Nicht invertierter OpAmp- und Shunt-Schaltkreis funktioniert nicht

Ich versuche, die Ausgabe eines Hall-Effekt-Sensors (LEM-LF 310-S) für eine Schweißanwendung zu messen.

Die maximale Ausgabe des Sensors beträgt 0-0,25 A bei der Erfassung von 0-500 A. Diesen Bereich muss ich für mein Messgerät (Oszilloskop zum Testen, später RedPitaya) auf 0-1V umrechnen.

Ich verwende also einen Shunt mit 100 mOhm, der mir eine Ausgangsspannung von U = R * I = 0,1 Ohm * 0,25 A = 0,025 V geben sollte.

Diese Spannung wollte ich mit einem nichtinvertierten OpAmp (MCP6292) verstärken, um 1V als Ausgangsspannung zu erhalten -> Amplify with a ratio of 40 (a=32.04dB). Laut einem Online-Rechner reichen 100Ohm & 3,9kOhm für die benötigte Verstärkung aus. Der verwendete OpAmp ist ein Dual-OpAmp, bei dem ich nur einen der beiden verwende.

Die Versorgungsspannung meines Sensors beträgt +-15V DC und die Versorgungsspannung meines OP-AMPs beträgt +5V DC.

Ich habe versucht, 0-1 V als Ausgang mit der folgenden Schaltung zu lesen, aber ich empfange nichts als Rauschen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Was ich schon versucht habe:

  • Messung des Hall-Sensor-Ausgangs direkt mit einem 4Ohm-Messwiderstand -> wie erwartet
  • Verkabelung mit Multimeter geprüft
  • Gemessener Ausgang des DC-DC-Wandlers (15 V bis 5 V) = Versorgungsspannung für OpAmp -> Ausgangsspannung beträgt 5,6 V (Sollte laut OpAmps-Datenblatt in Ordnung sein?)
  • Gemessener Widerstand von Widerständen und Shunt -> wie erwartet

Ich habe auch darüber nachgedacht, dem OpAmps PowerSupply einen Kondensator mit 100 nF hinzuzufügen, aber ich denke, das ist hier nicht das Problem?

Hoffe jemand kann mir helfen das Problem zu lösen.

Antworten (3)

Nach Ihren Vorschlägen habe ich die Schaltung modifiziert ...

Sieht so aus, als hättest du es nicht :)

Sie haben Entkopplungskondensatoren in Reihe geschaltet, um Pins zu versorgen. Da Kondensatoren den Gleichstrom nicht durchlassen, kann Ihr Operationsverstärker nicht versorgt werden und kann daher nicht funktionieren.

Was ich gerade herausgefunden habe, ist, dass mein Konverter isoliert ist.

Das erklärt alles. Isolierte Wandler haben isolierte Referenzen (dh GND). In Ihrem ersten Schema gibt der Sensor also den GND des AC-DC-Wandlers aus, der Operationsverstärkerausgang jedoch den GND des DC-DC-Wandlers. Da sie isoliert sind, gibt der Operationsverstärker Null aus.

Hier ist ein Schema für Sie:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Es ist nicht erforderlich, einen DC-DC-Wandler zu verwenden, ein 78L05 reicht völlig aus. C1, C2 und C3 sind Entkopplungskondensatoren (sehen Sie, wie sie platziert sind).

HINWEIS: Die Messstifte des 4-poligen Shunts scheinen nicht angeschlossen zu sein, aber es ist nur eine Zeichnung.

