Spannung am ADC-Eingang, wenn VDD nicht angeschlossen ist. Gefährlich? (ADS 1115)

Ich baue ein Raspberry Pi-basiertes System, um die Ausgangsleistung eines Solarmoduls zu überwachen. Ich plane, ADS1115 ADC zu verwenden. Ich skizzierte eine einfache Schaltung, aber dann dachte ich an ein mögliches Problem.

Es ist möglich, dass der ADC irgendwann mit dem Solarpanel verbunden wird, während der Raspberry Pi entweder vollständig getrennt oder nicht an die Stromversorgung angeschlossen ist. Das Solarpanel kann an diesem Punkt Spannung am ADC-Eingang erzeugen.

Nach meinem Verständnis wird der VDD-Pin des ADC an dieser Stelle schweben. Das Datenblatt für den ADC besagt, dass die maximale Eingangsspannung VDD + 0,3 V beträgt. Glauben Sie, dass in einem solchen Szenario die Spannung des Solarmoduls den ADC-Chip beschädigen kann?

Danke schön!

PS: Ich habe die Frage viel gegoogelt, aber nur ein Thema zu PIC-integriertem ADC gefunden, in dem die Spannung am ADC-Eingang während des PIC-Einschaltens ein Problem sein kann.

PPS: Entschuldigung für den grob gezeichneten Schaltplan.

Verwenden Sie besser einen kompatiblen (20 V bis 5 V) Spannungsregler direkt vom Panel zum ADC-Chip.
@PrasanDutt Ich habe darüber nachgedacht, aber schnelle Untersuchungen haben gezeigt, dass Spannungsregler keine linearen Eingangs- / Ausgangsspannungsbeziehungen für Eingänge haben, die niedriger als die Grenzspannung sind. Ich kann mich aber irren. Bitte korrigiere mich wenn ich falsch liege.
Was ist die minimale Eingangsspannungsversorgung, die Sie für den Betrieb in Betracht ziehen? Wenn die Eingangsstromversorgung unter die Grenzspannung fällt, müssen Sie einfach die Spannung erhöhen. In Anbetracht Ihres Falls erfüllt die Verwendung eines Abwärts-Aufwärts-Wandlers Ihre Stromversorgungsanforderungen für ADC.
@PrasanDutt Ich habe über die Spannung am ADC-Eingang gesprochen, nicht über die Versorgungsspannung. Ich denke, ein Spannungsregler am analogen Eingang würde die ADC-Messwerte ernsthaft beeinflussen.

Antworten (2)

Es wird keinen unmittelbaren Schaden geben. Aber es ist außerhalb der absoluten Höchstwerte. Die Stromeinspeisung beträgt aufgrund des Widerstands weniger als 1 mA.
Der ESD-Schutz funktioniert jetzt jedoch nicht richtig, da die Vdd-Seite der internen Klemmdioden nicht angeschlossen ist.

Wenn Sie das Risiko nicht eingehen möchten, können Sie einen kleinen Puffer mit einem Eingang mit höherer Impedanz hinzufügen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Sie benötigen noch einen Anti-Alias-Filter , der bei der Hälfte Ihrer Samplerate abschneidet. Sie können dies mit Cfilter tun .

