"Contor" energie - DC, mica putere

[informer]

Posibil.
Hai sa discutam pe caz concret: propun un interval de masura minim necesar (ca sa-mi fie util) de 10uA la 200mA.
Propun o cadere de tensiune pe sunt, in conditia cea mai nasoala (200mA) de 0.1V... ca-n exemplul anterior, mi se pare rezonabil.
Asta da o rezistenta a suntului de 0.1 / 0.2 de 0.5 ohmi.
Cu aceasta valoare la 10uA am o cadere de tensiune de 0.00001A x 0.5Ohmi = 5uV
Pot gasi un monitor de curent gata facut cu amplificare maxima 1000 (INA212) care sa-mi aduca tensiunea la 5mV/LSB, posibil de masurat cu ADC-ul din uC.
Eventual un monitor de curent specializat cu amplificare mai mica urmat de un amplificator cu castig controlat.
Asa la o prima vedere mi se pare OK.  

Multzam!

[nico_2010]

Sau schimbi uC cu unul care sa aiba ADC pe 12 biti ori, de ce nu, pe 24 biti (din care efectiv nu vei putea sa folosesti  decat18 biti). In ambele cazuri pretul este modic.

In orice caz, trebuie sa ai in vedere faptul ca valori mai de rezistente in primele etaje de amplificare inseamna zgomot mare.

[franzm]

E musai cu sunt? N-ar merge un senzor Hall?

https://studylib.net/doc/18777570/ee-203-product-real-time-current-monitor-with-usb

 

 

[informer]

25 minutes ago, franzm said:

E musai cu sunt? N-ar merge un senzor Hall?

https://studylib.net/doc/18777570/ee-203-product-real-time-current-monitor-with-usb

 

 

Ba bine ca nu, chiar ar fi mult mai elegant...  

Am folosit mai multe feluri de senzori de la Allegro dar aia erau pt. curenti cu mult mai mari... nici nu m-am gandit c-ar exista pt. curenti asa mici...

O sa ma documentez, multzam fain!  

[iop95]

Legat exemplul concret, cred ca ar trebui mers cu valoarea sa astfel incat la curentul maxim sa rezulte o cadere de tensiune care nu influenteaza prea mult sursa, pentru ca la curent minim sa avem o cadere de tensiune cat mai mare, avand in vedere curentii f mici.

Pe de alta parte, avand in vedere ca se face o monitorizare de consum pe o perioada relativ mare (ore/o zi poate)... n-are nicio relevanta viteza de comutare a shunturilor sau/si amplificarii AO... nu cred ca e relevant daca se "pierde" consumul pe cateva ms... sau chiar secunde. Deci se poate face comutarea cu circuite obisnuite/relee, fara a afecta prea mult precizia.

Eu as merge pe o solutie combinata, comutare 2-3 shunt-uri cu 2-3 comutari pe amplificare AO.

 

[Liviu M]

Cum tu esti seful si decizi ce face microcontrollerul cat e treaz, ar trebui sa muti o parte din problema in el.

Daca muti partea de comutare de curent mare in microcontroller si faci microcontrollerul ca la intrarea/iesirea din sleep sa nu consume prea mult (repaus/idle), poate-ti ajunge un interval pentru sleep si idle. Restul nu mai conteaza, ca le mesteresti din microcontroller.

[cirip]

Va salut,

 

Am si eu o propunere. Ideea e aceea de a scapa de comutari, pentru ca astea complica schema si introduc discontinuitati in masuratoare.

Ce parere aveti de un amplificator logaritmic? Pentru gama de curent solicitata (10uA - 200mA) si o rezistenta sunt de 0,5 Ohmi, tensiunea de iesire ar fi cam 280 - 536mV. Eventuale ajustari ale lliniaritatii - pe grafic cu scala logaritmica - se pot face in soft. La fel si compensarea de temperatura, daca e nevoie.

 

Schema e generica si e menita sa sustina un punct de vedere. Se mai pot face ajustari la valori, componente, schema de alimentare si citire a curentului.

