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.

Pomiar AC230 prze AtMega + odłączanie przy przeciążeniu

paweciu 01 May 2018 23:20 999 20
  • #1
    paweciu
    Level 10  
    Witam,
    Buduję sobie układzik który ma za zadanie mierzyć prąd (max 3A) pobierany przez odbiornik sieciowy.
    Pomiaru ma dokonywać atMega poprzez ACS712 który zgodnie z dokumentacją jest skalibrowany dla uzyskania większej dokładności - dołożony komparator lm321 (schemat z dokumentacji). Z tego co wyczytałem na forum i w dokumentacji napięcie wyjściowe z ACS712 przy prądzie sinusoidalnym nie będzie stałe. Tzn będzie się zmieniać np. przy prądzie 3A będzie wynosić 2V dla dolnego zakresu sinusa i 3V dla górnego - natomiast przy zerowym poborze prądu napięcie będzie wynosić 2,5V.
    Do wyjścia ACS712 podłączony ma być komparator LM358, który ma działać jako prostownik idealny - jedna połowa (schemat z netu). Wyjście z tego komparatora ma być podłączone do ADC atMegi oraz do drugiej połówki kostki LM358 która ma działać tak aby załączać lub wyłączać optotriak + triak. Poza tym do sterowania optotriakiem + triakiem ma być wykorzystywany także osobny pin atMegi.

    Założenie jest takie że atMega poprzez pin (AC230_OUT_STER) podaje tylko sygnał (impuls np.1s) do załączenia układu tj. włączenia triaka i ustala na pinie (AC230_REGULATION) ograniczenie prądowe po jakim triak ma się wyłączyć. W chwili gdy prąd pobierany przez odbiornik będzie większy niż ustawiony na pinie AC230_REGULATION triak zostanie wyłączony, atmega odczyta że jest zerowy pobór prądu i ustawi zero (tj. napięcie poniżej 2,5V) na pinie AC230_REGULATION a przez to komparator nie załączy triaka.
    Pomiar AC230 prze AtMega + odłączanie przy przeciążeniu
    Napięcie do pinu nieodwracającego komparatora chce dostarczyć z DCA tj. MCP4812.



    Generalnie chodzi o wyłączenie odbiornika gdyby pobierał zbyt duży prąd oraz pomiar tego prądu w czasie normalnej pracy

    Teraz pytania jako że macie większe doświadczenie i wiedzę.:

    1. Czy taki układ ma sens i czy będzie działał prawidłowo.
    2. Czy MCP i atMega będą na tyle szybkie aby w chwili pojawienia się wiekszego prądu lub zwarcia odpowiednio szybko zaragować. - lub czy macie jakiś inny pomysł jak to zrealizować.
    3. czy to co wywnioskowałem co do napięcia wyjściowego z ACS712 jest ok?
    4. jakie powinny mieć wartości elementy w prostowniku idealnym dla uzyskania dobrych rezultatów i czy LM358 będzie dobrą kostką do tego zadania,

    z góry dziękuję za pomoc
  • #2
    chudybyk
    Level 31  
    Ten prostownik do poprawy. LM358 ma wejście nieodwracające ciągle na masie zasilania - wyjście też będzie ciągle na masie. Musisz prostować względem poziomu 2.5V a nie 0V.
    Czy nie prościej byłoby wziąć sygnał prostowany z wyjścia ACS712? Odpadnie jeden stopień wprowadzający zniekształcenia.
    Zasymuluj sobie układ LTSpice-m albo innym symulatorem.
  • #3
    paweciu
    Level 10  
    Witam,
    Sorry że tak długo nie odp. ale nie miałem jak.

    Quote:
    Czy nie prościej byłoby wziąć sygnał prostowany z wyjścia ACS712? Odpadnie jeden stopień wprowadzający zniekształcenia.

    To znaczy że na wyjściu ACS712 jest sygnał wyprostowany? Czy zatem na pinie 4 układu LM321 też będzie sygnał wyprostowany?

    Przyznam że nie za bardzo rozumiem działanie ACS712 jeśli chodzi o pomiar prądu przemiennego.