Ich danke Ihnen sehr für Ihre Antwort! Ich werde auf jeden Fall den Filterkondensator hinzufügen.
Nun zum OpAmp - ich bin etwas verwirrt. Nach meinem Verständnis hat der OpAmp eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz, so dass der ADC-Chip einfach mehr Strom in den Eingangspin ziehen kann, sobald Spannung anliegt. Ist das nicht gefährlicher? Verstehe ich richtig, dass ich den OpAmp über den Raspberry Pi mit Strom versorgen würde, sodass der ADC keine Eingangsspannung sieht, wenn der Pi nicht mit Strom versorgt wird?
@KirillSalita Der Operationsverstärker hat in der Tat eine niedrige Ausgangsimpedanz, das ist kein Problem. Auch die sehr hohe Eingangsimpedanz ist ein Vorteil, dadurch kann man den Widerstand, der den Strom begrenzt, sehr hoch und damit den Strom sehr klein machen. Der Operationsverstärker kann 2 mA Analogstrom haben, dafür benötigen Sie 400 Volt.
Ich habe gerade diesen Thread- Link gefunden , der besagt, dass der Operationsverstärker auch eingeschaltet werden muss, bevor die Eingangsspannung angelegt wird. Also das gleiche Problem wie bei der Spannung am Eingang eines nicht mit Strom versorgten ADC. Wenn ich also den Operationsverstärker über die Himbeere mit Strom versorge, sieht der Operationsverstärker die Eingangsspannung, bevor er eingeschaltet wird, und wird beschädigt. Wenn ich den Operationsverstärker über das Solarpanel mit Strom versorge, sieht der ADC die Eingangsspannung, bevor er eingeschaltet wird, und wird beschädigt. Wo ist meine Logik falsch?
@KirillSalita Wenn Sie sich Gedanken über das Timing machen und das Problem der Stromversorgung überschreiben, kann ein Stromversorgungssequenzer Ihr Problem möglicherweise lösen.
Nach dem Hinzufügen von 0,1 UF über die VDD / GND-Pins des ADC (zum Umgehen und zur ESD-Energieabsorption) würde ich zu Ihrer ursprünglichen Schaltung gehen.
@PrasanDutt Danke für die Idee. Ich werde es in Betracht ziehen, obwohl es die Schaltung etwas komplizierter macht, als ich wollte.
@analogsystemsrf Danke, ich habe den Kondensator für Vdd vergessen. Warum sollten Sie sich für die Originalschaltung anstelle der Schaltung mit OpAmp-Puffer entscheiden?

Was wird passieren:

Strom fließt in den ADC-Eingang, durch die ESD-Schutzdioden und in die VCC des ADC. Dies wird durch den 20k-Widerstand auf etwa 1mA begrenzt.

Überprüfen Sie das Datenblatt für den maximal zulässigen Strom. 1 mA sollte Ihren Chip nicht braten, aber da es in VCC fließt, kann es Ihre VCC auf ein unbestimmtes Niveau anheben ...

Dies kann Folgen haben: Abhängig von der gesamten Stromaufnahme des Systems könnte Ihre VCC beispielsweise nur ein wenig über die Spannung steigen, die zum Booten des Mikros erforderlich ist. Es wird dann booten, dann zu viel Strom ziehen, herunterfahren und wiederholen. Es könnte auch ausfallen und gedankenlos herumwandern. (Hoppla, ich habe gerade gesehen, dass Sie ein RPi mit separater Versorgung verwenden, das wird also nicht passieren, aber denken Sie daran, wenn Sie ein Mikro mit geringer Leistung verwenden).

Einfache Lösung:

Ihr ADC ist sehr langsam, daher können Sie einen CR-Filter verwenden, wie er von Jeroen3 empfohlen wird, und Ihren Widerstandsteiler auf einen höheren Wert wie 2,2 Meg / 220 k erhöhen, wodurch der Eingangsstrom auf sehr niedrige Pegel reduziert wird.

Mit einem 2,2-Meg-Widerstand lässt eine Eingangsspannung von 20 V nur 10 µA durch, was Ihrer Schaltung keinen Schaden zufügt.

Jetzt hätten Sie ein Problem, da Ihr ADC eine Eingangsimpedanz hat, die nicht so hoch ist, wie im Datenblatt angegeben, sodass Sie einen Puffer benötigen, wie von Jeroen3 empfohlen.

Da Ihr ADC einen PGA enthält, der ein Verstärker ist, frage ich mich, ob der Opamp-Puffer tatsächlich notwendig ist. Ich habe kurz in das Datenblatt geschaut, aber keine Informationen gefunden.

In jedem Fall hat der MCP6001 von Jeroen3 einen FET-Eingang, sodass er keine Probleme mit Widerstandsteilern mit Megaohm-Wert hat.

Der Opamp soll natürlich aus der gleichen Versorgung wie der ADC gespeist werden. Wenn der Operationsverstärker mit niedriger Ausgangsimpedanz mit Strom versorgt wird, aber nicht der ADC, würde der ADC braten.

