Усилитель токового шунта AD8418

Измерение тока нагрузки — задача вполне типовая. Самый простой способ при небольших токах заключается во включении шунта на «нижнюю» сторону, т.е. после нагрузки. Затем сигнал с этого шунта усиливается каким-нибудь ОУ и подается на АЦП контроллера. Минусом такого решения является ошибка измерения выходного напряжения (если это, например, ЛБП), которая равна падению напряжения на шунте. Конечно можно (и нужно) учитывать это ошибку в самом МК, а можно просто поставить шунт на «верхнюю» сторону. AD8418 усиливает сигнал с шунта при любом включении, имеет постоянный коэффициент усиления 20 и требует для питания от 2.7 до 5.5 В. При этом напряжение в цепи шунта может быть до 70 В. Идеально для лабораторных блоков питания.

Сразу о печальном, раздобыть эту замечательную микросхему не так-то просто. В известных мне магазинах ее просто нет. Поэтому пришлось заказать сэмплы. Заодно в список включил цифровые потенциометры на 10 и 100 кОм, но о них в другой раз.
Пришло все вот в такой упаковке





Одна маленькая букашка и есть AD8418. Вторая на макетке.
Переводить даташит, пожалуй, не буду. Скажу лишь, что микросхема предназначена для измерения постоянного и переменного тока. Второй меня пока мало интересует, а вот с первым разберемся поподробней.
AD8418 позволяет получать выходной сигнал либо относительно земли, либо — линии питания. Для выбора режима необходимо подтянуть выводы Ref1 и Ref2 к соответствующей линии. Для оцифровки сигнала с помощью МК разумеется удобнее первый вариант. Собственно так я и сделал:





Питание на сабж берется с моей отладочной платки. А цепь нагрузки, в которую входит резистор 2 Ом (шунт) и переменник 1 кОм, запитана 18-вольтовым источником. Выход усилителя идет на 1 канал АЦП Atmega16.
Для начала я снял несколько значений АЦП при разных токах



Составил таблицу, вычислил делитель… Заодно померил погрешность вычисления тока с моим делителем. От моего китайского мультиметра значения отличались не более, чем на 1%. И то на границах диапазона АЦП. В основной части погрешность не превышала 0.5%.

Зашил делитель в МК







Функция вывода числа округляет до целого, так что на самом деле показания еще точнее.

Вывод: микрушка мне очень понравилась. Планирую ее применить в своем ЛБП, когда-нибудь я его все-таки доделаю. Жаль с доставабельностью все очень печально, в моем городе даже аналогов не найти. Постараюсь не попалить раньше времени)

Небольшой update:
Как уже в комментариях сказал Zlodey, схема действительно состоит из пары деталек. Вот она:



Резистор 150 Ом для ограничения максимального тока. Ну и я надеюсь, мне простят недорисованную мегу)
Из особенностей этого усилителя хочу еще раз отметить питание от 2,7 В. Далеко не все усилители работают при таком напряжении. Кроме того, AD8418 практически не имеет смещения выходного сигнала. Если цепь шунта разомкнута, АЦП уверенно покажет 0. А на максимальный сигнал выдаст честные 1023 кванта.
  • +10
  • 06 ноября 2014, 21:15
  • sva_omsk
  • 1
Файлы в топике: AD8418.zip

Комментарии (33)

RSS свернуть / развернуть
Может, схему нужно добавить?
0
В даташите всё есть. Да и схема там 3 детали.
-1
Схема бы точно не помешала! Да и основные параметры усилителя тоже. Информации по существу практически нет. :(
+2
  • avatar
  • kvm
  • 06 ноября 2014, 21:53
Самый простой способ при небольших токах заключается во включении шунта на «нижнюю» сторону, т.е. после нагрузки. Затем сигнал с этого шунта усиливается каким-нибудь ОУ и подается на АЦП контроллера. Минусом такого решения является ошибка измерения выходного напряжения
А почему, собственно, ошибка напряжения?
0
потому что на шунте напруга проседает
0
Набросал тут картинку небольшую. Дело в том, что измерять сигнал с шунта, расположенного на нижней стороне, вы будете относительно земли. Падение напряжения на нем будет зависеть от протекающего тока (куда же без закона Ома). И измерять выходное напряжение также будете относительно земли. Шунт естесственно остается внутри корпуса, вот и получается, что на нагрузке напряжение будет равно измеренному минус падение на шунте.

