Меню

Датчик постоянного напряжения с гальванической развязкой

Гальванически изолированные датчики тока в схемах на МК

Для гальванической развязки датчиков тока от цепей МК чаще всего используют оптопары (обычные или специализированные) и микросхемы на основе эффекта Холла.

Основные проблемы при развязке датчиков тока через оптопары заключаются в нелинейности передаточной характеристики с входа на выход и в температурном «дрейфе» параметров. Из-за этого оптопары, как правило, применяются в пороговых, а не измерительных, схемах.

Бесконтактное измерение тока через датчики Холла даёт весьма точные и стабильные результаты. Однако стоимость у них выше и схемотехника сложнее, поскольку приходится ставить дополнительные усилители напряжения.

Технологические достижения последнего времени позволяют встраивать силовой проводник (или катушку индуктивности) внутрь интегральной микросхемы с датчиком Холла. Получается компактный узел, обеспечивающий надёжную развязку входной и выходной части, а также имеющий гарантированные и стабильные во времени параметры.

На Рис. 3.72, а…в приведены схемы гальванической развязки через оптопары, а на Рис. 3.73, а…в — через датчики Холла.

Рис. 3.72. Схемы гальванической изоляции датчиков тока при помощи оптопар:

а) детектор тока 0/12 мА на трёхвыводном стабилитроне VD2w оптопаре VU1. Наличие протекающего на входе тока визуально индицируется светодиодом HL1. Порог срабатывания задаётся резистором R1 и рассчитывается по формуле /п(мА1 = 1.24//?,[кОм1;

б) линейный датчиктока на специализированной оптопаре фирмы Clare, Её отличительная особенность заключается в линейности передаточной характеристики. Резистор /?/ставится при необходимости измерения больщих токов. Оптопара VU1 может быть обычной транзисторной, но тогда придётся программно откалибровать параметры тока по точкам для устранения нелинейности, а также подобрать резистор R2, чтобы напряжение на входе АЦП М К было близким к половине питания;

в) пороговый датчик наличия/отсутствия двухполярного тока в испытуемой цепи. При положительном направлении тока открывается оптопара VU1, при отрицательном — VU2, Резистор R1 шунтирует протекающий ток. Его сопротивление должно быть настолько низким, чтобы не превыщались максимально допустимые токи через диоды оптопар VU1, VU2.

Рис. 3.73. Схемы гальванической изоляции датчиков тока на микросхемах с эффектом Холла:

а) между выводами LIN, LOUT внутри датчика тока DA! (фирма LEM) размещается изолированная катущка индуктивности и рядом с ней — магниточувствительный элемент Холла. На выходе V0иТ формирует переменный сигнал, амплитуда которого пропорциональна протекающему через внутреннюю индуктивность току. Сигнал усиливается микросхемой DA2 и детектируется элементами VD1, С3\

б) между выводами IP-, IP+ внутри датчика тока DA1 (фирма Allegro MicroSystems) размещается изолированный силовой проводник и рядом с ним — магниточувствительный элемент Холла. Датчик рассчитан на протекание по проводнику больших токов, вплоть до 50 А;

в) проверка наличия/отсутствия тока, протекающего через катушку L/, при помощи магни- точувствительной микросхемы DA1. Катушка содержит 50 витков провода ПЭВ-1.0. Оптимальное положение датчика Холла /)/4/ относительно катушки L/ определяется экспериментально.

Источник

Датчик постоянного напряжения с гальванической развязкой

Здравствуйте.
Вообщем, сразу к сути проблемы.
Есть некоторое напряжение (от 0 до 5В) которое нужно померять микроконтроллером. Т.е. типа вольтметра, но он должен быть гальванически развязан.
На просторах интернетов нашёл интересную схемку, которая во вложении. В двух словах, там опторазвязка звукового сигнала с помощью ШИМ. В итоге — дешёво и сердито. Можно ли эту схему применить для моей проблемы?

P.S. В схеме использована оптопара К293АП1, на что её можно заменить, желательно в SMD корпусе?