    Quote:
    Ten prostownik do poprawy. LM358 ma wejście nieodwracające ciągle na masie zasilania - wyjście też będzie ciągle na masie. Musisz prostować względem poziomu 2.5V a nie 0V.

    Jeżeli zatem zamiast podłączać to wyjście do masy wstawię tam diodę zenara na 2,5V to czy bedzie to działać zgodnie z założeniami?
    Pomiar AC230 prze AtMega + odłączanie przy przeciążeniu
  • #4
    chudybyk
    Level 31  
    paweciu wrote:

    Quote:
    Czy nie prościej byłoby wziąć sygnał prostowany z wyjścia ACS712? Odpadnie jeden stopień wprowadzający zniekształcenia.

    To znaczy że na wyjściu ACS712 jest sygnał wyprostowany? Czy zatem na pinie 4 układu LM321 też będzie sygnał wyprostowany?

    Przyznam że nie za bardzo rozumiem działanie ACS712 jeśli chodzi o pomiar prądu przemiennego.

    ACS712 daje na wyjściu napięcie proporcjonalne do prądu strony pomiarowej, ale przesunięty o połowę napięcia zasilania. Czyli, gdy nic nie płynie, to na wyjściu masz 2,5 volta (przy zasilaniu 5V).
    Jeśli chcesz prostować ten sygnał, to lepiej to zrobić od razu z wejścia, a nie po wzmocnieniu, ale to tylko dygresja. Po prostu ja bym tak zrobił bo:
    - układ pomiarowy do uC i układ wykrywania przeciążenia będą od siebie niezależne i mogę jeden regulować bez wpływu na drugi;
    - każdy stopień w kaskadzie wprowadza niedokładności, które się sumują, a w zasadzie mnożą przez siebie;
    - gdybyś chciał przeskalować układ, to wzmacniacz się może nasycić i detektor przeciążenia nie zadziała, bo będzie miał obciętą amplitudę.
    Quote:


    Quote:
    Ten prostownik do poprawy. LM358 ma wejście nieodwracające ciągle na masie zasilania - wyjście też będzie ciągle na masie. Musisz prostować względem poziomu 2.5V a nie 0V.

    Jeżeli zatem zamiast podłączać to wyjście do masy wstawię tam diodę zenara na 2,5V to czy bedzie to działać zgodnie z założeniami?


    Broń Boże zenerką! Będzie zbyt niedokładnie. Wejście op-ampa ma bardzo wysoką impedancję, zwykły dzielnik rezystorowy, np. 2x100k załatwi sprawę bardziej precyzyjnie i uniwersalnie. Najlepiej oporniki dobrać jak najdokładniej. Dobrze byłoby użyć sygnału z dzielnika który już istnieje - R2 i R3, żeby poziomy tej pozornej masy były identyczne.
  • #5
    paweciu
    Level 10  
    Witam,
    Dziękuje za sugestię. Nie jestem pewny czy dobrze zrozumiałem. Czy mam najpierw prostować sygnał a później go wzmacniać (schemat 2) czy wzmacniać i prostować ten sam sygnał (schemat 1).
    Jeżeli schemat 1 to:
    * rozumiem że pomiar wyprostowanego sygnału nie będzie wzmocniony - czy zatem nie będę miał mniej dokładnych wyników?

    Schemat 1
    Pomiar AC230 prze AtMega + odłączanie przy przeciążeniu

    Schemat 2
    Pomiar AC230 prze AtMega + odłączanie przy przeciążeniu

    Prośba o pomoc w doborze wartości elementów.
  • #6
    chudybyk
    Level 31  
    Schemat 1 jest tym, który sugerowałem.
    Wzmocnienie układu prostującego możesz regulować przez dobór rezystancji R7, R8 i R9.

