Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Izolowany pomiar prądu przy wysokich napięciach - piezo

prądobrzdąc 07 May 2014 18:45 2688 7
Ochrona Domu
  • #1
    prądobrzdąc
    Level 9  
    Witam,

    Drodzy koledzy, fachowcy,
    Zajmuje się badaniem przetworników piezoelektrycznych tzw. ang. actuators. Przykładowe informacje o takich elementach:
    :arrow: Noliac
    :arrow: Piceramic
    O co chodzi, główną zaletą takich przetworników jest możliwość ich precyzyjnego pozycjonowania, przemieszczenia w zakresie µm. Ich wadą jest to że wymagają dość dużych napięć zasilających/sterujących aby uzyskać dane przemieszczenie:
    Izolowany pomiar prądu przy wysokich napięciach - piezo[/url]
    Tyle tytułem wstępu, do rzeczy.
    Posiadam wzmacniacz wysokonapięciowy wzmacniacz zbudowany na podzespołach firmy Apex, dokładniej na PA91:
    Izolowany pomiar prądu przy wysokich napięciach - piezo
    Wyjście +- 225V, +- 200mA, 300V/us. Działa świetnie, spełnia moje oczekiwania, w swoim układzie mam dwie takie kostki (dwa kanały) i możliwość sterowania napięcia zasilania. (autotransformator + prostownik). Zaszła potrzeba pomiaru prądu i napięcia wyjściowego, w celu badań, sterowania itp. Ze względów bezpieczeństwa jak i z obawy o sprzęt chce to zrobić poprzez separacje galwaniczną. Po przekopaniu internetu znalazłem parę ciekawych układów ale potrzebuję porad.
    Dalej, z elektrycznego punktu widzenia, przetwornik piezo jest kondensatorem, obciążeniem pojemnościowym, przemieszczenie jest proporcjonalne do dostarczonego ładunku. Jak wiadomo, przez kondensator płynie prąd zmienny, to znaczy jeśli nastąpiła zmiana napięcia w jakimś czasie na jego okładkach, to kondensator ładuje się bądź rozładowuje, zgodnie z teorią:
    i(t) = C *dV/dt , i sprawa sprowadza się do tego, że chce mierzyć ten prąd. Piezo mają różne pojemności od nano do mikro faradów, ale mniejsza o to. Moje źródło ma ograniczony prąd wyjściowy do +- 200mA.
    Także teraz tak:
    Sprzęt pomiarowy którym dysponuje posiada standardowe wejścia +-10V.
    :arrow: 1) Pomiar napięcia +-200V
    Tutaj zastosuje odpowiedni dzielnika napięcia, zbudowanego z odpowiedniej ilości rezystorów precyzyjnych, być może jakieś zabezpieczenie z diod Zenera przeciw przepięciom, separacja galwaniczna i sprawa załatwiona, tak myślę, poprawcie mnie jeśli się mylę
    :arrow: 2) Pomiar prądu +- 200mA - ten zakres należy rozszerzyć tak do +- 400mA, +-500mA
    :idea: Teraz zaczynają się schody, dobór rezystora pomiarowego, z początku myślałem że najlepiej zastosować jak najmniejszy, jak najbardziej precyzyjny rezystor, i dalej się ku temu skłaniam, lecz nie wiem czy przy ograniczonym źródle prądu, taka mała wartość jest konieczna, kondensator(piezo) i tak nie pobierze więcej prądu niż da źródło. Wyższa wartość rezystancji do wyższy spadek napięcia na rezystorze - łatwiejszy do zmierzenia, lecz będzie problemem przy wyższych częstotliwościach sterowania? Jak myślicie rząd 0,1 R do 1R, czy 10 - 50 R?
    :idea: Dwa, koncepcja pomiaru, i separacja galwaniczna. Znalazłem układ HCPL-7800 firmy Avago - PDF oraz układ ISO124 / ISO122 Burr-Brown. Skłaniam się do Avago, posiada znacznie wyższy Slew Rate. Tylko teraz, ile stopni stosować, czy dać przedwzmacniacz przed układem izolującym? Czy i gdzie zastosować filtrację sygnału? Poniżej zamieszczą najbardziej uproszczoną ideę pomiaru:
    Izolowany pomiar prądu przy wysokich napięciach - piezo
    Stopień izolacyjny + Stopień wyjściowy - na nim chce dobrać sobie odpowiednie wzmocnienie całego układu, tak żeby na wyjściu było odpowiednie napięcie, ad620, nie wiem czy jest dobrym pomysłem, ma też małe Slew Rate, potrzeba tutaj czegoś szybkiego.

    Oczywiście zależy mi na dokładności pomiaru, elementy precyzyjne itp. Jestem w fazie koncepcji ale na dniach będę projektował ten układ, i postaram się na bieżąco to tutaj relacjonować,

    Co tym wszystkim myślicie, jeśli potrzebujecie więcej informacji, śmiało pytajcie. Jestem otwarty na wszelką pomoc, sugestie.

