Mätning av spänning med "virtuell" jord

[DupeS]

Hejsan

Jag tänkte mig med hjälp av en AVR mäta cellerna på ett Li-Pol acc med 3 celler
då avr endast har en upplösning på 10bit så behöver jag trixa lite för att få maximal upplösning.

jag tänkte mig någon form av OP förstärkare som då endast utan "förstärkning" presenterar just den
cellens volt på utbenet den har sina ingångar på, på så sätt får 0-5v att mäta på vid varje cell

Men eftersom jag upptäckt efter lite testande att jag inte alls förstår OP-förstärkare
så undrar jag lite hur man skulle kunna göra detta med OP, eller är det så att
det finns en smidigare lösning.
Kommer man få någon nogrannhet med liknande metod?



Hoppas att någon förstår min bild,
den ska föreställa överst cellerna i batteriet nedan operationsförstärkarna

edit* inte 1024bit såklart 10bitar

/Mikael

[sodjan]

Notera att detta postades lite tidigare idag:
http://elektronikforumet.com/forum/view ... 14&t=29641

[Nerre]

De paket jag sett har (såvitt jag kunde tolka schemat) analoga switchar för att välja vilken cell de mäter över (de switchar kan dessutom koppla in en resistans parallellt med cellen för balansering).

Då behöver du bara en differentiell förstärkare.

[DupeS]

Så vilken av op-grundkopplingarna skulle vara passande för detta ändamål?
är det rätt väg att gå eller finns det någon annan lösning ?

jag ser att använda bara tre differentiella förstärkare eller att
använda endast en och en analog switch eller liknande spelar mig ingen roll
snarare att jag måste använda ytterligare en till krets.

[Nerre]

Ska du bara ha tre celler funkar det kanske att köra med tre förstärkare, de paket jag tittat på har haft 10-20 celler.

[jesse]

Den funktion du söker finns inbyggd i vissa AVR, t.ex. ATtiny26 och ATtiny261 - de har en inbyggd OP-förstärkare som jämför två ingångar med varandra och kan alltså få ut 10 bitar per cell. Vilka ingångar som jämförs kan väljas med en inbyggd multiplexer, har man celler i serie kan man mäta upp till 4 celler på det viset. Läs i databladet för respektive krets stycket om ADC så ser du. 26;an och 261:an har lite olika lösningar, bla. olika grad av förstärkning (tillval) och olika interna referensspänningar.

[DupeS]

de paket jag tittat på har haft 10-20 celler

Jo jag ska bara mäta på 3-celler, kan förstå att man vill ha analog-switch om man ska mäta på 20 celler

Tack Jesse, låter intressant ska kolla närmare på dessa.

[$tiff]

Du behöver grundkopplingen instrumetförstärkare, eventuellt differensförstärkare. Problemet är att några av mätningarna går utanför operationsförstärkarnas spänningsmatningsområde (med rail-rail-spänning inkluderad).

Instrumentförstärkare består av 3 st OP, men finns naturligtvis som integrerade kretsar.
En AVR klarar normalt inte av inspänning på några av I/O-pinnarna som ligger utanför chipets matningsspänning, annars kunde man använt sig av differentialförstärkaren som finns i många chip med integrerad AD.

[xxargs]

Instrumentförstärkare bygger man inte själv utan köper färdiga sådana - det är inte OP-amparna som är problemet om man vill bygga själv - det är inga jättemärkvärdiga sådana, utan motstånden i bryggan som kopplar ihop dessa då dess precision bör vara från 0.05 - 0.01% och helst ännu bättre gentemot varandra om man skall ha anständig common mode - vilket krävs om man skall mäta i mV-nivå på cell 2 och cell 3 mot +-sidan oberoende av Cell 1:s spänning för tillfället, och cell 3:s mätning inte påverkas av både Cell1 och Cell2:s laddstatus...

Köpta intrumentalförstärkare har motstånden individuellt lasertrimmade samt alla 3 OP-amparna sitter på samma chip vilket gör att de följs åt i avseende temperaturer, läckströmförbrukning på ingångarna etc. sådana saker som också är viktiga för bra commonmode över stor temperaturintervall.

