Skapa justerbar spänningsreferens till komparator

[Magnus_K]

Hej!

Sitter och knåpar lite på schema till mitt labbagg och nu vill jag försöka lösa ett problem som jag funderat på ett tag.
Istället för att ha en strömbegränsare så tänkte jag göra en mjukvarusäkring (eller vad man kan kalla det). Genom att vrida på en pot så ställer jag in max tillåten ström på matningen, när denna är uppnådd kommer matningen brytas tills jag resettat via knapptryck.

Matningen tänkte jag bryta med en MOSFET som får signal från en µC, via en drivare. Nu är problemet hur jag ska lösa den så kallade justerbara mjukvarusäkringen.

I ritningen nedan så har jag försökt knåpa på ett schema där jag matar spänningsfallet över ett shuntmotstånd in i en op-amp. Potentialskillnaden förstärks och inverteras (vet inte riktigt om inverteringen behövs, nej jag täntke nog fel) och matas sedan in i en komparator.
Komparatorn kommer antagligen vara en inbyggd i µC:n så schemat är lite kryptiskt på den punkten.

För att få en justerbar referens till komparatorn så tänkte jag på att använda en pot.

Jag vet inte riktigt om jag är ute och seglar här. Är jag inne helt på fel bana?
I mina ägor har jag några olika IC:n för just strömmätning men då jag ska försöka använda detta som säkring så tänkte jag försöka med enklare/snabbare kretsar först.

Justerbar_current_shunt.jpg

[kirlu2]

Nja än så länge är det delvis rätt.
Du behöver ha lite motstånd runt operationsförstärkaren för att det ska fungera.
Motståndens uppgift är att begränsa förstärkningen, utan dem skulle du få 5 volt ut om spänningen mellan + & - var det minsta positiv.

Utöver detta så har komparatorn en + och en -ingång.
Om matningspänningen kommer att variera måste även en zenerdiod och ett motstånd läggas till vid potentiometern.

Se den här, lite lång men mycket lärorik:

Själv hade jag nog gjort såhär. R1 och R2 kan justeras efter behov.
Jag garanterar ABSOLUT INTE att den här fungerar, den är bara snabbt ihopritad.

[Magnus_K]

Jäkla hyggligt att du tog dig tid att skissa lite också!

Jag ska kolla klart på Dave-filmen ikväll men jag tänkte nog lite snett när det gäller gainen. Jag fick för mig att man kunde köpa op-amps med en väldigt låg gain, därav skulle man inte någon feedback utan bara köra "open loop".

Om jag förstår dig rätt så justerar man alltså R1 och R2 för att få rätt förstärkning och du har här använt en bipolär trissa som drivare till MOSFET-gaten.
I mitt fall blir det nog en inbyggd komparator i mikrokontroller som i sin tur ger signal till en drivare men sista ordet är inte sagt, din idé kan det mycket väl sluta med!

Det jag är fundersam över är zenerdioden och seriemotståndet till potten. Dessa hade du lagt till pga möjligt varierande spänning. Hur fungera detta? Kan man säga att zenern agerar som en "utjämnare" till komparatorn? Hmm, nej, får inte ihop det.

[kirlu2]

zenerdioden är där för att alltid få samma spänning över pot:en. Motståndet är där för att zenerdioden inte ska släppa lös "the magic smoke".
Om man bara kopplar pot:en direkt till v+ så varierar referensspänningen till komparatorn, vilket leder till att strömmen genom lasten blir olika beroende på vilken spänning v+ har.

[Icecap]

Då det ändå ska genom en µC anser jag att det är dumt att börja med komparator och skit. En spänning som är uttryck för strömmen som går och sedan låta mjukvaran ta hand om AD-omvandling och att klippa om ett ställd nivå är nådd.

[sodjan]

Det diskuterades i en annan tråd och en av ideerna var att
en komparator/interrupt lösning blir betydligt snabbare än
en AD konvertering och jämförelse mot en nivå i koden.

[kirlu2]

Om man använder exempelvis en tlc272 så har man redan två opamp i ic:n, så varför inte använda båda när man annars får en över.
Sen är det ju bara att använda PWM med ett filter som referens.

[Icecap]

I strömbegränsarsammanhang ser jag det som likgiltigt om signalen ska vändas genom en µC på ena eller andra sättet, om något som är tillkopplat får katastroffel kommer strömbegränsningen ändå att reagerar för långsamt i vilket läge man än använder.

Man kan såklart bygga en blandad lösning som är att det finns hårdvara som fungerar som analog strömbegränsning men som µC kan läsa av. Då känns det också mer vettigt att µC kan skicka ut en Vref via en DA-omvandlare som styr begränsningen.

Fördelen med att ha den lösningen är att man kan styra en del saker, det går t.ex. att tillåta överström ett tag (motor som varvar upp, konding som laddas), man kan styra strömmen över tid (tänk ackumulatorladdning) osv.