    Pozdrawiam

    Info z neta:
    [1]
    [2]
    [3]
  • Ochrona Domu
  • Helpful post
    #2
    Svavo
    Level 23  
    Używam układu ACPL-C79 do pomiaru prądu 0..30mA w układzie:
    rezystor bocznikujący (bodajże 6R8 1206) -> ACPL-C79 -> filtr dolnoprzepustowy -> wzmacniacz różnicowy
    Działa bez zarzutu z przetwornikiem 12-bitowym (Cortex-M4).
    Musiałbyś zastosować mniejszy rezystor ze względu na napięcie wejściowe HCPL/ACPL +/-200mV.
  • Ochrona Domu
  • #3
    prądobrzdąc
    Level 9  
    :arrow: Svavo
    Dzięki za zainteresowanie!
    W jakim układzie mierzysz prąd? Zastosowanie?
    Jakiego rodzaju filtr dolnoprzepustowy stosujesz, zwykły jednorzędowy?
    No i jaki konkretnie wzmacniacz różnicowy wykorzystałeś?
  • #4
    Svavo
    Level 23  
    Generalnie chodzi o pomiary sygnałów o częstotliwości 100Hz. Poza tym - tajne przez poufne (projekt komercyjny) ;). Filtr jest pierwszego rzędu RC, jaki często można spotkać przed wzmacniaczem różnicowym. Cała moc tkwi w sofcie ;). Jeśli chodzi o sam wzmacniacz, to u mnie nie było wygórowanych wymagań - wstawiłem to, co było "pod ręką".
    Jakie częstotliwości zamierzasz mierzyć i jaki masz przetwornik ADC?
  • #5
    prądobrzdąc
    Level 9  
    Rozumiem ;)
    U mnie to wygląda np. tak że będę zbierał charakterystyki, robił sterowanie, przykładowo:
    Izolowany pomiar prądu przy wysokich napięciach - piezo
    także, początkowo myślałem o zakresie że do 10kHz, ale realnie do 1 kHz będzie ok, chodzi o to że piezo ma częstotliwość rezonansową przy, której może się uszkodzić. Mam do dyspozycji sprzęt laboratoryjny Resolution up to 16 bit Sample times 3.9 - 5.6 µs (16 bit)
  • #6
    prądobrzdąc
    Level 9  
    Poszukuję teraz szybkiego wzmacniacza różnicowego/pomiarowego do mojego układu, ze Slew Rate większym niż 300 V/us, cały czas też czekam, na waszą weryfikację mojego pomysłu, Svavo udzielił mi już wskazówek, ale fajnie jak ktoś jeszcze podzieli się doświadczeniem w tym zakresie,

    Edit,
    Znalazłem LT1357 od Linear'a, Link , co powiecie, żeby na nim zrobić stopień wyjściowy?
  • #7
    Svavo
    Level 23  
    Przestrzegam przed wzmacniaczem pomiarowym w konfiguracji z trzema wzmacniaczami - nie nadaje się w tym zastosowaniu, bo zakres napięć wyjściowych zależy od sygnału wspólnego na wejściu.
    Co do wzmacniacza, jeśli nie masz napięć ujemnych, możesz poszukać wzmacniacza, który może pracować z pojedynczym napięciem zasilania.

    Jeśli chcesz, mogę kopsnąć Ci ACPL-C79 do testów.
  • #8
    prądobrzdąc
    Level 9  
    Svavo
    Dzięki, i tak już robię zamówienie powoli, ale dzięki bardzo za propozycje!

    Bardziej teraz mnie martwi, poszukiwanie rezystorów pomiarowych, precyzyjnych. Założyłem sobie dwa, trzy zakresy pomiarowe: +- 100mA, +-200mA, +- 500mA.
    Stąd kolejno dobrałem sobie 1R, 0,68R, 0,33R, co daje mi spadki, 0,1 V, 0,136 V, 0,165V, więc zmieszczę się w zakresie wejścia HCPL-7800 +-200mV.
    Tylko nurtuje mnie jedna rzecz, HCPL-7800 ma wzmocnienie 8 V/V. Ale jak patrzę na wykres:
    Izolowany pomiar prądu przy wysokich napięciach - piezo
    To zgodnie z tym, jeśli jest na wejściu -200mV to na wyjściu jest 1,8V, a jeśli jest +200mV to na wyjściu jest 3,4V, dobrze myślę?
    No i teraz tą różnicę na wyjściu wypadałoby wzmocnić tak z 5x. 5 x 1,6 da jakieś 8V.

    A wracając do wzmacniacza, w nocie aplikacyjnej sugerują ten LF-411 (MC34081), no ale jak chce mierzyć step response'y i inne rzeczy, to muszę mieć coś lepszego na wyjściu.. doradzicie coś?

    Dodano po 1 [godziny] 1 [minuty]:

    Znalazłem chyba coś co się nada, OPA847 Link
    Jak uważacie? Nada się do pracy w typowej aplikacji HCPL-7800, ze wzmocnieniem ustawionym na 5 V/V?