    Moje wątpliwości budzi jeszcze układ odłączający na optotriaku. Nie jestem pewny jak w założeniu ma to działać, ale triaki mają taką właściwość, że po włączeniu pozostają włączone, aż zaniknie im prąd na wyjściu. Przy prądzie zmiennym oznacza to, że przeciążenie będzie trwało przez resztę półokresu po wyłączeniu triaka. Przy przejściu przez zero prąd nie płynie więc triak się "zresetuje" ale układ nie będzie sygnalizował przeciążenia i sterowanie optotriaka znowu będzie aktywne. Triak się włączy, w pobliżu szczytu sinusa znowu pojawi się przeciążenie i będzie trwać przez resztę półokresu i tak w kółko. Czyli sygnalizacja przeciążenia będzie działać, ale triak i tak się nie będzie wyłączał.
    Z samym triakiem niewiele zrobisz, żeby go wyłączyć bezpośrednio po przeciążeniu, ale możesz zastosować układ, który odłączy triak na pewien czas - co najmniej na półokres (wtedy będzie się wyłączał tylko w dodatnich lub ujemnych połówkach) lub dłużej (wtedy każde zadziałanie przeciążenia puści tylko jedną połówkę okresu). Układ czasowy można zrobić na czymkolwiek - nieużywanym op-ampie, nieśmiertelnym NE555, albo wysterować z procka.
  • #7
    paweciu
    Level 10  
    Witam,
    Ok rzeczywiście układ z triakiem może być problematyczny. A czy zatem zamiast triaka zastosowany np. przekaźnik będzie odpowiedni? Moje wątpliwości budzi czas zadziałania przekaźnika.

    Pomiar AC230 prze AtMega + odłączanie przy przeciążeniu
  • #8
    chudybyk
    Level 31  
    To już lepiej z triakiem. Będzie mniejszy, bardziej niezawodny, szybszy, tańszy i robi mniej zakłóceń.
    Przecież przekaźnik też potrzebuje całkiem sporej chwili, żeby rozłączyć układ.
    No a po rozłączeniu przestaje płynąć prąd i będzie zabawa podobna jak z triakiem, tylko niezależna od fazy prądu.
  • #9
    paweciu
    Level 10  
    Witam.
    Trzy razy przeczytałem post #6 i dopiero teraz zrozumiałem...
    Czy zatem zostawiając układ z triakiem...
    Jeżeli w chwili pojawienia się przeciążenia atmega odczyta ten stan na pinie AC230_MESSURE tj z wyjścia prostownika idealnego i w tej chwili ustawi poprzez DAC napięcie poniżej 2,5V aby komparator nie wysterowal triaka. To czy będzie to działać jak należy? Czy Atmega i DAC zrobią to na tyle szybko a zmieścić się w półokresie?
  • #10
    chudybyk
    Level 31  
    ATmega, dajmy na to ATMega16 potrafi zebrać do 15 tys. próbek ADC na sekundę. MCP4812 potrafi ustalić napięcie w 4.5 us po ustawieniu przez SPI z taktowaniem szyny do 20MHz. Jeden półokres to 10ms, więc kilka rzędów wolniej.

    Z Twojego opisu wynika, że o całym sterowaniu i tak decyduje ATMega. Po co w ogóle ten DAC i komparator przed optotriakiem? Dlaczego nie chcesz sterować wprost diodą optotriaka z pinu uC?
    Nawet prostownik można by wykopać i wszystko przeliczać w uC. Skoro poziom masy jest w środku zasilania, to wystarczy wziąć pomiar z wyjścia ACS712, odjąć od niego połowę (dla 10-bitowego to 512) i obliczyć z tego moduł. Większa wartość niż przyjęta oznacza przeciążenie - można wyłączyć optotriaka i odczekać lub wykonać coś w związku z tym.