0
Земля — понятие условное. Возьмём нижнюю клемму нагрузки в качестве земли. Uизмер перенесём вправо, к клеммам нагрузки. Падение напряжения на шунте исключится из измерения выходного напряжения.
0
Если применяется внешний вольтметр, тогда да. Ошибка будет при измерении связанным с этой цепью устройством.
0
Китайские модули вольтметры как раз и подключаются к выходным клеммам, но это уже самостоятельные устройства. И они вроде как питаются от измеряемого напряжения, т.е меряют от 4,5 В и выше. А если будем задавать напругу с помощью МК, и им же мерять, то будет та самая ошибка.
0
На али продается свободно, но дорого. 40 баксов за 5 штук.
0
А что если поставить ОУ? В чем преимущество этой микросхемы по сравнению с просто ОУ?
0
В том, что это непросто. Из радостей — напряжение смещения и ограничение на синфазное напряжение. В свое время в ЛБП я этого сполна хлебнул, когда надо было ловить сигнал с шунта в плюсовом проводе. Который до 30В. А ОУ — К157УД2. Как-то таки сделал, но потом ОУ спалили. Замененный заклинивает в защите тупо из-за напряжения смещения (у 157УД2 оно сравнимо с полезным сигналом). А еще там стоит делитель из прецизионных резисторов.
Итого — надо или инструментальный ОУ, или городить инструментальник из обычных ОУ, или просто поставить такую микрушку.
0
Все правильно. Если бы мне не удалось достать спец. микруху, пришлось бы делать что-то такое
0
Так и сделано. Только делители должны быть прецизионные, иначе сигнал на выходе будет зависеть не только от падения на шунте, но и от напряжения на нем относительно земли.
0
Может кто посоветовать подобные микросхемы, но которые более распространены и их легче достать?
0
Я пользовался TSC101, TSC103. Еще запомнен TSC888 — Low cost high-side current sense amplifier, но в продаже ЗДЕСЬ — не встречал.
Покупал — здесь www.compel.ru/?s=tsc
0
Ди какой-то MAXIM'овский усилитель шунта рекомендовал. Подробностей не помню, ищи на easyelectronics.ru.
0
Hcpl7840 вроде недорогие
+1
ZXCT1081, например… Стоит в наших краях что-то порядка 1,3 тушки енота…
Имеются и на aliexpress. Еще есть «родственники» вроде ZXCT1080 (там входное до 60В), ZXCT1022 (Ку = 100)…
0
Я в свое время использовал AD8210, достал без проблем, но на мой взгляд дороговато, около 100р за экземпляр.
+1
Есть еще для этой цели датчики индуктивные. Бонусом дают гальваническую развязку. Я CSLW6B5 много где использовал — очень хорошая штука. Его и спалить почти нереально и можно ток хоть у черта на рогах измерить — изоляция киловольты держит.
+1
Я однажды использовал датчики тока на эффекте холла — ACS712. Показания с этих датчиков зависят от любого чиха, даже от магнитного поля Земли)))) Поигрался и выкинул нафиг. Потом купил AD8210, поставил, и забыл о проблеме.
+1
Там — точность, тут — неубиваемость. Один для измерений, второй для схем защиты.
0
Про то, что ACS712 реагируют на внешние магнитные поля написано в даташите, да так и должно быть, так как сделаны они на основе эффекта Холла. Есть также Application note, описывающий как от этого избавиться — использовать магнитный экран. Прекрасно экранируются, имеют встроенный фильтр, выдерживают броски тока, так что зря Вы их забросили. :)
+1
А как подобные штуки относятся к импульсным токам до 20А на индуктивной нагрузке?
Кратковременное включение(примерно на 1 сек. ) сильно нагруженного мотора. При напряжении питания 6-13В.
0
Подобные штуки меряют… даже не так, усиливают падение напряжения шунта. На токи им по большому счету начихать. А вот на напряжение в цепи шунта нет. Но тут диапазон достаточно широкий. Кроме того имеется встроенный EMI фильтр. Так что если импульсы входного напряжения не превышают максимально допустимых значений, думаю все будет нормально. К сожалению проверить не на чем. А вобще, пусковые токи обязательно надо учитывать при разработке силовых и не очень устройств.
0
Я это так пока есть идейки насчёт одного проекта. Там двигатель будет работать в импульсном режиме с максимальной частой включения 1 раз в секунду. при питании 6.6В — 13,2В и запуском под нагрузкой те пусковой ток будет 20А — 25А и по значению тока (повернули конец редуктора на нужный угол и нагрузка поменялась) отключать двигатель.
0
а другой датчик на отключение поставить? что то я сильно сомневаюсь, что в таком варианте у вас получится достигнуть вменяемой точности остановки движка. Хотя все зависит от хотелок.
0
так мне и не надо вменяемой точности. мне надо пройти пиковую нагрузку и сразу отключить.
там движок работает на компрессор. Взвели пружину, потом она погнала поршень а движок в этот момент останавливается замыканием обмоток.
Пока такие идеи.
Конечно поставить магнит в последнюю шестерню редуктора и датчик холла было бы надёжнее, но скорее всего он туда не влезет. Да и с магнитом вопрос как его там закрепить при ударных нагрузках в редукторе и как потом заменить если надо будет сменить шестерню. А шестерни силуминовые.
В общем пока это из области идей.
0
Присмотритесь тогда к INA200. Там есть встроенный компаратор, который можно настроить. И контролировать его выход.
0
спасибо.
0
А почему бы не использовать ZXCT1109 для таких целей? Он раза в 4 дешевле…
0
Для «таких» целей можно использовать много чего и AD8418 явно избыточна в БП, но что есть то есть. Вобще у нее другое назначение.
А как, например, вы будете измерять с помощью ZXCT1109 ток при напряжениях меньше 2,5 В? Или в иных решениях ток при входных синфазных напряжениях больше 36 В? Или переменный ток? Не зря он стоит в 4 раза дешевле! Конечно, найдутся и для него применения, но AD'шке он проигрывает по все параметрам, кроме цены.
P.S. Если бы у ZXCT1109 было независимое питание и вход Ref, это был бы идеальный вариант для БП. И такие есть…
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.