Messtechnisches Problem (Operationsverstärker)

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Messtechnisches Problem (Operationsverstärker)
Suche nach: operationsverstärker (689)

    







BID = 505683

florianr

Gerade angekommen
Beiträge: 7
Wohnort: darmstadt
 

  


Hallo zusammen,


ich möchte bei eine verhandene 48 V Solar/Windkraft Anlage die 4 Batteriespannungen, sowie Wind- und Solarlade bzw. Entladestrom überwachen. Zur verwendung kommt dabei eine 6 Kanal Meilhaus Messbox mit einer Auflösung von 10 bit bei einer Kanaleingangsspannung von 10 V.
Die Kanäle beziehen sich dabei auf eine gemeinsame Bezugsmasse die ich auf die Masse der 48 V Batterie legen würde, da mir das am sinnvollsten erscheint.
Hier eine grobe Skizze der Schaltung wie ich sie mir vorstelle hängt an.


Strommessung:
Die Strommessung erfolgt über Shunts und als Differenzverstärker konfigurierte OP-Amps. Die Versorgung sämtlicher OP-Amps erfolgt über eine seperate 12 Volt Spannungsquelle. Da ich positiven und negativen Strom auf den positiven Spannungsbereich von 0-10 V abbilden will benutze ich eine virtuelle Masse (richtiger Ausdruck ?) von der halben Versorgungsspannung also 6V. Hab die Strommessung in PSpice simuliert sollte funktionieren, ich weiß allerdings nicht ob es die beste möglichkeit ist.
Hab jewils noch einen Filter vorgesehen, da die Ladegeräte (Wind/Solar) schaltend arbeiten und die Meilhausbox eine maximale Abtastrate von irgendwas um die 200 Hz hat.



Spannungsmessung:
Hier weiss ich nicht was die beste Möglichkeit ist. Auf jeden Fall muss auch gefiltert werden. Dann könnten alle vier Spannungen über einen Spannungsteiler auf einen Kanal der Meilhausbox legen und dann per Software die differenz zwischen den gemessenen Kanälen bilden um die Batterie spannungen zu messen. Das Problem hierbei ist, das die Messgenauigkeit dabei mit zunehmenden "Abstand " zum Massepunkt immer schlechter wird (beim letzten kanal würden 48V + Ladeüberspannung auf die 10 Bit abgebildet werden).

Zweite Möglichkeit wäre die Spannungen der einzelnen 12 Volt Batterien analog über Differenzbildung per OP-Amps zu bestimmen und die Differenz auf die AD-Eingänge zu führen. Ich Verspreche mir davon eine höhere Messgenauigkeit. Das Problem hier ist jedoch die sehr hohe Gleichtaktspannung von ca. 60 Volt (14,4 V Ladespannung * 4), die zumindest bei einem OP-Amp auftritt. Ich hab keinen OP-Amp. gefunden der das so aushält. Gibt es da irgendwelche Tricks ?

Man könnte die Bezugsmasse ja auch in die Mitte des Batteriestrangs legen. Ich weiss aber nicht ob mich das weiterbringt, da ich dann bei der Strommessung die genannten Probleme habe.


Habt ihr Ideen und Anregungen für mich ? Ist das was ich geschrieben habe überhaupt verständlich ? Wenn nicht kann ich versuchen noch näher zu erläutern auf was ich hinauswill.




BID = 505686

florianr

Gerade angekommen
Beiträge: 7
Wohnort: darmstadt

 

  

Fehler im Schaltplan VCC/2 muss unter R4.

BID = 505731

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Da ich positiven und negativen Strom auf den positiven Spannungsbereich von 0-10 V abbilden
So wie gezeichnet, kannst du aber nur den Strom, den der Solarregler aufnimmt und den Strom den das Solarpanel abgibt, messen. Daher wäre es zweckmäßig die Last entweder parallel zum Solarregler zu schalten, oder ihr einen eigenen Shunt zu geben.

Du brauchst auch nicht unbedingt eine negative Versorgung: Das negative Stromsignal vom Panel verstärkst du mit einem invertierenden Verstärker, die positiven Stromsignale von Last und Solarregler, bringst du mit einem nicht invertierenden Verstärker auf das gewünschte Potential.

Der LM324 ist hier aber keine gute Wahl. Das ist zwar ungefähr das Billigste, was du bekommen kannst, aber für etwas mehr Geld gibt es Opamps mit Offsetspannungen im µV-Bereich.