Вложения:
опторазвязка ШИМ.pdf [191.04 KiB]
Скачиваний: 336

_________________
Я в о л ш е б н и к

Вернуться наверх

Друг Кота

Карма: 73
Рейтинг сообщений: 552
Зарегистрирован: Ср дек 24, 2008 09:58:58
Сообщений: 3468
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 3

Читайте также:  Понижение напряжения конденсаторами схема

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Друг Кота

Карма: 92
Рейтинг сообщений: 1351
Зарегистрирован: Чт янв 26, 2012 14:44:34
Сообщений: 3461
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1

_________________
Like the eyes of a cat in the black and blue.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Поставщик валерьянки для Кота

Карма: 16
Рейтинг сообщений: 329
Зарегистрирован: Вт ноя 27, 2007 11:32:06
Сообщений: 2214
Откуда: Tashkent
Рейтинг сообщения: 0

Построение источников бесперебойного питания с двойным преобразованием, широко используемых в современных хранилищах данных, на базе карбид-кремниевых MOSFETs производства Wolfspeed позволяет уменьшить мощность потерь в них до 40%, а также значительно снизить занимаемый ими объем и стоимость комплектующих.

Встал на лапы

Зарегистрирован: Пн фев 17, 2014 21:39:52
Сообщений: 91
Откуда: Saratov
Рейтинг сообщения: 0

_________________
Я в о л ш е б н и к

Компэл объявляет о значительном расширении складского ассортимента продукции Connfly. Универсальные коммутирующие компоненты, соединители и держатели Connfly сочетают соответствие стандарту ISO9001:2008, высокую доступность и простоту использования. На текущий момент на складе Компэл – более 300 востребованных на рынке товарных наименований с гибкой ценовой политикой.

Друг Кота

Карма: 121
Рейтинг сообщений: 2207
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Сообщений: 17450
Откуда: Московская область
Рейтинг сообщения: 0

Встал на лапы

Зарегистрирован: Пн фев 17, 2014 21:39:52
Сообщений: 91
Откуда: Saratov
Рейтинг сообщения: 0

_________________
Я в о л ш е б н и к

Друг Кота

Карма: 121
Рейтинг сообщений: 2207
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Сообщений: 17450
Откуда: Московская область
Рейтинг сообщения: 0

Друг Кота

Карма: 92
Рейтинг сообщений: 1351
Зарегистрирован: Чт янв 26, 2012 14:44:34
Сообщений: 3461
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1

_________________
Like the eyes of a cat in the black and blue.

Сверлит текстолит когтями

Карма: -23
Рейтинг сообщений: 27
Зарегистрирован: Вт мар 18, 2014 13:14:39
Сообщений: 1115
Откуда: южнее Дуная
Рейтинг сообщения: 0

Друг Кота

Карма: 121
Рейтинг сообщений: 2207
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Сообщений: 17450
Откуда: Московская область
Рейтинг сообщения: 0

Сверлит текстолит когтями

Карма: -23
Рейтинг сообщений: 27
Зарегистрирован: Вт мар 18, 2014 13:14:39
Сообщений: 1115
Откуда: южнее Дуная
Рейтинг сообщения: 0

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 7

Источник

Цифровой ампервольтметр с гальванической развязкой каналов измерения

Применение микроконтроллера с многоканальным АЦП упрощает задачу измерения тока и напряжения для последующего вывода на индикатор лабораторного блока питания.Однако, при несомненном достоинстве таких схем – их простоте и дешевизне – есть у них и существенный недостаток – наличие общего «минуса» у каналов АЦП не позволяет проводить независимые измерения тока и напряжения, т.е. подключаться к источникам питания, не имеющим общей точки для измерения этих величин. Предлагаемый ампервольтметр позволит проводить измерения в устройствах любого схемотехнического исполнения, не требуя при этом дополнительной обмотки (источника питания) для своего подключения.

Технические характеристики ампервольтметра:
Напряжение питания, В 15…20
Потребляемый ток при Uпит=15В, не более, мА, 100
Измеряемое напряжение с разрешением в 1мВ, В 0,000…9,999
Измеряемое напряжение с разрешением в 10мВ, В 10,00…99,99
Измеряемый ток с разрешением в 1мА, А 0,000…9,999
Измеряемый ток с разрешением в 10 мА, А 0,00…99,99
Измеряемый ток с разрешением в 100 мА, А 0,0…999,9
Нелинейность измерения, МЗР ±3

Схема ампервольтметра представлена ниже.

