ATmega8 - Sprawdzenie układu podstawowego z pomiarem napięć przez ADC

Witam,
mam do sprawdzenia układ "podstawowy" z mikrokontrolerem ATmega8.
Prosiłby bardziej doświadczonych o rzucenie na niego okiem i określenie jakichś nieprawidłowości.
Sygnały V1, V2, V3 nie opisane na schemacie służą do pomiaru napięć przez moduł ADC mikrokontrolera.

Witam,

Pierwsze zasilanie DC miedzy 7 a 9 V
Diodę zamień na mostek gretza będziesz miał mniejsze tętnienia.
LCD podłącz według schematu "RADZIA" nie będziesz musiał przerabiać biblioteki.

Ten ogranicznik pradu sprawdzałeś? bo o ile wiem TL431 potrzebuje znacznie większego pradu miż może dać R3, najlepiej podłącz go od strony masy, a prąd R3 niech będzie większy (>1mA) tylko żeby omijał obciążenie.

Zasilanie
Planowałem zasilić cały układ zasilaczem DC 9V (nie koniecznie stabilizowanym).
Dioda D1 miała tylko zabezpieczać układ przed odwrotną polaryzacją napięcia we wtyczce zasilacza.

Ogranicznik prądu
Rzeczywiście coś źle policzyłem rezystory dla tego ogranicznika.
Korzystając ze wzorów z poniższego schematu i zakładając Io=2mA, Ika=1mA (minimalny prąd Ika układu TL431) oraz hFE=200 wychodzi mi R3=24k

Cytat:

Rzeczywiście coś źle policzyłem rezystory dla tego ogranicznika.
Korzystając ze wzorów z poniższego schematu i zakładając Io=2mA, Ika=1mA (minimalny prąd Ika układu TL431) oraz hFE=200 wychodzi mi R3=24k

Nadal źle jeśli napięcie na obciążeniu ma być znacząco większe od 0, niestety R3 utrudnia budowę źródła prądowego i najlepiej zeby obciążenie było pomiędzy kolektorem a R3 wtedy prąd płynący przez R3 nie bedzie płynął przez obciążenie.

To muszę w takim razie zmienić całkowicie układ ograniczenia prądu.

Problemem jest oprócz bardzo małego prądu ograniczenia (1.5 - 2 mA), konieczność pomiaru tego prądu i napięcia na obciążeniu przez AVR. Do tego dochodzi jeszcze zmiana polaryzacji na obciążeniu (dlatego ten mostek H).

W jakim kierunku mam szukać właściwego rozwiązania?

Cytat:

To muszę w takim razie zmienić całkowicie układ ograniczenia prądu.

Jak masz przetwornicę z izolacją to nie musisz.
A spadki napiecia na L293 i ograniczeniu pradowym ci nie przeszkadzają?
To że L293 bez obciążenia pobiera kilka razy więcej niż 2mA ci nie przeszkadza?

Cytat:

Problemem jest oprócz bardzo małego prądu ograniczenia (1.5 - 2 mA), konieczność pomiaru tego prądu i napięcia na obciążeniu przez AVR.

Na schemacie nie ma żadnego pomiaru

Cytat:

Na schemacie nie ma żadnego pomiaru

Nie widać, ale to są te sygnały V1, V2 i V3 na AVR. Miałyby pochodzić z miejsca podłączenia odbiornika do WY1 i WY2.

Cytat:

A spadki napiecia na L293 i ograniczeniu pradowym ci nie przeszkadzają?
To że L293 bez obciążenia pobiera kilka razy więcej niż 2mA ci nie przeszkadza?

Rzeczywiście, nie spojrzałem dokładnie na datasheet układu L293D. Toż to pożera strasznie dużo prądu. Zatem cała część analogowa ląduje u mnie w koszu.

Czyli muszę jeszcze raz wrócić do moich założeń odnośnie odbiornika (rezystancyjny o zmieniającej się rezystancji od kilku MOhm do ok. kilku kOhm):
- napięcie początkowe w miarę wysokie (pow. 20V)
- ograniczenie prądu na poziomie 1.5 mA (po osiągnięciu tego ograniczenia napięcie na odbiorniku będzie maleć)
- zmienna polaryzacja napięcia zasilania odbiornika
- pomiar prądu i napięcia odbiornika (wartości bezwzględnej)

Jak to można by w miarę prosto zrealizować? Jakieś sugestie?
Niestety nie jestem dość biegły w projektowaniu części analogowej układu.