Die Spannungsmessungen kannst du mit Differenzverstärkern machen, aber dazu darfst du die normalerweise sehr gute Gleichtaktunterdrückung der Opamps nicht verschlechtern.
Dafür brauchst du vor allem sehr genau übereinstimmende Widerstandsgruppen.
Dazu kannst du dir eine Handvoll (z.B 200 Stück) 1%ige 12k Widerstände kaufen und suchst mit dem Ohmmeter die am besten übereinstimmenden heraus. Trimmpotis sind mit Vorsicht zu geniessen, weil ihr Temperaturkoeffizient oft nicht mit dem der Festwiderstände übereinstimmt.

Es empfiehlt sich auch anstelle der mehr als einen Opamp pro Differenzverstärker zu verwenden. Die von dir gepostete Schaltung (bei der Strommessung) für den Differenzverstärker ist zwar minimal, aber es hat Vorteile bis zu drei Opamps zu einem Instrumentenverstärker zusammenzuschalten.
Am besten liest du mal ein bischen in diesem http://www.analog.com/analog_root/s......html Applikationsbericht. Vielleicht überlegst du es dir dann sogar ein paar Eur für einen fertigen Verstärker auszugeben.

Da die Batteriespannungen temperaturabhängig sind, solltest du auch noch eine Temperaturmessung einbauen.


_________________
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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



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Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !

BID = 506266

florianr

Gerade angekommen
Beiträge: 7
Wohnort: darmstadt

Ersteinmal vielen Dank für die ausführliche Antwort !

Meine Antwort hat leider etwas länger gedauert, da ich sehr beschäftigt war.

Was die Laststrommessung angeht hast du volkommen recht. Die Last hängt parallel zum Solarladeregler. Mir reicht die Messung von der Überlagerung des Last- und Ladestroms aus.




Zitat :
Du brauchst auch nicht unbedingt eine negative Versorgung: Das negative Stromsignal vom Panel verstärkst du mit einem invertierenden Verstärker, die positiven Stromsignale von Last und Solarregler, bringst du mit einem nicht invertierenden Verstärker auf das gewünschte Potential.

Das geht leider nicht, da die Panels an einem MPP Tracker hängen, sprich der Strom jeweils dem optimalen Arbeitspunkt nachgeführt wird.
Ich habe auch nicht vor eine negative Versorgung zu verwenden, sondern ich verschiebe mit IC1C das Bezugspotential auf die Hälfte der Versorgungsspannung, so dass am Ausgang des OP bei maximalem negativen Strom gerade 0V anliegen.





Zitat :
Der LM324 ist hier aber keine gute Wahl. Das ist zwar ungefähr das Billigste, was du bekommen kannst, aber für etwas mehr Geld gibt es Opamps mit Offsetspannungen im µV-Bereich.

Ich habe auch schon daran gedacht einen Instrumentenverstärker wie den INA116 zu verwenden (Der Preis ist ja schon happig, also vielleicht doch selber machen aus 3 OPs ?). Bei der Strommessung die ich vorgesehen habe ist die Gleichtaktspannung ja relativ gering. Ich weiss daher nicht wie sehr ich mit denen wirklich besser liege.



Das was mir am meisten Kopfzerbrechen macht ist die Spannungsmessung mit Differenzverstärkern. Auf jedenfall muss man ja hier wegen der hohen Gleichtaktspannung mit größeren Fehlern rechnen, oder ?
Ich dachte auch, dass es einfach keine OP-Amps gibt, die eine Gleichtaktspannung von 60V vertragen. Dachte nur spezielle Over-the Top OP-AMPS können das und da hab ich nur was für Gleichtaktspannungen von bis zu 44V über VEE gefunden (LT1636). Liege ich da falsch ?
Ich weiss immernoch nicht genau was hinter Gleichtaktspannung und Gleichtaktspannungsunterdrückung eigentlich steht (Erwarte auch nicht, dass es mir hier einer erklärt, halte aber auch keinen von ab ). Ich werde mir mal deine Literaturempfehlung zu gemüte führen.


Eine Temperaturmessung ist auch angedacht.

BID = 506268

florianr

Gerade angekommen
Beiträge: 7
Wohnort: darmstadt

Hab gerade den AD629 entdeckt, der kann bis +-270 Volt Gleichtaktspannung.

Bei vielen OP-Amps fehlt die Angabe der max. Gleichtaktspannung. Gibt es da irgendwelche Faustregeln ?


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