[sodjan]

Ja ja visst visst...
Men poängen är att de stegen i utvecklingen
redan har passerats i en annan tråd...

[kirlu2]

frågan är om man som nybörjare bör börja med analogt eller digitalt.
Enligt mig är analogt lämpligt att börja med.

underbart citat:
http://www.theamphour.com/wp-content/up ... gital1.jpg

[Magnus_K]

@kirlu2: Nu ska vi se om jag hänger med bättre. Med referens till ditt andra schema så ligger alltså 1K-resistorn där för att inte elda upp zenern. Detta är alltså av samma anledning man lägger en resistor i serie med en LED.
Om man väljer en zenerdiod med en zenerspänning på 3,0V så innebär det att den släpper igenom spänning över 3,0V, med andra ord skapar variablet spänningsfall (?).
Då potten nu ligger parallellt med zenern så kan man justera utgången på potten mellan de två potentialerna, dvs 0 och 3V.

I mitt huvud lät det som en fruktansvärt simpel och bra spänningsreferens! Sen kanske jag har fattat det mesta fel...

@Icecap: Det må vara en dum idé men jag vill försöka med det här först. Som sodjan förstått så tar det mesta inom min elektroniska värld väldigt lång tid att utföra så japp, jag sitter fortfarande och knåpar men samma "problem" som diskuterades i denna tråd.
De sätt jag avser att prova är just det som nämns i tråden. Ett andra alternativ är att lösa det med intern komparator/interrupt men vill testa detta först.
Om jag tillåts göra en kvalificerad gissning så kommer det sluta med något i stil med vad kirlu2 föreslått och som sodjan tidigare påpekat att det kanske är värt att hålla själva funktionen utanför µC:n men att signalen även används i controllern för vidare bearbetning, som tex visning på en display.
Självklart hade den bästa lösningen varit en "riktig" strömbegränsning istället för en strömbrytare men då kommer jag aldrig bli klar. Jag tycker det verkar vara komplicerat.

EDIT: Skulle man kunna använda en PTC-resistor för att förhindra dom eventuella spikarna när eventuella kondingar ska laddas upp?

[kirlu2]

Jag tror att NTC-motstånd kanske kan användas till det, men jag tror att det finns bättre varianter.
Kom bara ihåg att det är sannolikt att min krets inte fungerar utan börjar oscillera/brinna/bara inte fungera.
För att få det att fungera så behövs nog en del "trial and error" eller LTspice.

Zenerdioden fungerar ungefär som du beskriver det, om spänningen är högre än märkningen så släpper den igenom ström.
Motståndets funktion är att begränsa denna ström.
Potentiometerns funktion är att skapa en spänning mellan zenerns märkspänning och 0v.
Denna spänningsreferens har fungerat bra för mig men det finns speciella spänningsreferenser att köpa.

Fortsätt att fråga! -jag hjälper gärna till

[superx]

Ska aggregatet alltid ge 5V ut?

Tror inte den föreslagna kopplingen funkar. Eftersom op-ampen matas med samma spänning som spänningen som kopplas till +-ingången så blir det problem redan där. Utgången hamnar på 5v (om man antar exakt rail-to-rail) när ingen ström flyter till lasten. Ökar strömmen skulle utgången behöva gå över 5v, vilket den naturligtvis inte kan.

Om op-ampen matas med högre spänning funkar den biten kanske, men då blir komparatorn poänglös eftersom den aldrig går högre än 5v.

EDIT: Obs. Jag har inte heller räknat eller simulerat, så jag kanske har helt fel.

Det finns även färdiga kretsar för strömmätningen. T.ex. denna: http://linear.com/product/LTC6101

Zetex och TI gör motsvarande komponenter också. De är smidiga eftersom spänningen man får ut är refererad till jord, och inte till någon sida av shunt-motståndet.

[Magnus_K]

@kirlu2: Jättebra! Tack för hjälpen. Var inte orolig, ska inte elda upp något. Eller ja, gör jag det så har jag säkert lärt mig något på vägen.

@superx: Hmm.. Nu ska vi se... Ja denna kanalen ska alltid vara 5V ut. Pga att jag nyttjar ett data-nätagg i grunden så tänkte jag använda dom andra spänningsmatningarna till andra kanaler.
Tanken var att göra ett sånt här steg till varje kanal.

Jag tror inte jag förstår riktigt. Den enda gången det inte flyter någon ström till lasten är väl när MOSFET:en öppnat, dvs brutit kretsen. I detta läge borde båda två ingångar och båda matningarna till op-ampen vara 0V.

Det här blev klurigt. Vad händer om jag slår på matningen och inte har någon last? Då kanske det blir som du säger.
Nej, jag får kolla mer på det här imorrn med friska ögon.

[superx]

Det var fallet med spänning men utan last som jag syftade på.