Канал измерения напряжения состоит из элементов DA4, DA6, VT2, VT3, тока – DA1, DA5, DA7. Оба канала используют один и тот же принцип измерения – преобразование напряжения в частоту, и для гальванической развязки управляются МК DD1 через оптопары U1…U5. На стабилизаторах DA4, DA5 собраны источники стабильного тока, которым заряжаются интегрирующие конденсаторы C15, C16. После включения ампервольтметра транзисторы VT3, VT4 закрыты, и уровни напряжений на выв. 2 компараторов DA6 и DA7 получаются заведомо выше, чем уровни на выв. 3, поскольку максимальное значение последних ограничено стабилитронами VD2 и VD3. В этом случае оба компаратора шунтируют светодиоды оптопар U3, U5, их транзисторы закрыты, и на входе ICP МК DD1 присутствует высокий логический уровень. Для измерения напряжения МК DD1 на выв. 8 формирует положительный импульс длительностью около 50 мс. Транзистор оптопары U4 закрывается, а транзистор VT3 открывается, разряжая ёмкость C15. Компаратор DA6 перестаёт шунтировать светодиод U3 и на входе ICP DD1 устанавливается низкий логический уровень. По завершению импульса разряда на конденсаторе C15 начинает линейно нарастать напряжение, которое компаратор DA6 сравнивает с измеряемым напряжением на выв.3. Одновременно с этим МК запускает таймер T1 в режиме «захват». Как только напряжение на выв. 2 DA6 станет больше, чем на выв. 3, на выходе DA6 установится низкий уровень, что приведёт к закрытию транзистора оптопары U3 и установлению на выв. ICP DD1 высокого логического уровня. Нарастающий фронт на выв. ICP активирует подпрограмму прерывания по событию «захват». Подпрограмма выводит на индикатор HG1 насчитанное счетчиком Т1 значение в регистре захвата ICR1, которое пропорционально измеряемому напряжению. Элементы R4, R15, VT2 образуют делитель напряжения, который включается микроконтроллером DD1 в том случае, если измеряемое значение превышает 9,999 В.

Измерение тока происходит аналогичным образом, но уже с формирования положительного импульса для транзистора VT4. Вместо делителя напряжения добавлен усилитель постоянного тока на ОУ DA1. Усилитель необходим для работы со стандартными шунтами на 75 мВ, или шунтами, имеющими низкое сопротивление, падение напряжения на которых не превышает 100-200 мВ.

В том случае, если измеряемые значения превышают допустимый диапазон, то на индикатор вместо символа «=» выводится символ «>».

Питание и гальваническую развязку измерительных каналов обеспечивает ШИМ-контроллер DA3, включенный по схеме прямоходового преобразователя. Незначительные токи нагрузки по цепям +15V1, +15V2, -15V2 позволили отказаться от накопительных дросселей и дополнительных диодов во вторичных цепях трансформатора Т1. Частота преобразования составляет 50 кГц.

Перемычками JP1…JP3 выбирается диапазон измеряемого тока. При закороченной перемычке JP1 диапазон составляет 0,000 – 9,999 А; JP2 0,00 – 99,99 А; JP3 0,0 – 999,9 А. Иными словами, перемычки определяют положение децимальной точки в каждом диапазоне при выводе измеренного значения на индикатор.

Чертежи и фотографии печатной платы:

Управляющая программа написана на ассемблере, ниже показана настройка фьюз-битов.

После сборки ампервольтметра следует проверить цепи питания +15V1, +15V2, -15V2, уровень напряжения которых должен быть в диапазоне 14,2…15,5 В. При необходимости напряжение можно подстроить путём подбора стабилитрона VD4, или же, если его уровень меньше 14 В, – добавлением ещё одного диода последовательно с VD5.

При включении ампервольтметра на индикатор в течение примерно 2с выводятся значения корректирующих констант для тока и напряжения. Настройка контрастности индикатора HG1 осуществляется подстройкой резистора R23.