Danke für die Korrektur - Da ich kein Elektroingenieur bin, bin ich auf diesem Gebiet ziemlich unerfahren. Aber dein Schema und deine Erklärungen haben sehr geholfen! Vielen Dank.
@timosmd Gern geschehen. Bitte sehen Sie sich meinen bearbeiteten Schaltplan an. Ich habe einige Änderungen bezüglich der Stabilität vorgenommen.
Danke schön! Ich werde es so schnell wie möglich ausprobieren und euch wissen lassen, ob es wie erwartet funktioniert :)
Ich habe heute die vorgeschlagene Schaltung ausprobiert, aber leider funktioniert sie nicht. Das Signal bei Messung direkt am Shunt kommt wie erwartet heraus. Ich denke also, das Problem liegt irgendwo in der Nähe des Operationsverstärkers. Ich habe die gelötete Platine eine Million Mal überprüft, kann aber den Fehler nicht finden ...
@timosmd bist du sicher, dass die Massen von Sensor, Versorgung und Verstärker alle verbunden sind?
Ja, sie sind alle auf der gleichen Erdungsschiene mit 0 V verbunden. Überprüfen Sie auch die Stromversorgung für den OpAmp, der 5,1 V beträgt. Ich werde die Schaltung auf einem Steckbrett mit Oszilloskop und externen Netzteilen testen (um die Sensorausgabe zu simulieren) und den Operationsverstärkerausgang auf einen konstanten Strom von 0,25 A prüfen.
Heute habe ich die gelötete Schaltung mit einem Dauerstrom von 0,25 A ausprobiert und der OpAmp liefert den erwarteten Ausgang (0,987 mV). Da ich dachte, dass es sich um ein dynamisches Problem mit meinem Messsignal (f=80kHz) des Hall-Sensors handeln könnte, habe ich eine Schaltung mit dem OpAmp auf einem Steckbrett aufgebaut und den Widerstandsspannungsabfall mit einem Frequenzgenerator (0,25V) simuliert & 80kHz). Das funktioniert auch gut und der Ausgang ist das erwartete Sinussignal mit einer Amplitude von knapp 1V. Wenn das Eingangssignal auf >= 844 kHz erhöht wird, zeigt der OpAmp keine Ausgabe an, obwohl die Bandbreite laut Datenblatt 10 MHz beträgt.
Egal.. OpAmp arbeitet bis zu 10 MHz. Hilft aber bei meinem Problem sowieso nicht weiter.
Was ich auch erkannt habe, ist, dass der OpAmp und der Spannungsregler heiß werden. Kann es nicht länger als ein paar Sekunden berühren. Auch beim erneuten Messen mit dem Frequenzgenerator (gleiches Signal) sah ich eine Änderung der Amplitude (etwas weniger als erwartet) und einen Spannungsoffset.
@timosmd Wärme bedeutet Stromverbrauch. Der Ausgang des Operationsverstärkers könnte kurzgeschlossen sein.

0R1 ist zu niedrig für den sekundärseitigen Shunt (R M ). Wenn Sie das Datenblatt lesen, werden Sie feststellen, dass alle Leistungsmerkmale für R M = 10R angegeben sind. Sie können sich über die Verlustleistung für R M = 10R im Vergleich zu 0R1 Gedanken machen. Sie können also R M = 1R verwenden.

Außerdem beträgt bei R M = 0R1 die Vollskalenspannung 25 mV für I L = 500 A. Die Offset-Spannung des Operationsverstärkers kann bis zu 3 mV oder bis zu -3 mV betragen, sodass Sie möglicherweise einen Messfehler von (±3) x 40 = ±120 mV haben, was sich in ±12 % umwandelt. Aber für R M = 1R beträgt die Vollskalenspannung 0,25 V, für einen Bereich von 0 bis 1 V eine Nicht-Inv. Verstärker mit einer Verstärkung von 4 (R2 = 3k6 1%, R1 = 1k2 1%) ist genug und der Fehler wird deutlich reduziert.

Ich habe auch darüber nachgedacht, dem OpAmps PowerSupply einen Kondensator mit 100 nF hinzuzufügen, aber ich denke, das ist hier nicht das Problem?

Es ist immer eine gute Praxis, Entkopplungskondensatoren direkt neben den Versorgungsstiften zu platzieren.