Cytat:

Rzeczywiście, nie spojrzałem dokładnie na datasheet układu L293D. Toż to pożera strasznie dużo prądu. Zatem cała część analogowa ląduje u mnie w koszu.

L293 to bardzo stary układ może znajdziesz coś nowoczesnego w technologii CMOS co będzie mniej prądożerne, ale ja obstawiam że jednak mostek bedzie trzeba zrobić na dyskretnych MOSFETach wtedy spadki napiecia na kluczach będą znikomo małe (może nawet zaniedbywalne), a prąd driverów będzie płynął poza układem pomiarowym, po prostu da dopasować dokładnie do zastosowania.

Cytat:

Czyli muszę jeszcze raz wrócić do moich założeń odnośnie odbiornika (rezystancyjny o zmieniającej się rezystancji od kilku MOhm do ok. kilku kOhm):
- napięcie początkowe w miarę wysokie (pow. 20V)
- ograniczenie prądu na poziomie 1.5 mA (po osiągnięciu tego ograniczenia napięcie na odbiorniku będzie maleć)
- zmienna polaryzacja napięcia zasilania odbiornika
- pomiar prądu i napięcia odbiornika (wartości bezwzględnej)

A jak dokładnościami pomiaru prądu i napięcia, ograniczenia prądowego, jak z szybkością przełaczania i ograniczenia prądowego, jak z pojemnościami np pojemnością wyjściową wyłączonych kluczy?

Cytat:

Niestety nie jestem dość biegły w projektowaniu części analogowej układu.

No mostek na tranzystorach to nie jest skomplikowana sprawa.

Pomiar prądu na odbiorniku planowałem zrealizować na podstawie poniższego schematu:



Wyjście z mostka H miało by dochodzić do punktów WY1 i WY2, odbiornik podłączony jest do punktów EL1 i EL2, wyjścia sydnałowe do ADC AVR to V1, V2 i VI.

Rzeczywiście sam mostek H na mosfetach nie jest trudny, ale jak czytam o nich, to może być sporo problemów do rozwiązania podczas projektowania.
Chyba jednak zlecę komuś wykonanie tego projektu.
Dokładności pomiarów czy ograniczenia prądowego nie są jakieś wygórowane, więc nie powinno być jakiś większych problemów.

Cytat:

Pomiar prądu na odbiorniku planowałem zrealizować na podstawie poniższego schematu:

Czemu taki skomplikowany, nie wystarczy jeden układ do pomiaru pradu? nie może być przed mostkiem i wzgledem masy?

Cytat:

Rzeczywiście sam mostek H na mosfetach nie jest trudny, ale jak czytam o nich, to może być sporo problemów do rozwiązania podczas projektowania.

Trudniej sie robi gdy ma być szybko przełączane i na duże prady,drugiego problemu nie masz a pierwszy?

Cytat:

Dokładności pomiarów czy ograniczenia prądowego nie są jakieś wygórowane, więc nie powinno być jakiś większych problemów.

Jeśli tak to pomiar prądu przed mostkiem i od strony masy duzo uprości, mostek z tranzystorów o małym Rds(on) i nawet pomiar napiecia można będzie zrobic przed mostkiem.

jarek_lnx napisał:

Cytat:

Pomiar prądu na odbiorniku planowałem zrealizować na podstawie poniższego schematu:

Czemu taki skomplikowany, nie wystarczy jeden układ do pomiaru pradu? nie może być przed mostkiem i wzgledem masy?

Lepiej żeby był przed mostkiem, ale obawiałem się, że będzie to pomiar także elementów mostka, a nie samego obciążenia.

jarek_lnx napisał:

Cytat:

Rzeczywiście sam mostek H na mosfetach nie jest trudny, ale jak czytam o nich, to może być sporo problemów do rozwiązania podczas projektowania.

Trudniej sie robi gdy ma być szybko przełączane i na duże prądy,drugiego problemu nie masz a pierwszy?

Przełączanie co kilka minut, więc żaden problem.

jarek_lnx napisał:

Cytat:

Dokładności pomiarów czy ograniczenia prądowego nie są jakieś wygórowane, więc nie powinno być jakiś większych problemów.

Jeśli tak to pomiar prądu przed mostkiem i od strony masy dużo uprości, mostek z tranzystorów o małym Rds(on) i nawet pomiar napięcia można będzie zrobić przed mostkiem.

