Jak odczytać wysokie napięcia na mikrokontrolerze?

17

Chcę odczytać wysokie napięcia, takie jak ~ 50 V, za pomocą mikrokontrolera. Planuję umieścić to jako wejście do linii A / D mikrokontrolera. Ale oczywiście nie powinieneś mieć tak wysokiego napięcia na wejściu mikrokontrolera, bo inaczej się usmaży.

Jak mogę odczytać wysokie napięcie? Najważniejsze jest to, że muszę obniżyć napięcie przed odczytaniem. Co muszę wziąć pod uwagę, obniżając to napięcie?

Z góry dziękuję!

Edycja: Zauważyłem w arkuszu danych PIC18, że mówi „Maksymalna zalecana impedancja dla źródeł analogowych wynosi 2,5 kOhm”. Jak to wpływa na obniżenie napięcia, czy to za pomocą dzielników rezystancyjnych itp.?

Jacek
źródło
1
Masz na myśli z mikrokontrolerem? Uwaga impedancji dotycząca źródeł analogowych prawdopodobnie oznacza, że ​​jeśli źródła są wyższe niż 2,5 K, wejście na PIC zacznie je ładować. Zwykle chcesz, aby impedancja źródła była co najmniej dziesięć razy mniejsza niż impedancja obciążenia, aby nie była zakłócana przez impedancję obciążenia. Może to być ogólny sposób stwierdzenia, że ​​wejście zapewnia impedancję 25 K. Zrobilibyśmy więc dzielnik napięcia o wysokości około 2K. Oznacza to, że przepłynie 25 mA. Jeśli jest to nie do przyjęcia, możesz użyć znacznie bardziej opornego dzielnika i bufora o wysokiej wartości Z.
Kaz.
1
Łącząc poniższe odpowiedzi, użyłem dzielnika rezystorowego, aby obniżyć napięcie i przełożyć moc wyjściową tego dzielnika przez wzmacniacz mocy. Ten wzmacniacz operacyjny działa następnie jako bufor o niskiej impedancji wyjściowej. W ten sposób mogę użyć rezystorów o wysokiej wartości, aby ograniczyć straty mocy w tych rezystorach.
Jack

Odpowiedzi:

24

Prosty rezystorowy dzielnik napięcia osiągnie to, co chcesz.

Voltage Divider

Wzór na obliczenie napięcia wyjściowego jest następujący:

Formula

Jeśli więc założymy, że Twoje napięcie wejściowe mieści się w zakresie od 0-50 V, musimy podzielić go przez 10, aby osiągnąć 0-5 V. Jeśli założymy również, że chcemy obciążyć napięcie wejściowe 100 kΩ, wówczas obliczenia wyglądałyby następująco:

Vout / Vin = R2 / 100kΩ

0,1 = R2 / 100kΩ -> R2 = 10kΩ

R1 = 100kΩ - R2 = 90kΩ

Zatem R1 = 90kΩ i R2 = 10kΩ

W przypadku przetwornika ADC wymagającego maksymalnej impedancji źródła należy upewnić się, że impedancja dzielnika napięcia jest poniżej tego poziomu. Impedancję na dzielniku można obliczyć jako R1 || R2.

Dla <2,5kΩ powyższe nie spełni tego wymogu, ponieważ 10kΩ || 90kΩ = 9kΩ
Jeśli jednak użyjemy 9kΩ i 1kΩ, otrzymamy 1 / (1/1000 + 1/9000) = 900Ω

Pamiętaj, że im niższy opór, tym wyższy wymagany rezystor znamionowy. 50V / 1k = 50 mA -> 50mA * 45V = 2.25W poprzek górnego rezystora (0,25W u dołu),
w tym przypadku jest to najlepiej stosować bufor OpAmp pomiędzy wysokim dzielnika rezystancyjnego a ADC. Lub użyj dzielnika 2kΩ i 18kΩ, który nie jest tak energochłonny jak wersja 1k / 9k.

