Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Arrow Multisolution Day
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Atmega8 - pomiar prądu, pytanie o rezystor.

Franek k 01 Kwi 2016 22:29 2115 18
  • #1 01 Kwi 2016 22:29
    Franek k
    Poziom 15  

    Witam.

    Dysponuję zasilaczem impulsowym 16V 7,5A i planuję zrobić z niego zasilacz regulowany. W tym celu planuję kupić na allegro przetwornicę step down pracującą niby nawet do 12A, coś takiego

    Atmega8 - pomiar prądu, pytanie o rezystor.

    Przetwornica ta ma niby możliwość regulacji napięcia i prądu, więc dla mnie idealna.

    Założyłem ten temat ponieważ planuję też wykonać na Atmedze 8 moduł pomiarowy który będzie mierzył napięcie wyjściowe z przetwornicy oraz pobierany prąd.
    O ile problemów z pomiarem napięcia mieć raczej nie będę - zastosuję tutaj dzielnik napięcia - to prądu nigdy jeszcze nie mierzyłem i mam pytanie ponieważ nie chcę czegoś zawalić.

    Planuję do pomiaru prądu wykorzystać rezystor który będzie wpięty szeregowo z obciążeniem i będę mierzył na nim spadek napięcia. Jako górną granicę pobieranego prądu przyjmuję 7A, nie wiem czy tyle uda się wycisnąć z tego zasilacza który ma 7,5A, ale dla bezpieczeństwa tyle przyjmuję. Raczej zastosuję dwa rezystory 0,1Ω połączone równolegle tak aby otrzymać rezystancję 0,05Ω (chcę wykorzystać dwa rezystory bo takie akurat mam a nie chcę zamawiać specjalnie rezystorów 0,05Ω). Korzystając z prawa Ohma wyliczyłem, że przy prądzie spadek napięcia wyniesie U=R*I=0,05Ω*7A=0,35V a zatem moc wydzielana wyniesie P=0,35V*7A=2,45W.

    Moje pytanie teraz brzmi czy mogę zastosować tutaj rezystory 2W, które połączone równolegle będą miały 4W? Czy lepiej kupić dwa rezystory 0,1Ω 5W? Jak już to wolę kupić te dwa rezystory u siebie w osiedlowym sklepie, które są po 0,8zł niż zamawiać jeden 0,05Ω 5W.

    Oczywiście następnie napięcie powstałe na rezystorach wzmocnię wzmacniaczem LM358 tak aby przy 7A Atmega otrzymywała jakieś 2,5V na wejście ADC.
    To już nie kłopot. Zastanawiam się tylko nad tymi rezystorami, czy nie kupić tych 5W bo nie wiem czy te 2W nie będą się grzać za bardzo?

    0 18
  • Arrow Multisolution Day
  • #2 01 Kwi 2016 22:36
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Jeśli połączysz dwa rezystory równolegle, to przy tych samych oporach na każdym wydzieli się połowa mocy, czyli 1,2W - znacznie poniżej dopuszczalnych 2W, więc będzie ok.
    Swoją drogą, nie lepiej zastosować jakieś scalone przetworniki prądowe, np. coś z serii ACS? Nie ma problemów z ciepłem, wyjście można bezpośrednio pod ADC podpiąć.

    0
  • #3 01 Kwi 2016 22:50
    Franek k
    Poziom 15  

    Te scalone przetworniki odpadają ze względu na ich cenę, która wynosi ok 20zł + przesyłka.
    Co do rezystorów to wiem, że odłoży się na nich po ~1,2W i zastanawiam się czy te 1,2W w porównaniu z 2W nie będzie mi jakoś znacznie ich nagrzewać? Może lepiej dać 5W bo 80gr to znowu nie majątek.

    0
  • Arrow Multisolution Day
  • Pomocny post
    #4 01 Kwi 2016 23:05
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Czy dasz rezystory 2W, czy 5W to będą się nagrzewać tak samo (pomijam ew. wzrost masy i co za tym idzie powierzchni rozpraszającej energię). W końcu na obu wydzieli się taka sama moc...