Следующий шаг – регулировка тока заряда интегрирующих конденсаторов C15, C16 и вычисление корректирующих констант обоих каналов. Для этого вывод резистора R9, соединённый с выв. 6 ОУ DA1, временно выпаивается из платы и соединяется со входом «+Uизм». Также соединяются вместе входы «-Uизм» и «-Iизм». От внешнего источника на вход «+Uизм» и «-Uизм» подаётся напряжение в диапазоне 9,700…9,900 В, контролируемое эталонным вольтметром. Подстраивая переменные резисторы R10 и R11, необходимо добиться идентичных показаний между эталонным вольтметром и обоими каналами ампервольметра. Далее вычисляются константы для компенсации времени переключения компараторов DA6, DA7 и оптопар U3, U5. От внешнего источника напряжение через делитель, состоящий из постоянного резистора 3 кОм и переменного (или подстроечного) 100 Ом, подаётся на вход «+Uизм». Переменным резистором устанавливается нулевое значение напряжения. Затем, плавно увеличивая напряжение переменным резистором, необходимо добиться индикации тока или напряжения, отличного от нуля. Из-за разброса параметров элементов значения могут отличаться друг от друга, и поэтому появляются на индикаторе не одновременно. Важно зафиксировать самое первое ненулевое значение для каждого канала. Получившиеся числа и есть константы, которые необходимо перевести в шестнадцатеричную форму и записать в строки 166 и 168 исходного файла AVO_WH.ASM для напряжения и тока соответственно.

После внесённых изменений исходный файл компилируется, после чего МК заново программируется. Теперь, после записи констант, необходимо завершить настройку каналов измерения – снова подать напряжение 9,700…9,900 В на вход «+Uизм» и переменными резисторами R10 и R11 добиться идентичных показаний между эталонным вольтметром и обоими каналами ампервольметра. Настройка канала вольтметра на этом завершена, остаётся отрегулировать усилитель DA1 канала измерения тока. Для этого вывод резистора R9 впаивается обратно в плату, а входы «+Iизм» и «-Iизм» закорачиваются. Подстраивая резистор R7 и контролируя напряжение внешним вольтметром на выводах 3 и 4 компаратора DA7, добиваются значения, максимально близкого к 0 В. После этого остаётся только настроить коэффициент усиления ОУ DA1, который зависит от сопротивления применяемого шунта. Допустим, имеется шунт из 6 параллельно соединённых резисторов по 0,1 Ом. При токе в 5А на нём будет падать около 83,3 мВ. Измеритель тока должен отображать 5,000А, значит устанавливается перемычка JP1. Далее рассчитывается коэффициент усиления: 5А/0,0833В=60,24. Для резистора R5=110 кОм и Ku=60 получаем сумму R2 и R3:R5/(Ku-1)=110/59=1,864 кОм. Поскольку сопротивление шунта из-за погрешности резисторов будет отличаться от расчётного, необходимо предусмотреть запас по регулировке Ku, к примеру, взять R2=1,6 кОм и R3=470 Ом.

Для трансформатора Т1 использован магнитопровод Ш 4х5, подобные трансформаторы используются в компьютерных блоках питания для управления силовыми ключами, а также для дежурного источника питания +5 В.

Однако у трансформатора дежурного источника имеется зазор, от которого необходимо избавиться – центральный стержень одной половинки короче на 0,5 мм. Убрать зазор можно с помощью наждачной бумаги, стачивая боковые стержни вровень с центральным.

Обмотки I и II имеют по 36 витков и наматываются в два провода одновременно, обмотки III, IV, V – по 40 витков, диаметр провода 0,27 мм. Все обмотки пропитываются шеллаком. Для экранирования помех на изготовленный трансформатор наматывается полоска медной фольги – 1 замкнутый виток поверх магнитопровода и каркаса.

Первоначально ампервольтметр работал с индикатором MT-16S2R, который позднее был заменён на WH0802A-NGG-CT. Никаких изменений в программу МК делать при этом не пришлось, ЖКИ заработал сразу, хотя в описании на MT-16S2R говорится, что в 4х битном режиме контроллер КБ1013ВГ6 не совместим с HD44780 и KS0066. Поскольку про несовместимость у MT-08S2A не упоминается вообще, его, скорее всего, можно применить вместо WH0802A.

Инструментальный усилитель DA1 OP27GP можно заменить на OP07, OP37, OPA27, OPA37, КР140УД17А. Конденсаторы С15, С16 должны быть только плёночные, с низким ТКЕ, от их качества зависит точность и стабильность показаний.

Источник

Adblock
detector