Przygotuje coś w ten sposób. Zobaczymy czy poprawnie to rozumię...

Cytat:

Lepiej żeby był przed mostkiem, ale obawiałem się, że będzie to pomiar także elementów mostka, a nie samego obciążenia.

Jeśli klucze będą MOSFET to zarówno rezystancja w stanie włączenia jak i rezystancja do obwodu sterowania (który powinien być poza pomiarem) pozwolą zaniedbać te efekty
Dolne tranzystory możesz wysterować wprost z procesora jeśli będą L-L górne powinny być z kanałem P, wysterować przez tranzystory w układzie WE tylko trzeba zadbać żeby górne MOSy nie dostały UGS>20V czyli zamiast 100Ω wstawić 10kΩ.

EDIT:rysunek wyrzuciłem, miał pokazać mniej więcej jak to ma wyglądać, był gotowy ale nie do końca oddawał to co chciałem pokazać, więc później narysuję i wrzucę lepszy.

Szybki jesteś kolego, nie zdążyłem narysować mojego schematu.
Zasilanie z ograniczeniem prądowym wymyśliłem tak:



Tu nie za bardzo wiem, czy dobrze ustaliłem wartości rezystorów R2 i R3.

Natomiast mostek H pomyślałem w ten sposób:



Szeregowo w liniach sterujących S1 i S2 trzeba będzie wpiąć jakiś rezystor?

Cytat:

Natomiast mostek H pomyślałem w ten sposób:

Uprościłeś - nadmiernie, 24V na bramce to więcej niz dopusczalne maksimum, a górne tranzystory nie mają konwersji poziomów napieć.

Lubię upraszczać
Znalazłem coś takiego, gotowego. Tylko martwi mnie to, że bramki polaryzowane są z napięcia Vss poprzez rezystory R5, R6. Napięcie to będzie maleć od 24V do nawet 10V.

Cytat:

Lubię upraszczać Smile

Niestety żeby prąd układu sterującego nie wpływał na pomiar nie może on dochodzić do tych samych tranzystorów, dlatego trzeba dać o dwa wiecej, układ z postu #16 prawie by sie nadawał, ale wymagał by wyższego napiecia sterującego na bazach i ograniczenia Ugs.
Ograniczenie prądowe można zespolić z tranzystorami mostka, tyle że w takim ukłądzie napiecie trzeba będzie mierzyć na obciążeniu nie na zasilaniu mostka. R1 posłuży do pomiaru prądu. R7 ustala ograniczenie prądowe ale takie rozwiązanie jest niedokładne - błędy rzędu 20% , jak potrzeba lepiej to tranzystor zamienimy na układ "komplementarny" do TL431.

Wrzuciłem układ z postu #17 do symulatora i rzeczywiście mostek działa tak jak chcemy.
Nie miałem w bazie symulatora PSpice tranzystorów BSSxxx i zapewne dlatego wysterowanie tranzystorów napięciem 6V dało oczekiwany efekt. Przy 5V dolne tranzystory nie otwierały się całkowicie i zamiast napięcia na prawej nodze obciążenia 2.9V było 8.6V.



Jeszcze muszę rozszerzyć układ o ogranicznik prądu i sprawdzę jak to razem działa. Tylko nie bardzo wiem w jakim celu są diody D1 i D2 ?

Coś mi to ograniczenie prądu na 1 tranzystorze nie za bardzo działa. Zrobiłem coś takiego jak poniżej, dodatkowo zasilanie rezystorów do bramek skierowałem poza układem obciążenia, bo pobierają mi 1.1mA (poprzez rezystory R4 i R1).



Teraz prądy płyną w miarę tak jak bym chciał. Obciążenie 24k jest na granicy zadziałania ogranicznika prądu. 20k już powoduje zadziałanie ograniczenia i niewielki spadek napięcia na odbiorniku. I jeszcze sprawdziłem przy zwarciu odbiornika - rzeczywiście płynie przez niego prąd ogranicznika.

Tranzystory wybrałem takie żeby były logic level małej mocy, również dlatego że spadek napiecia na rezystorze do pomiaru prądu zmniejsza Ugs, (więc przy większych prądach ten układ też będzie źródłem prądowym) jeśli będziemy mierzyc do 2mA na 1kΩ i na bramce będzie 5V to ten efekt nie powinien przeszkadzać.