 

[Mircea]

Linear sau logaritmic, probabil nu conteaza cata vreme softul face toate calculele. Amplificare sa fie. Daca insa amplificatoarele logaritmice exista sau pot fi implementate cu amplificari si zgomot mai redus, apoi go for it.

 

Important e sa ai o referinta cat mai mica sa-ti permita sa folosesti util ADC-ul. 

 

ADC-ul e musai sa fie extern controllerului si sa fie plasat cat mai adecvat pozitiei shuntului.

 

Sunt convins ca OP are sa faca un cablaj potrivit aplicatiei. Caci la nivelul ala de curenti (si implicit tensiuni pe shunt) cablajul e 99% din munca.

[informer]

Va multumesc la toti pt. contributii... apropo de topicul cu supravietuirea Elforum, cam la genul acesta de interactiuni ma refeream cu adjectivele (mediu) "serios si profesional".

Am cautat un traductor de curent cu efect hall, la sugestia lui @franzm, insa n-am gasit niciunul deocamdata sa lucreze la curenti atat de mici, diferentele sunt de mai multe ordine de marime. Mi-ar placea sa existe.  

Experienta mea in ce priveste amplificatoarele logaritmice avantaje/dezavantaje este fix nula dar am sa citesc despre ele.

Am o oarecare experienta cu circuitele de monitorizare a curentului de la TI insa n-am folosit cu amplificari asa mari, as face ceva teste prealabile sa vad cum se prezinta la iesire.

Intentionez sa folosesc un ADC de 12 biti din astea nou introduse de Microchip la PIC18FxxK42.

Va tin la curent.  

 

   

Editat Mai 18, 2019 de informer

[iop95]

Problema este diferenta dintre semnalul util si zgomot... la valori prea mici ale semnalului util (consum mic cu shunt mic) exista riscul sa nu mai decelezi intre cele doua... decat cu metode care ar costa cu mult peste scopul final.

Din acest motiv, nu se poate merge cu amplificari f mari si cred ca solutia este un shunt comutabil (scurt-circuitat pe portiuni sau adaugare/scoatere segmente in paralel cu cel pentru consum minim) pentru a nu intrerupe alimentarea consumatorului.

[informer]

NU vreau sa par nerecunoscator pt. sfaturile primite nici incapatanat dar as vrea sa incerc pt. inceput abordarea de mai jos.

R3/R4 + R5/R6 + R7 constituie suntul selectabil calculat pt. o cadere maxima de 0.04V in conditiile cele mai defavorabile pe fiecare.

Gamele teoretice ar fi 1A - 1mA, 10mA - 10uA, 100uA - 100nA. In zona de suprapunere va fi implementata histereza pt. comutare.

Suntarea cu MOS-uri am mai facut-o in mai multe exemplare si functioneaza. 

Am montat in plus diodele D1 - D2 care ar trebui sa scada caderea de tensiune pe sunt, in situatia in care creste consumul exact cand se masoara pe o gama inferioara.

Monitoarele pt. curent au curenti de intrare f. mici asa ca n-ar trebui sa influenteze masuratoarea. Deasemenea folosindu-le in locul operationalelor, masoara tensiunea pe fiecare rezistenta a suntului in parte si nu fata de masa, ceea ce reduce influenta intre ele si comoditate in alegerea valorilor. Probabil am sa folosesc varianta INA190A3 cu amplificare 100V/V.

Am montat in plus comparatoarele IC4 - IC5. Rolul astora este sa genereze o intrerupere hardware in cazul in care tensiunea pe iesirea monitoarelor de curent depaseste valoarea corespunzatoare unei caderi maxime pe sunt de 0.04V. Cu alte cuvinte, in cazul defavorabil cand creste brusc consumul exact cand se masoara pe sensibilitate mare, intai apare caderea de tensiune pe dioda urmata la cateva us (cat mai putine) de comanda MOS-ului care sunteaza rezistenta. Sper sa fie suficient de rapid sa n-am problema perturbarii consumatorului.