    Układ prostownika i sygnalizacji ma sens, jeśli będzie on sprzętowo obsługiwał przeciążenia, albo chociaż wystawiał sygnał przeciążenia do układu czasowego lub ATmegi. Układ czasowy miałby za zadanie czasowo odłączyć triaka, jak już przedtem pisałem. ATMega mogłaby mieć pin skonfigurowany jako wejście przerwania reagującego na zbocze - i obsługiwać to przerwanie odłączając chwilowo triaka, niezależnie od jakichkolwiek obliczeń.
  • #11
    jarek_lnx
    Level 43  
    Sprzętowa detekcja przeciążenia może być szybsza, ale szybkość nie zawsze jest pożądana, bo prądy rozruchowe podłączanych urządzeń mogą aktywować zabezpieczenie, jeśli obciążenie jest znane i prądy rozruchowe są małe to można zrobić bardzo szybkie zabezpieczenie, ale zamiast przekaźnika musiał by być IGBT.
    W układzie masz prostownik jednopołówkowy, co zwiększy czas zadziałania.
  • #12
    chudybyk
    Level 31  
    W sumie racja. Jakiego typu obciążenie będzie wisieć na końcu?
    Z tym IGBT bym się nie śpieszył, bo sterowanie może być problematyczne - dodatkowa przetwornica izolowana do generowania poziomu dla bramki oraz układ mostkowy dla IGBT. Jeśli jeden lub więcej półokresów w przeciążeniu nie zrobi szkody, to polegałbym jednak na triaku.
  • #13
    paweciu
    Level 10  
    Witam,
    Przemyślałem to co chce uzyskać i wasze sugestie. I rzeczywiście przy pradzie z sieci i sterowaniu przez atmega mogę zrezygnować prostownika i szczytywac napięcie bezpośrednio z ACS712. Zastanawiam się tylko czy zastosować to wzmocnienie. Generalnie będę mierzyć też mniejsze prądy w granicach 0,5A. Czy w takim razie wzmocnienie będzie niezbędne?
    Wystarczające będzie też wyłączenie optotriaka przez atmega niezależnie od sinusa, tak że wyłączy się w 0V. Będzie mniej elementów i taniej.

    Co do obciążenia to będzie różne. I indukcyjne i rezystacyjne.
  • #14
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Co do obciążenia to będzie różne. I indukcyjne i rezystacyjne.
    Obawiał bym się pojemnościowego, pojemność w filtrze przeciwzakłóceniowym (większość urządzeń taką ma), włączona kiedy napięcie chwilowe jest bliskie szczytu może dać spory impuls prądowy. Jeśli urządzenie jest przetwornicą z kondensatorem filtrującym wyprostowane napięcie sieci, to impuls prądu będzie jeszcze większy.
    Przykładowo 1uF daje do 16A prądu w impulsie jeśli zostanie włączony w szczycie sinusoidy - przy reaktancji sieci jaka jest u mnie w domu. Oczywiście impedancja u ciebie może być inna, ale na prądy ładowania kondensatorów trzeba zwrócić uwagę.
  • #15
    paweciu
    Level 10  
    Czy zatem podłączajac np zasilacz w którym filtry są spore jest możliwe że prądy rozruchu będą tak duże że ACS712 może ulec uszkodzeniu?

    Czy zastosowanie detekcji zara i zalączanie triaka z zerze sieci wyeliminuje olbo chociaż zlagodzi ten problem?
  • #16
    chudybyk
    Level 31  
    Szansa na uszkodzenie ACS712 jest niewielka. Raczej chodzi o niezamierzoną sygnalizację przeciążenia w trakcie rozruchu obciążenia.
    Załączeni w zerze daje tylko to, że przy włączaniu urządzenia ogranicza się zakłócenia generowane przez szpilki prądowe. To zjawisko w zasadzie nie dotyczy problemu, o którym mowa.
    Dosyć dobrym sposobem na ograniczenie prądów udarowych są termistory rozruchowe NTC. W trakcie rozruchu stanowią dosyć dużą oporność, która maleje w trakcie pracy. Włącza się je szeregowo w obwód.
    Trochę teoretycznie rozważamy problemy, które mogą nie zaistnieć. Może trzeba zrealizować układ i sprawdzić zachowanie na żywym organizmie? Nic nie zastąpi multimetru i oscyloskopu.
  • #17
    jarek_lnx
    Level 43  
    paweciu wrote:
    Czy zatem podłączajac np zasilacz w którym filtry są spore jest możliwe że prądy rozruchu będą tak duże że ACS712 może ulec uszkodzeniu?
    Nawet jeśli prąd w impulsie przekroczył by 100A to w ACS nie ma sie co spalić, jest tam tylko kawałek grubego drutu, problem jest tylko dla konstruktora, żeby zadecydować czy np 20A przez 10us to dużo czy mało, odłączyć czy nie? Bezpieczniki topikowe mają fajną cechę że o przepaleniu decyduje energia - całka z kwadratu prądu po czasie.