    0
  • #5 01 Kwi 2016 23:22
    Franek k
    Poziom 15  

    A ja myślałem, że rezystor 5W będzie się mniej grzał przy obciążeniu 1,2W niż ten 2W :D

    W sumie to dopiero teraz wpadłem na zupełnie inny pomysł ta przetwornica ma wbudowaną regulację prądu, a więc musi mieć przecież jakiś rezystor pomiarowy. Poszukałem w necie innych zdjęć podobnej przetwornicy i trafiłem na takie na którym widać ten rezystor. Ma on prawdopodobnie 0,01Ω i jest to chyba 2W smd. Wystarczy więc wpiąć się do niego wzmacniaczem i z niego wzmocnić napięcie i podać na ADC... chyba już prościej się nie da :D

    0
  • #6 02 Kwi 2016 00:44
    Piotr Piechota
    Poziom 21  

    Franek k napisał:
    A ja myślałem, że rezystor 5W będzie się mniej grzał przy obciążeniu 1,2W niż ten 2W :D
    (...)


    Przy obciążeniu 1,2W każdy rezystor musi oddać 1,2W nawet 0,5 watowy (chociaż uszkodzi się szybko).
    Rezystor większej mocy ma zwykle większą powierzchnię oddawania ciepła i jego temperatura będzie niższa.

    0
  • #7 02 Kwi 2016 01:36
    JacekCz
    Poziom 36  

    1. sam odkryłeś, że projektowany spadek napięcia jest maławy aby to precyzyjnie atmega zmierzyła ... operacyjny coś ci da, ale coś odbierze (dokładność). Nie wiem czy będzie pracował na potencjale zera, więc dorobienie mu ujemnego zasilania ...

    2. jedna atmega nie da się wpiąć w dwa pomiary na różnych potencjałach swoich "mas" czy "minusa" pomiaru (można kombinować mierzyć w okolicy masy zasilacza ... ale masa układu już jest inna o ta rezystancję ... może się to podobać lub nie, plus p.1
    Jest tu w sąsiednim wątku pomysł zbijania potencjału do dobrego zakresu dzielnikiem R, ale to tylko w teoretycznych obwodach ma sens (błąd rosnący bład pomiaru spadającego sygnału)

    1+2 naprawdę zwróć uwagę na te czujniki halla, to dobra rada - i tańsza.

    0
  • #8 02 Kwi 2016 13:22
    Franek k
    Poziom 15  

    1. LM358 może być przecież zasilany pojedynczym napięciem, więc nie potrzebuje ujemnego zasilania.

    2. Z tego co mi się zdaje to rezystor pomiarowy zastosowany w tej przetwornicy jest ulokowany na powrocie prądu, a więc jego jeden koniec jest połączony z masą (GND) przetwornicy, a więc w tym wypadku nie ma obawy przed różnymi potencjałami.

    0
  • #9 02 Kwi 2016 13:51
    Marek_Skalski
    Moderator Projektowanie

    Jesteś wyjątkowo uparty, a tutaj to nie ma sensu.
    1. LM358 nie będzie prawidłowo pracował przy zasilaniu niesymetrycznym i sygnale wejściowym w pobliżu masy. Miałbyś szansę zrealizować taki pomiar stosując wzmacniacz typu rail-to-rail, który nie odwraca polaryzacji napięcia, kiedy wejście jest w pobliżu dolnego zasilania. Znajdziesz wiele takich wzmacniaczy, np. MCP602, MCP6022, ale to zajmie dużo miejsca i będzie mniej dokładne niż propozycja z punktu 4.
    2. Jeżeli atmega będzie przypięta do masy zasilacza, to będziesz mierzył napięcie wyjściowe z offsetem wprowadzonym przez rezystor pomiarowy. Jeżeli atmega będzie przypięta do masy pozornej (wyjście zasilacza), to napięcie pomiarowe prądu będzie ujemne. Z dwojga złego lepsza jest pierwsza opcja.
    3. Możesz sprawdzić, czy rezystor pomiarowy jest podłączony bezpośrednio do układu sterującego, czy może jednak jest jakiś układ dopasowania sygnału, z którego sygnał możesz podłączyć do atmegi.
    4. Możesz użyć czujników opartych o efekt Halla, ale na dużą dokładność nie licz. Inna opcja, to użycie specjalizowanego wzmacniacza różnicowego do pomiaru prądu po stronie zasilania. Taki układ kosztuje grosze (np. TS110x) i nie ma żadnego problemu z masą, ponieważ rezystor pomiarowy wpinasz po stronie zasilania, a nie masy. Dokładność rzędu 1% nie jest problemem i masz predefiniowane wzmocnienie 25x, 50x, 100x, 200x.
    Powodzenia!