Oli Glaser
źródło
3
2,25 W to duża moc do zmarnowania podczas pomiaru napięcia.
Nick Johnson,
Tak, zgadzam się - w większości przypadków używałbyś bufora wspomnianego (i opracowanego przez Stevena).
Oli Glaser
50 V / 1 tys. W jaki sposób? Czy te oporniki nie są połączone szeregowo?
Adithya,
To samo pytanie tutaj ... jak 50v / 1k? Dalej, skąd pochodzi ten 45v?
Prasan Dutt
@OliGlaser nie ma słowa o kondensatorze? Wejście ADC, jeśli jest napędzane wysoką rezystancją, może zniekształcać sygnał. Właściwie to robi. Zatem minimum wymaga użycia małego kondensatora równolegle z dolnym opornikiem.
Gregory Kornblum
19

Aby dodać do odpowiedzi Oli:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Dioda Schottky'ego chroni wejście opampa przed przepięciem w przypadku, gdy napięcie wejściowe przekroczy maksymalne określone 50 V. Jest to lepsze rozwiązanie niż zener 5 V, który często umieszcza się równolegle z rezystorem 3 kΩ. Napięcie zenera 5 V wymaga kilku mA, jeśli prąd jest znacznie niższy, napięcie Zenera również będzie niższe, a dioda może zacisnąć wejście na przykład na 4 V lub nawet niżej.

Rezystor 27 kΩ pozwoli na 2 mA, czy to nie wystarczy dla zenera? Mogę, ale nie to dostanie Zener; większość z tych 2 mA przejdzie przez rezystor 3 kΩ, pozostawiając tylko dziesiątki do setek µA dla zenera, co jest po prostu za mało.

Wybierz diodę Schottky'ego o niskim odwrotnym prądzie upływu, aby napięcie zasilania 5 V nie miało zbyt dużego wpływu na dzielnik.

stevenvh
źródło
Wybacz tutaj moją naiwność, ale dioda Schottky'ego chroniąca opamp przed przepięciem na szynie 50V, czy ten warunek w związku z tym podniesie szynę 5V? Myślisz o zrobieniu tego, ale
martwisz się
Nie, jeśli prąd jest mały. Oczywiście, jeśli podłączysz źródło o niskiej impedancji, napięcie wzrośnie. Ale rezystor 27k zapewnia mały prąd.
Martin
6

Do pomiaru izolowanego można użyć przetwornika napięcia, np. LEM LV-25 lub podobny.

Ale o wiele łatwiejszym sposobem, jeśli nie potrzebujesz izolacji, jest po prostu zastosowanie dzielnika napięcia :

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jim Paris
źródło
6

Aby zwalczyć problem z impedancją źródła, możesz najpierw użyć dzielnika napięcia, a następnie użyć standardowego opampa. To powinno mieć dla ciebie wystarczająco niską impedancję wyjściową. Oto uwaga dotycząca aplikacji, którą zamieściłem wczoraj na temat używania opamp do konwersji poziomów napięcia dla ADC.

http://www.ti.com/lit/an/slyt173/slyt173.pdf

Jakiś facet od sprzętu
źródło
3

Wyszukaj coś, co nazywa się dzielnikiem rezystora . Za pomocą dwóch rezystorów możesz pomnożyć napięcie przez stałą między 0 a 1. W twoim przypadku chcesz skalować 50 V do poziomu mikrokontrolera. Powiedzmy, że mikro pracuje przy napięciu 5 V, więc chcesz skalować wejście o 0,1. Można to zrobić za pomocą dwóch rezystorów, z których pierwszy ma rezystancję 9 razy większą niż drugi. Sygnał przechodzi do pierwszego. Drugi koniec jest podłączony do drugiego rezystora i wejścia mikro A / D, a drugi koniec drugiego rezystora jest podłączony do uziemienia. Przy współczynniku 9: 1 zyskujesz 0,1 (tłumienie o 10).

Prawdopodobnie chcesz, aby dolna z dwóch (rezystor 1x) wynosiła około 10 kΩ, co dawałoby pozostałe 90 kΩ. Prawdopodobnie użyłbym 100 kΩ, aby zapewnić margines i przekroczenie poziomu wykrywania.

Olin Lathrop
źródło
0

Udało mi się to za pomocą dzielnika napięcia i diody Zenera odwróconej między biegunem wejściowym a masą (na wszelki wypadek).

s3c
źródło
1
Dioda Zenera podaje stałe napięcie wyjściowe i służy do regulacji. Jak wykorzystałeś go do zmiany napięcia wejściowego? Napięcie wyjściowe czujnika waha się między 0-50 V, a napięcie wejściowe ADC powinno się odpowiednio zmieniać między 0-5 V. Użycie zenera naprawi napięcie wejściowe ADC.
Prasan Dutt
3
Zener ma chronić wejście ADC przed napięciami wyższymi niż uC może obsłużyć, na wszelki wypadek, jak powiedział. Powiedzmy, że uC może obsłużyć 0 V-5 V, jeśli planujesz zmierzyć 50 V, umieścisz dzielnik 10: 1 i 5 V Zenera, więc jeśli napięcie wejściowe przekroczy 50 V, zener zaciska go na 5 V.
s3c,