Ich arbeite derzeit mit einem differenziellen Operationsverstärker und ein Problem, das ich gesehen habe, war die Stromversorgung des Operationsverstärkers und die Eingänge der Operationsverstärker sollten auf dieselbe Masse bezogen werden. In Ihrer Schaltung wird die Stromversorgung auf Vout des DC-DC-Wandlers bezogen, während die Eingänge auf GND des DC-DC-Wandlers bezogen werden. Der von mir verwendete DC-DC-Wandler hat am Eingang und am Ausgang nicht die gleiche Masse. Wenn dies in Ihrer Schaltung der Fall ist, würde der Operationsverstärker nicht funktionieren. Dies geschah praktisch und als ich die Schaltung auf Tina simulierte. Ich möchte nur darauf hinweisen.
Danke für eure schnellen Antworten! Rohat Kilic: Ja, Sie haben Recht mit dem Fehler und den 10 Ohm als Rm im Datenblatt. Aber denken Sie, dass dies der Grund sein könnte, warum ich auf meinem Oszilloskop keine nützliche Ausgabe sehen kann? Wie auch immer - wird Rm nach Möglichkeit auf 1 Ohm ändern. @varun: Ich dachte auch, dass es ein Problem mit GND sein könnte, aber ich habe nicht gefunden, was ich falsch gemacht habe. Falls DC-DC GND nicht teilt, sollte es ausreichen, VSS mit COM des AC-DC-Wandlers zu verdrahten, anstatt mit GND von DC-DC zu verdrahten, richtig?
@timosmd könnte sein. Ich weiß nicht, wie hoch Ihr Teststrom ist, aber Sie können versuchen, den Shunt vom Verstärker zu trennen und die Spannung am Shunt zu messen, während der Teststrom hoch genug ist (z. B. 200 A), um sicherzustellen, dass die richtige Spannung induziert wird. Außerdem würde ich den U1-Pin des Shunts zur besseren Referenzierung an den VSS des Operationsverstärkers binden.
Das hängt vom Operationsverstärker ab. Der von mir verwendete Operationsverstärker (lm358) konnte +32 bis -32 V aufnehmen. Wenn Ihr Operationsverstärker 15 V aufnehmen kann, benötigen Sie diesen 5-V-DC-DC-Wandler nicht. Verbinden Sie einfach +15 V mit VCC des Operationsverstärkers und COM mit der Masse des Operationsverstärkers. Sie haben eine Komponente weniger und eine gemeinsame Masse für Eingänge und Stromversorgung des Operationsverstärkers. Sie haben auch mehr Platz, bevor der Ausgang des Operationsverstärkers gesättigt ist (mehr Spielraum, um Ihre Operationsverstärkerverstärkung zu wählen).
Mein Prüfstrom liegt bei 150-200A. Ich habe versucht, die induzierte Spannung zu messen, konnte aber nichts Brauchbares sehen. Vielleicht ist die Ausgangsspannung von ~0,015V zu niedrig, um es zu sehen.
@varun: Leider kann mein OpAmp nicht mit 15 V umgehen, also brauche ich den DC-DC-Wandler. Was ich gerade herausgefunden habe, ist, dass mein Konverter isoliert ist. Es hat also tatsächlich einen eigenen GND. Ist es möglich, den Ausgangs-GND des Konverters einfach mit dem Eingangs-GND zu verbinden, um eine gemeinsame Masse zu erhalten? Das sollte dann das gleiche sein wie der GND der OpAmps-Eingänge ...

Gemäß Ihren Vorschlägen habe ich die Schaltung modifiziert und Kondensatoren für die Stromversorgung des Verstärkers eingebaut, den Messwiderstand auf 1Ohm geändert (R1&R2 entsprechend) und die DC-DC-Wandler GND mit AC-DC-Wandler GND verbunden, damit alle OpAmp-Eingänge vorhanden sind die gleiche GND:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bitte korrigiere mich wenn ich falsch liege?

Edit: Der DC-DC-Converter ist vom Typ "TMA 1505S" (TRACOPOWER)

Wir kennen die Eigenschaften Ihres DC-DC-Wandlers nicht (vielleicht würde eine Modellnummer helfen), in den meisten Fällen ist es in Ordnung, seine 0-V-Eingänge kurzzuschließen, aber es gibt immer noch ein Problem mit den Entkopplungskondensatoren. Bitte sehen Sie sich meine Antwort an und stellen Sie ihre Verbindungen richtig her.
Meine Antwort bearbeitet.
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