    0
  • #10 02 Kwi 2016 14:30
    JacekCz
    Poziom 36  

    Marek_Skalski napisał:
    Jesteś wyjątkowo uparty, a tutaj to nie ma sensu.
    1. LM358 nie będzie prawidłowo pracował przy zasilaniu niesymetrycznym i sygnale wejściowym w pobliżu masy.


    To miałbym na myśli.

    Franek k napisał:
    .. odpadają ze względu na ich cenę, która wynosi ok 20zł + przesyłka...


    Ja mam swoją metodę liczenia ekonomii zw z układami scalonymi. Ogrom chipów jest bardzo tanich, a kosztem jest praca. Po stronie przychodów jest wartość użytkowa (dla siebie czy rodziny) albo handlowa - prawie zawsze o wiele, wiele większa niż suma cen chipów.
    Kosztem (albo zmniejszeniem przychodów) jest ryzyko, niepewność sukcesu przy "kombinowanych" układach.


    I w mojej wersji kalkulacji, wydać na dobry zestaw kilka złotych więcej, zrobić "po bożemu" jest po prostu TANIEJ.
    Na marginesie: ku zaskoczeniu kilku uProcesorowców lepszych ode mnie, wiedzących jakimi chipami konwertować UART->RS232->USB odkryłem siostrzane Atmegi aż 2-4 złote droższe z gotowym obwodem USB, tylko software dać. Co jest naprawdę droższe? Jak stara anegdota "wszyscy wiedzą, że zrobienie czegoś jest niemożliwe, jeden człowiek tego nie wie i ... "

    0
  • #11 02 Kwi 2016 19:36
    Franek k
    Poziom 15  

    Marek_Skalski napisał:

    4. Możesz użyć czujników opartych o efekt Halla, ale na dużą dokładność nie licz.


    Czyli czujniki takie jak ACS712 nie nadają się do pomiaru prądu? Po tych wszystkich Waszych wiadomościach zaczynam coraz bardziej się zastanawiać nad zastosowaniem takiego czujnika, no ale teraz dowiaduję się, że te hallotronowe są mizerne... faktycznie tak złe są?

    Marek_Skalski napisał:

    Inna opcja, to użycie specjalizowanego wzmacniacza różnicowego do pomiaru prądu po stronie zasilania. Taki układ kosztuje grosze (np. TS110x) i nie ma żadnego problemu z masą, ponieważ rezystor pomiarowy wpinasz po stronie zasilania, a nie masy. Dokładność rzędu 1% nie jest problemem i masz predefiniowane wzmocnienie 25x, 50x, 100x, 200x.


    O jakich kolega myślał konkretnie układach? Np. TS1102? Jakoś nie jest łatwo dostępny z tego co widzę.

    Marek_Skalski napisał:

    2. Jeżeli atmega będzie przypięta do masy zasilacza, to będziesz mierzył napięcie wyjściowe z offsetem wprowadzonym przez rezystor pomiarowy. Jeżeli atmega będzie przypięta do masy pozornej (wyjście zasilacza), to napięcie pomiarowe prądu będzie ujemne. Z dwojga złego lepsza jest pierwsza opcja.


    No właśnie jak prawidłowo mierzyć napięcie wyjściowe? jeśli ta przetwornica ma rezystor pomiarowy wpięty na sztywno do masy to wtedy musiałbym masę procka wpiąć za tym rezystorem, a więc ta masa byłaby "przesunięta". No ale procka i tak musiałbym zasilić z jakiego stabilizatora a ten z zasilacza impulsowego, wiec tutaj powstałoby takie obejście masy i prąd wyjściowy wychodzący z przetwornicy zamiast płynąć przez rezystor pomiarowy do masy płynąłby też przez ten układ zasiania procka...

    0
  • #13 02 Kwi 2016 22:00
    Marek_Skalski
    Moderator Projektowanie

    To może zacznijmy od początku, od wymagań dotyczących układu pomiarowego.
    Który wariant konstrukcyjny rozpatrujemy?
    a) Zasilacz === Przetwornica === Układ pomiarowy === Układ testowany
    b) Zasilacz === Układ pomiarowy === Przetwornica === Układ testowany
    c) Zasilacz /== Przetwornica === Układ testowany
    \== Układ pomiarowy

    Które napięcie chcesz mierzyć?
    - na wyjściu zasilacza
    - na wyjściu przetwornicy
    - na wejściu układu testowanego
    Jaki zakres, jaka dokładność i jaka rozdzielczość pomiarów napięcia?

