche Kriterien zieht man für die Wahl heran ob Kapazität oder > Impedanzwandler vorm ADC bei einer hochohmigen Quelle? Tu mich schwer > bei der Kapazität zu bewerten was bzw ob das schnell genug ist. Der > Begriff Grenzfrequenz macht mir hier noch Probleme, bzw- ihn auf sowas > wie Sample Frequenzen abzubilden. Die Grenzfrequenz wäre bei der > Auslegung hier f(3dB) ~2kHz... Es hängt davon ab - wie die Eingangsstruktur deines ADC aussieht. Wie lange hat er bei deiner Samplerate Zeit, seinen Samplingkondensator aufzuladen? Manche ADC lassen den Samplingkondensator während der "Pause" dauerhaft am Eingang (dann ist der Quellenwiderstand unkritisch), andere schalten ihn nur für ein paar Takte an den Eingang (dann kann der Quellenwiderstand kritisch sein) - wie schnell sich dein Eingangssignal ändert. (Die Batteriespannung ändert sich langsam, aber ich weiß nicht, wie schnell du mit deinen Lieber N. schrieb: > Vielleicht Blöde Frage: brauche ich die externen Schottkys überhaupt? > Ein MCP6001 (6002) und auch die STM32 haben doch welche onboard soweit > ich die Datenblätter gesichtet hab... Dann sichte die Datenblätter soweit, dass du dir sicher sein kannst (ich werde es nicht für dich tun ;-) Wenn du dir trotzdem nicht sicher wirst: ein paar Schottkys zuviel sind oft besser als ein paar zuwenig. Lieber N. schrieb: > Die 3V3 werden aus der Primärbatterie über einen LDO hinter einem > Buck-Regler erzeugt. Dieser versorgt auch den STM etc. Reicht das um > sich keine Gedanken um ein paar uA Rückstrom machen zu müssen? Wie viel Eigenverbrauch haben dein Buck und dein LDO? Lohnt es sich im Hinblick auf deren Verbrauch überhaupt, OPVs einzusetzen, die nur µA Betriebsstrom haben? Welchen Betriebsstrom hat dein STM32? Setzt du den zwischenzeitlich in irgendwelche deep power down modes, so dass du dir Gedanken wegen ein paar µA Rückstrom machen musst? Lieber N. schrieb: > Dazu noch die grundsätzliche Frage: beim vorherigen Desgin waren die > Eingänge ja auch sehr hochohmig gespeist. D.h. thermisch hätte der da > angehängte Baustein (aus der Quellle) doch eigentlich nicht zerstört > werden können. In- lag im vorherigen Design über 10Ohm an 96V. Das zerreist das IC sowohl wegen Überspannung als auch thermisch.
Ups, da ging zwischendurch ein Satz verloren. Zu deiner Frage nach der Tiefpasswirkung der Spannungsteiler fehlt folgende Ergänzung: Achim S. schrieb: > - wie schnell sich dein Eingangssignal ändert. (Die Batteriespannung > ändert sich langsam, aber ich weiß nicht, wie schnell du mit deinen ...FETs schalten willst und wie schnell nach der Schaltflanke du den Spannungswert messen willst.
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