---

Alternativ är att man med rätt spänningsdelare för rätt område till OP-amp och tillräckligt högt upplöst A/D-omvandlare mäter dom 3 spänningarna med jord som referens och sedan matematiskt plockar fram delspänningarna.

Du får räkna på ur stor upplösning du behöver men du måste kunna mäta på spänningen för samtliga celler med minst 2 'säkra' decimaler på mätvärdena - dvs 4.21xx Volt och inte 'bara' 4.2xx Volt på varje cell. Det hela måste givetvis vara temperaturstabil också då 0.1 Volt felmätning kan förstöra och göra ditt batteri brandfarlig!.

En sista sak - mätsystemet får inte dra läckström från batteriet när den inte mäter eller när mätsystemet är spänningslös. Alternativ _garanterat_ helt urkopplad mha. reläer (FET-trissor?) som är öppna/brutna i vila - vi pratar om många MOhm i mätimpedans om det är kontinuerligt inkopplat så att batteriet inte riskerar att överurladda sig även om den ställs in urladdad och kanske inte används på flera år därefter...

Observera att du inte kan förlita dig på ev. multiplexer-krets eller multiplexer i CPU:n eller OP-ampar håller tätt då dessa leder ström via sina skyddsdioder till +-sidan när mätsystemet är spänningslös - samt att mät-inspänningen får inte vara högre än multiplexerns spänningsmatning heller. Det kan innebära att du måste sätta några FET-trissor/relä som 'brytare' innan spänningsdelare etc. på varje ingång från batteriet utöver jord. Din utrustning _måste_ klara av ett oväntat strömavbrott/urryckt sladd på några dygn utan att batteriladdstatusen hamnar på farlig gräns vare sig upp eller ned spänningsmässigt och vägra att ladda när det är utanför ramarna om strömmen kommer på igen.


När man mäter så här på varje förbinding mellan cellerna så sätts ev. säkerhetskrets ur spel om inte varje cell har egen säkerhetskrets.

[DupeS]

Många visa ord, tackar för dom.

Jag ska inte ha dessa inkopplade under lång tid utan tanken var att kunna ha denna inkopplad endast när jag använder dom till olika ändamål
och då få en varning när cellspänningen på någon av cellerna kommer när 3v vilket li-pol celler inte bör sjunka under, upplösningen jag tänkt mig är 0.01v

Hittade 73-381-22 INA126UA instrumentförstärkare SO8
men den har endast 2 op inbyggd vad det ser ut som i databladen, den var inte så dyr, kanske bara är skräp?

[Mindmapper]

Det är inte skräp, det klart att det finns bättre för mera pengar, men duger nog bra för din tillämpning.

I ditt fall vore det bättre att använda en instrumentförstärkare som klarar en osymmetrisk matningsspänning. INA126 skall ha symmetrisk´+/- 1,35V till +/- 18V matning. För din del vore det enklare med en som klarar sig på endast + matning. Men har du redan en symmetrisk matning så är det inget som hindrar att du väljer den.

Här finns en hel del läsvärt;
http://www.analog.com/static/imported-f ... In_Amp.pdf

[DupeS]

Symetrisk eller osymetrisk vet jag inte så mycket om när det gäller spänning, men kollar man i databladet för denna krets finns det exempel där dom matar kretsen med bara +5v det var därför jag ägnade lite tid till den..
Kallas det för osymetrisk spänning?

[Nerre]

Symmetrisk = lika på varje sida (om jord i det här fallet).

Alltså t.ex. 112 V, 0 V (jord) och +12 V.

Enkel matning, ex. 0V (jord) och + 12 V.


Fråga är var man kallar en matning med t.ex. -5 V, 0 V och +12 V?

[DupeS]

Följer man den logiken skulle jag vilja kalla "-5 V, 0 V och +12 V" osymetrisk gentemot "-12 V, 0 V och +12 V" som då är symetrisk..
eller?

[Mindmapper]

Finnessen med symmetrisk matning är att utan insignal hamnar utsignalen på 0V. Mittpunkten av matningen alltså. Detta blir det bara då +/- är lika stora.

Edit. Tittade i databladet och det stod förklarat rätt bra på sidan 8. Se till att inte objektet flyter bara.