    Który prąd chcesz mierzyć?
    - prąd wyjściowy zasilacza (jako całość)
    - prąd wyjściowy przetwornicy (bez prądu samej przetwornicy)
    - prąd układu testowanego (bez prądu własnego przetwornicy, bez prądu własnego układu pomiarowego z atmegą)
    Jaki zakres, jaka dokładność i jaka rozdzielczość pomiarów prądu?

    Wracając do ACS712, to układ jest całkiem fajny, ale szumi. Weźmy układ z zakresem 5A. Liniowość 1,5% - nie jest źle, ale... Napięcie wyjściowe lub czułość układu albo wzmocnienie to 185mV/A, ale szum na poziomie 21mV oznacza rzeczywistą dokładność pomiaru prądu na poziomie 0,11A, a nie ma tu błędu wynikającego ze zmiany temperatury, nie ma błędu wzmocnienia ACSa i nie ma błędu przetwornika atmegi.

    TS1102 jest dostępny w wielu miejscach, np. Mouser, Digi-Key, Farnell, Arrow i inne. "Przedstawiciel" Mouser'a na Polskę, Mausel ma te układy za 0,79EUR.

    0
  • #14 03 Kwi 2016 15:03
    Franek k
    Poziom 15  

    Co do wariantu to chyba moje plany pokrywają się z punktem "a". Ma to wyglądać w przybliżeniu tak

    Atmega8 - pomiar prądu, pytanie o rezystor.

    Chcę mierzyć napięcie na wyjściu przetwornicy, a dokładniej to na zaciskach podłączanym zewnętrznym urządzeniu.
    Prąd również chcę mierzyć na wyjściu przetwornicy, a więc ten pobierany przez dołączane zewnętrzne urządzenie. Co do zakresu to od jak najmniejszego do 7A, chociaż nie wiem czy tyle uda mi się wycisnąć ale, dla pewności przyjąć trzeba, że będzie to 7A, co do dokładności to jak największa, ale nie liczę, że będzie to 1mA. Po prostu tyle ile będzie to możliwe.

    0
  • #15 04 Kwi 2016 23:03
    Franek k
    Poziom 15  

    Przeglądałem jeszcze trochę internet w poszukiwaniu wzmacniaczy rail-to-rail o których wspominał kolega Marek_Skalski i trafiłem na coś ciekawego. Może to nie ma nic wspólnego z tymi wzmacniaczami, ale dzięki takim poszukiwaniom trafiłem na układ INA219. Jest to gotowy układ scalony "Power Monitor", do którego podłącza się zewnętrzny rezystor bocznikujący. Układ komunikuje się z uC za pomocą szyny I²C i umożliwia pomiar prądu, napięcia oraz od razu mocy. Ma wbudowany 12-bitowy przetwornik ADC, który niby charakteryzuje się ±1% dokładnością.

    Oto schemat podłączenia wycięty z dokumentacji

    Atmega8 - pomiar prądu, pytanie o rezystor.

    Bocznik musi być umieszczony po stronie zasilania (High-Side) więc podczas pomiaru napięcia, mierzone jest ono tylko i wyłącznie na odbiorniku - pominięty jest spadek napięcia na boczniku.
    Co ciekawe układ jest dość tani i w farnellu można go dostać za 5zł z hakiem (oczywiście bez VAT).

    Co myślicie o takim układzie? Może ktoś się już nim bawił?

    0
  • #17 05 Kwi 2016 15:41
    emarcus
    Poziom 35  

    Franek k napisał:

    Co myślicie o takim układzie?

    Może ta strona by pomogłą?
    http://www.jarzebski.pl/arduino/czujniki-i-sensory/cyfrowy-czujnik-pradu-mocy-ina219.html
    albo coś z tej strony?
    http://henrysbench.capnfatz.com/henrys-bench/...urrent-sensor-voltmeter-tutorial-quick-start/
    a może to ?
    https://learn.adafruit.com/adafruit-ina219-current-sensor-breakout
    i wiele innych
    Te wymienione (gotowe układy) w zasadzie ograniczają zakres pomiaru do 3.2A, lecz nie jest wielki problem aby ten zakres rozszerzyc do własnych potrzeb.

    e marcus

    0
  • #18 05 Kwi 2016 22:29
    ORMO_PL
    Poziom 19  

    Koledzy tutaj sugerują różne dziwne rzeczy.

