Erkennung eines offenen Stromkreises durch Erfassen des Stromflusses mit einem Shunt und Komparator

Ich muss erkennen, ob ein Lastwiderstand aus dem Stromkreis genommen wird. Der Lastwiderstand ist ein Fotowiderstand und kann von 50k abweichen Ω bis zu 2 Mio Ω und wird von +5V gegen Masse getrieben.

Der Ansatz, an den ich dachte, bestand darin, einen kleinen Messwiderstand zwischen +5 V und der Last zu platzieren und einen Komparator zu verwenden, um den Spannungsabfall über dem Messwiderstand zu erkennen. Wenn Strom fließt, fällt der Messwiderstand ab, ein Komparatoreingang ist höher als der andere, und der Komparatorausgang geht auf (sagen wir) +5 V.

Wenn die Last getrennt wird, gibt es keinen Abfall über dem Widerstand, und daher sind die Komparatoreingänge (sehr nahe bei) gleich. Allerdings kann ich nicht sicher sein, ob der Ausgang auf Masse schaltet, da der Ausgangszustand des Komparators undefiniert ist, wenn die Eingänge gleich sind.

Gibt es eine einfache Möglichkeit, einen winzigen Offset hinzuzufügen, damit der Komparator umschaltet (sagen wir) v + > v − + Ö F F S e T ? Das würde es mir ermöglichen, den Komparatorausgang zu garantieren, wenn die Eingänge gleich sind. Ich möchte hier keine Hysterese, sondern nur einen Versatz zu dem Punkt, an dem der Übergang stattfindet.

Gibt es alternativ eine andere Möglichkeit, dieses Problem zu lösen? Grundsätzlich möchte ich den Unterschied zwischen sogar einem kleinen fließenden Strom und keinem fließenden Strom erkennen.

Bearbeiten: Besonders für diejenigen, die die Wheatstone-Brücke vorgeschlagen haben, was ist, wenn der Fotowiderstand von 50k abweicht Ω bis 50M Ω ? Am oberen Ende dieses Bereichs werden die beiden Eingänge des Komparators wieder sehr nahe daran, gleich zu sein ... Wenn ich einen gigantischen (dh ~ 50 M) Widerstand (R3 in @markts Diagramm) im statischen Arm der Brücke verwende Kompensieren Sie den größeren Lastbereich, dann wird V- sehr, sehr nahe an der Schiene sein; wenn die Last getrennt wird, sind die beiden Komparatoreingänge wieder sehr nahe daran, einander gleich zu sein.

Ich denke, Sie müssen uns sagen, wie der Fotowiderstand mit dem Rest Ihrer Schaltung verbunden wird. Sie sagten, Sie möchten erkennen, wann der Lastwiderstand "aus einem Stromkreis herausgenommen" wird ... welche Art von Stromkreis? Versuchen Sie, die Lichtstärke zu messen, oder ist das nur eine akademische Übung?
Nicht akademisch - reale Welt :-) Der Fotowiderstand fungiert als Lichtdetektor und befindet sich nicht physisch auf derselben Platine wie die Schaltung. Ich versuche, die Situation zu erkennen, in der der Lichtsensor nicht angeschlossen ist. Für den Rest der Schaltung ist der Fotowiderstand Teil eines Spannungsteilers, der indirekt die Umgebungslichtverhältnisse anzeigt.

Antworten (4)

Ein gutes Kochbuch für Operationsverstärker-Designs (Application Note 31 – Op Amp Circuit Collection) finden Sie hier von der ehemaligen National Semiconductors (jetzt Teil von Texas Instruments). Im unteren Teil der Seite 26 finden Sie eine Stromüberwachungsschaltung. Es verwendet einen kleinen Messwiderstand in Reihe mit der Last, wie Ihre Idee, um den Strom zu messen, der durch die Spannung fließt, die über den Messwiderstand abfällt.

http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf

Wie funktioniert diese Schaltung? Ich sehe, dass der durch die Last verursachte Abfall über R1 mit dem Abfall über R2 verglichen wird, aber wofür ist Q1?
@Westerley: Es gibt keinen Vergleich. Q1 wird vom OPA gesteuert, um den durch R2 fließenden Strom so zu erhöhen, dass die Spannungen an R1 und R2 gleich sind. Auf diese Weise ist der Strom, der durch R3 fließt, derselbe wie der Strom, der durch R2 fließt, der ein festes Verhältnis zum Strom hat, der durch R1 fließt. Ein Schlüssel zum Verständnis der Schaltung ist, dass der Strom, der durch R2 fließt, derselbe ist wie der Strom, der in Q1 fließt (unter Vernachlässigung des Eingangsstroms des OPA), der derselbe ist wie der Strom, der aus Q1 zum Widerstand R3 fließt (unter Vernachlässigung des Monitors). Ausgangsstrom).
@LaszloValko Ah, ok! Aber schwingt der Operationsverstärker ohne Rückkopplung nicht von Schiene zu Schiene (dh fungiert er als Komparator)? In welchem ​​Fall würde Q1 aus- oder eingeschaltet werden?
@Westerley: es GIBT Feedback! Der Ausgang des OPA steuert Q1, wodurch der Widerstand von Q1 zwischen Source und Drain geändert wird, wodurch der durch R3 und R2 fließende Strom geändert wird, wodurch sich die Spannung am "-" -Eingang des OPA ändert.

Sie müssen wahrscheinlich eine sogenannte Brückenschaltung verwenden. Dies verwendet zwei Zweige von Widerständen.

Hier ist ein Bild, das ich gerade gefunden habe und das dem ähnelt, was Sie wahrscheinlich brauchen: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Komparatoreingänge sind mit den Mittelpunkten der beiden Glieder verbunden. Sie wird Weizensteinbrücke genannt, wenn Sie sie nachschlagen wollen. Hier ist ein Link, wo ich das Bild gemacht habe.

Dies muss nicht mit +/- 15-V-Versorgungen erfolgen, vorausgesetzt, Sie wählen den richtigen Komparator oder Operationsverstärker, ABER achten Sie auf Leckströme in die Eingänge des Operationsverstärkers / Komparators, wenn Sie große Widerstandswerte verwenden.

Bei einem (vermutlich) Dunkelwiderstand von 50 MΩ ist es sehr schwierig, zwischen einem vorhandenen Sensor und einem offenen Stromkreis zu unterscheiden.

Eine erwägenswerte Option ist es, eine LED neben dem Sensor zu montieren und die LED periodisch zu pulsieren, während gleichzeitig auf einen Widerstandsabfall geprüft wird. Wenn der Sensor bereits leuchtet, ist der Widerstand niedrig, sodass die LED nicht blinken muss.

Diese Lösung erfordert mindestens einen zusätzlichen Draht zum Ansteuern der LED und eignet sich aufgrund des Schaltens und Prüfens wahrscheinlich eher für ein mikrobasiertes Projekt als für eine durchgehende reine Analogschaltung.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Sie sollten wahrscheinlich auch nach Kurzschlüssen suchen, wenn Sie schon dabei sind.

Erkennung eines offenen Stromkreises durch Erfassen des Stromflusses mit einem Shunt und Komparator
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