    paweciu wrote:
    Czy zastosowanie detekcji zara i zalączanie triaka z zerze sieci wyeliminuje olbo chociaż zlagodzi ten problem?
    Tak, bo kiedy użytkownik wkłada wtyczkę albo przełącza styki włącznika, może sie zdarzyć że duża wartość chwilowa napięcia i prąd narasta bardzo szybko, załączając w zerze masz pewność że szybkość narastania napięcia jest ok 100V/ms a więc nawet ładowanie kondensatora 100uF nie pociągnie więcej jak 10A obecność dodatkowych ograniczników jak wspomniany NTC może tą wartość dodatkowo zmniejszyć.

    chudybyk wrote:
    Dosyć dobrym sposobem na ograniczenie prądów udarowych są termistory rozruchowe NTC.
    Ale nawet one nie wyeliminują problemu całkowicie, zwykłemu użytkownikowi wystarczy to że jak wkłada wtyczkę do gniazdka to nie strzelają iskry, konstruktor zabezpieczenia nadprądowego musi mieć trochę większą świadomość zachodzących zjawisk i właściwości poszczególnych obciążeń, oraz pomysł na to jak jego układ ma reagować na krótkotrwałe przeciążenia.

    Dla przekładu charakterystyki bezpieczników topikowych
    Pomiar AC230 prze AtMega + odłączanie przy przeciążeniu
  • #18
    paweciu
    Level 10  
    Ok. Dziękuję za odpowiedzi. Myślę że termistory nie będą potrzebne natomiast na pewno zastosuje detekcje zera. Co do bezpiecznikow topikowych to jeszcze nie wiem. Poczytam dokumentację i zdecyduje ewentualnie zapytam tutaj.
    Natomiast chciałbym pomowilas pytanie co do zastosowania wzmocnienia ACS712. Czy warto go stosować czy nie?
  • #19
    chudybyk
    Level 31  
    paweciu wrote:
    Natomiast chciałbym pomowilas pytanie co do zastosowania wzmocnienia ACS712. Czy warto go stosować czy nie?

    Generalnie prostszy układ jest lepszy. Natomiast jeśli będziesz prototypował dla różnych zakresów prądów, to pożądane jest zastosowanie wzmocnienia dla uzyskania lepszej rozdzielczości pomiarowej. Jeśli będziesz robił płytkę prototypową, to zaprojektuj tak, żeby zworkami można było wybrać różne opcje, włącznie z kilkoma zakresami wzmocnienia.
  • #20
    paweciu
    Level 10  
    Ok,
    Dzięki za sugestie co do zworek na pewno tak zrobię. Będę miał możliwość dokładnego przetestowania układu.
    Natomiast mam jeszcze pytanie z innej beczki:

    Prawdopodobnie urządzenie które będę składał będzie miało wtyczkę a ja dla celów bezpieczeństwa chciałbym zamontować w nim wyłącznik różnicowo-prądowy. A jak wiadomo różnicówka powinna być podłączona fazą do L a zerem do N. Jako że urządzenie będzie miało wtyczkę L lub N będzie mogło być na różnych przewodach. Dlatego chciałbym zastosować coś w rodzaju detekcji fazy który miałby być wykrywany przez atMega. Niestety nie mam pomysłu jak tego dokonać.

    Zwykła próbówka - jak zetkniemy ją z fazą (L) to świeci ponieważ obwód "zamyka" ludzkie ciało.
    A jak to zrealizować z atMega?
    Myślałem nad kontrolą jednego przewodu w stosunku do przewodu PE i kontroli np. optotiriaka tak podłączonego przez atmege ale nie każde gniazdko posiada bolec.
    Nie wiem jak to rozwiązać - macie jakieś pomysły?
  • #21
    chudybyk
    Level 31  
    Instalatorem nie jestem, ale dlaczego wyłącznik różnicowo-prądowy miałby działać gorzej lub wcale przy zamianie L i N? Moim zdaniem nie potrzebujesz wykrywać fazy. Jednak gdybyś bardzo chciał, to należy to robić względem potencjału PE.