Mai cuget... daca gasiti ca ceva nu-i OK, ceea ce e foarte posibil, spuneti-mi.

Daca nu, probabil am sa comand un cablaj.

 

 

 

[sesebe]

Pornind de la acest post: 

La 18.05.2019 la 10:55, informer a spus:

Posibil.
Hai sa discutam pe caz concret: propun un interval de masura minim necesar (ca sa-mi fie util) de 10uA la 200mA.
Propun o cadere de tensiune pe sunt, in conditia cea mai nasoala (200mA) de 0.1V... ca-n exemplul anterior, mi se pare rezonabil.
Asta da o rezistenta a suntului de 0.1 / 0.2 de 0.5 ohmi.
Cu aceasta valoare la 10uA am o cadere de tensiune de 0.00001A x 0.5Ohmi = 5uV
Pot gasi un monitor de curent gata facut cu amplificare maxima 1000 (INA212) care sa-mi aduca tensiunea la 5mV/LSB, posibil de masurat cu ADC-ul din uC.
Eventual un monitor de curent specializat cu amplificare mai mica urmat de un amplificator cu castig controlat.
Asa la o prima vedere mi se pare OK.  

Multzam!

sugerez:

shunt de 0.5ohm si doua amplifiatoare pt curentul de masura urmate de doua ADC-uri pe minim 12 biti.

un amplificator va fi "normal" utilizabil pt curenti de la citiva miliamperi in sus preluind sau continuind masuratoarea inceputa de amplificatorul cu chopare ce este utilizat la curentii mici. 

cind acest amplificator se apropie de saturatie (iesirea lui) se folosesc datele achizitionate pe ADC-ul cu amplificatorul "normal".

Separarea datelor se va face in uControlerul ce supravegheaza ADC-urile care trebuie obligatoriu sa fie externe. Cele interne au erori foarte mari pierzindu-se multi LSB-uri.

 

PS: ar mai fi o varianta: o sursa "desteapta" ce sa stabilizeze tensiunea de iesire iar shuntul sa fie de valoare mai mare ca sa asigure rezolutia ceruta dar sa fie intercalat inaintea punctului de feedback al sursei astfel incit feedback-ul sursei sa compenseze caderea de tensiune pe shunt. Asta este valabil doar pt setupul de masura care am inteles ca se doreste a fi realizat.

Editat Mai 23, 2019 de sesebe

[informer]

Multumesc @sesebe

Io-s fan Microchip ca au multe piese si ieftine... da` i-adevarat ca la analogice nu-s chiar cei mai buni de pe piata...  .

Am pus mai jos caracteristicile ADC-ului pe 12 biti din uC-urile mai noi fata de un ADC al lor pe 12biti, "de sine statator"... n-am "picat pe spate" la nicicare.

Poate un coleg a folosit si recomanda un alt ADC (12 - 16 biti) I2C sau SPI care sa nu "sparga bugetu`"....

 

 

 

[sesebe]

Pai ai văzut ca din cei 12 biți cit are DAC-ul îți mai ramin efectiv numai vreo 9 în cazul cel mai defavorabil? 

[informer]

21 minutes ago, sesebe said:

Pai ai văzut ca din cei 12 biți cit are DAC-ul îți mai ramin efectiv numai vreo 9 în cazul cel mai defavorabil? 

Aici trebuie sa te contrazic... o eroare de 3LSB nu inseamna ca din 12 biti iti raman 9biti.

O eroare de 3 LSB inseamna ca valoarea masurata poate diferi cu 3x cantitatea echivalenta pt. LSB fata de valoarea reala

Adica, de ex. daca ADC-ul are 10 biti si tensiunea de referinta este de 4,096V atunci LSB-ul are valoarea de 4096 / 1024 = 4mV

O eroare de 3LSB inseamna 12mV ceea ce-i diferit de ultimii 3 biti, care inseamna 111 adica 7 x 4 = 28mV

Asta sau n-am inteles ce vrei sa spui...