OK kolego, dzięki serdeczne. Układ jest już prawie gotowy.

Pozostaje mi jeszcze pomiar prądu i napięcia na obciążeniu.
Przy pomiarze napięcia standardowo chciałem użyć układu dzielnika napięcia złożonego z rezystorów 39k i 10k co daje podział 1/5 (24 V mierzy jako 4.8V) czyli w sam raz dla ADC układu AVR. Tylko przy takich rezystorach ucieka mi ok. 0.49 mA prądu.
Czy są jakieś reguły co do tego dzielnika, tzn. czy można by użyć innych wartości rezystorów, aby zmniejszyć ten uciekający prąd (np. 86k i 22k albo 130k i 33k) ?



I druga sprawa - pomyślałem, że spadek napięcia na obciążeniu będę mierzyć za pomocą pomiaru napięć na wejściu i wyjściu obciążenia (jako różnicę tych napięć, dwa oddzielne pomiary). Można by nawet rezystor do pomiaru prądu umieścić szeregowo w gałęzi z odbiornikiem i poprzez spadek napięcia na tym rezystorze pomiarowym określać prąd na obciążeniu. Uprości mi to oba pomiary i będą w miarę dobrze określały prąd i napięcia na odbiorniku.

Cytat:

Można by nawet rezystor do pomiaru prądu umieścić szeregowo w gałęzi z odbiornikiem i poprzez spadek napięcia na tym rezystorze pomiarowym określać prąd na obciążeniu. Uprości mi to oba pomiary i będą w miarę dobrze określały prąd i napięcia na odbiorniku.

W takim przypadku niewielkie napiecie z bocznika podzielisz przez 5 co proporcjonalnie pogorszy rozdzielczość i dokładność, celowo dałem go poza mostkiem od strony masy, żeby można go było podłaczyc wprost do ADC (ale z zabezpieczeniem), albo nawet przez wzmacniacz o wzmocnieniu 2. Dzielniki do pomiaru napięcia podłaczył bym wprost do obciążenia, ten który bedzie podłaczony do wyższego napiecia będzie pobierał prąd który nie popłynie przez bocznik, ten podłaczony do niższego napiecia będzie rownolegle z bocznikiem (można przeliczyć o lie zmieni rezystancje bocznika i skompensować w obliczeniach to ok 2%), po tej stronie pomiary się dublują więc nie używał bym tego z dzielnika który jest mniej dokładny.

Cytat:

Czy są jakieś reguły co do tego dzielnika, tzn. czy można by użyć innych wartości rezystorów, aby zmniejszyć ten uciekający prąd (np. 86k i 22k albo 130k i 33k)

Prąd jednego dzielnika nie przeszkadza, a drugi można skorygować poprawką na wartość bocznika.
Rezystory można dać większe, ograniczeniem jest prąd wejściowy ADC, trzeba ustalić taki prąd dzielnika żeby prąd wejściowy ADC a szczególnie jego zmiany pod wpływem temperatury nie powodowały znaczących błędów (sam wiesz jaki błąd jest dla ciebie dopuszczalny).

jarek_lnx napisał:

Cytat:

Można by nawet rezystor do pomiaru prądu umieścić szeregowo w gałęzi z odbiornikiem i poprzez spadek napięcia na tym rezystorze pomiarowym określać prąd na obciążeniu. Uprości mi to oba pomiary i będą w miarę dobrze określały prąd i napięcia na odbiorniku.

W takim przypadku niewielkie napięcie z bocznika podzielisz przez 5 co proporcjonalnie pogorszy rozdzielczość i dokładność

Tak, tu masz rację, dokładność pomiaru będzie niziutka.

Jeszcze sprawa wartości rezystancji bocznika pomiarowego - 1k, przy maksymalnym prądzie 15mA ucieknie mi ok. 1.5 V z napięcia na obciążeniu. Jest to do zaakceptowania. Żeby zwiększyć dokładność pomiaru trzeba by było, jak zauważyłeś, nieco go wzmocnić (np. 2 krotnie).
Wzmacniacz operacyjny (zasilany niesymetrycznie) czy jakieś rozwiązanie tranzystorowe?

jarek_lnx napisał:

... celowo dałem go poza mostkiem od strony masy, żeby można go było podłaczyc wprost do ADC (ale z zabezpieczeniem), albo nawet przez wzmacniacz o wzmocnieniu 2

O takim zabezpieczeniu masz na myśli?