BEARBEITEN:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Dies ist eine ungetestete und wahrscheinlich dumme Idee. Das Wesentliche davon ist, dass der PNP-Transistor den ADC-Eingang um eine Vbe über der Versorgungsspannung des ADC klemmt. Passen Sie die Widerstandswerte an, damit es funktioniert.

Danke für die ausführliche Erklärung! Ich werde mich dann für die Schaltung von Jeroen3 entscheiden und die Widerstände am Teiler um den Faktor 10 erhöhen, wie Sie gesagt haben. Jetzt frage ich mich, ob ich einen Vorwiderstand zwischen dem OpAmp-Ausgang und dem ADC-Eingang hinzufügen sollte, um die Impedanz zu erhöhen, die der ADC sieht. Das würde den maximal möglichen Strom in den ADC-Eingang begrenzen, falls der OpAmp aus irgendeinem Grund schneller hochfährt. Wie Sie sagten, ist der ADC sehr langsam, sodass sich dies nicht auf die maximale Abtastrate auswirken sollte.
Sie werden wahrscheinlich beide über dieselbe VCC mit Strom versorgen, also machen Sie sich keine Sorgen. Was Sie überprüfen sollten, ist die ADC-Eingangskapazität und ob der Operationsverstärker mit einer solchen Kapazität stabil ist. (Es sollte). Wenn Sie besonders paranoid sind, fügen Sie einen Fußabdruck für einen Widerstand hinzu ...
Vielen Dank! Wissen Sie, ob OPA132 ein guter Ersatz ist, wenn ich MCP6001 nicht finden kann? Es sieht für mich gut aus, weil es eine Eingangsimpedanz von 10 ^ 13, FET-Eingänge und eine minimale Versorgungsspannung von 2,5 V hat.
Ich habe gerade festgestellt, dass der OPA132 keinen Rail-to-Rail-Ausgang hat, also sieht es so aus, als könnte ich keine Spannungen kleiner als 0,5 V messen. Sieht so aus, als müsste ich das MCP6001 beschaffen.
Hmm, sieht aus, als würden Sie Mouser/Digikey/Farnell-Porto erwarten ... Rail-to-Rail-Operationsverstärker sind im Laden an der Straßenecke schwer zu finden. Ich werde meinen Beitrag in ein paar Minuten mit einer anderen Lösung bearbeiten.
Ihre neue Lösung scheint riskanter als die erste. Ich bin mir nicht einmal sicher, wie es funktionieren würde. Ich bin geneigt, die erste Lösung zu verwenden. Ich kann Digikey verwenden, aber MCP6001 wird nicht in einem Durchsteckgehäuse geliefert und ich habe keine Zeit, PCB zu bestellen, also muss ich mit einem Protoboard arbeiten, also würde ich ein Durchsteckgehäuse wirklich bevorzugen. Nach einiger Recherche denke ich, dass TLC272 die Arbeit gut machen sollte. Es hat einen Eingangswiderstand von 10 ^ 12, die Ausgangsspannung reicht bis zur negativen Schiene und die minimale Versorgungsspannung beträgt 3 V
Okay. TLC272 scheint einen Ausgang zu haben, der 0 V erreichen kann, jedoch nur bei sehr geringer Belastung. Dieser Fallstrick sollte jedoch nicht für Ihre Schaltung gelten, da Sie die herunterskalierte Leistung Ihres PV-Panels puffern, die bei Licht nicht Null ist. Sehen Sie sich auch dieses Sortiment an R-Rail-Thru-Hole-Operationsverstärkern an: mouser.fr/Semiconductors/Amplifier-ICs/…
In meinem Fall wird der Operationsverstärker sehr leicht belastet, da der ADC einen Eingangswiderstand im Megaohm-Bereich hat. Habe ich recht? Diese Suchmaschine für ICs ist gut, danke. Viel besser als die Digikey-Suche.
Spannung am ADC-Eingang, wenn VDD nicht angeschlossen ist. Gefährlich? (ADS 1115)
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