    Pomysł z rezystorem pomiarowym w ujemnej linii zasilania działa zaskakująco dobrze. Wszystko zależy od tego jakiej rezystancji jest, i jakiej wielkości prąd masz zamiar mierzyć.

    Przytoczona Atmega pozwoli z dużym zapasem na pomiar zarówno przed, jak i za przetwornicą.

    Polecam zapoznać się z konstrukcją przedstawioną w linku, z której sam korzystam z podobną przetwornicą, i jestem bardzo zadowolony. http://elfly.pl/multimetr/multimetr_DIP.htm

    Nawet jeśli nie uda Ci się zakupić rezystora 0,01R, tylko 0,1R to moc tracona na nim będzie w okolicach 5,6W. Zakładając, że przetwornica będzie pracować pod stałym obciążeniem, z prądem 7,5A ... prędzej padnie przetwornica, niż spali się rezystor.

    Wszystko zależy od rozdzielczości/dokładności pomiaru jaką chcesz uzyskać. Mnie też kilka dni temu na forum wyśmiano za pomysł pomiaru prądu rezystorem, ale to rozwiązanie się sprawdza. Przynajmniej w rozwiązaniach amatorskich.

    A LM358 jest jednym z nielicznych opampów, które znam, które mogą pracować z zasilaniem niesymetrycznym.

    Ciekawszym zagadnieniem jest sterowanie tą przetwornicą. Konkretniej realizacja ograniczenia prądowego, lub ograniczenia napięcia.

    0
  • #19 06 Kwi 2016 15:39
    Franek k
    Poziom 15  

    Dziękuję wszystkim za dotychczasowe wypowiedzi. Po przemyśleniach doszedłem do wniosku, że zastosuję przetwornicę bez regulacji prądu. Do tej pory nie posiadałem jakiegoś zasilacza laboratoryjnego, a w większości przypadków wystarczał mi taki wtyczkowy ze skokową regulacją prądu i zmianą polaryzacji (taki najtańszy z wydajnością do 1A). W przypadku większych prądów korzystałem ze starego zasilacza komputerowego, mając do dyspozycji 3,3V, 5V i 12V. Do tej pory nigdy nie potrzebowałem mieć regulacji prądu, więc w tym zasilaczu, który chcę zbudować myślę, że się też obejdę. Dzięki temu odejdzie mi jeden rezystor pomiarowy (ograniczający prąd przetwornicy) więc będzie mniej spadków napięć (przy większych prądach).

    Zastanawiam się tylko nad sposobem pomiaru prądu. Czy wykorzystać tutaj układy cyfrowe INA219 czy jakiś wzmacniacz typu LM358 i przetwornik uC?

    W przypadku pierwszego sposobu, stworzyłem tak na szybko schemacik połączeń
    Atmega8 - pomiar prądu, pytanie o rezystor.

    W tym wypadku wywaliłbym potencjometr R2 (przetwornica będzie mieć w tym miejscu potencjometr zamiast rezystora) i podłączyłbym tutaj potencjometr, który zamontowałbym na obudowie. Byłby on wpięty trochę inaczej (zielony przewód) aby przetwornica porównywała napięcie za rezystorem pomiarowy, co zredukuje mi wpływ spadków napięć na tym rezystorze.

    Co do drugiej możliwości opierającej się na wzmacniaczu operacyjnym i przetworniku ADC mikrokontrolera to zastanawiam się czy można by wykorzystać zamiast wzmacniacza LM358 wzmacniacz OPA343 typu Rail-to-Rail?
    Ten sposób wykorzystujący przetwornik ADC mikrokontrolera wydaje się być łatwiejszy i tańszy, ale chyba trochę gorszy.

    Ogólnie to jak już pisałem wcześniej przyjmuję maksymalny prąd wyjściowy 7A. I wystarczy, że wartości prądu oraz napięcia będą mierzone parę razy na sekundę. Bo to ma mi tylko pokazywać jakie napięcie mam na wyjściu i jaki prąd jest pobierany. Nie zamierzam tych informacji wykorzystywać np. do sterowania przetwornicą.

    0