Wie liest man Hochspannungen auf Mikrocontrollern?

Ein einfacher Widerstandsspannungsteiler wird erreichen, was Sie wollen.

Die Formel zur Berechnung der Ausgangsspannung lautet:

Wenn wir also davon ausgehen, dass Ihre Eingangsspannung im Bereich von 0-50 V liegt, müssen wir sie durch 10 teilen, um 0-5 V zu erreichen. Wenn wir außerdem davon ausgehen, dass wir die Eingangsspannung mit 100 kΩ belasten wollen, dann würden die Berechnungen in etwa so aussehen:

Vout / Vin = R2 / 100kΩ

0,1 = R2 / 100 kΩ -> R2 = 10 kΩ

R1 = 100kΩ - R2 = 90kΩ

Also R1 = 90kΩ und R2 = 10kΩ

Für einen ADC, der eine maximale Quellenimpedanz erfordert, müssen Sie sicherstellen, dass die Spannungsteilerimpedanz unter diesem Wert liegt. Die Impedanz am Teiler kann als R1||R2 berechnet werden.

Für <2,5 kΩ erfüllt das Obige diese Anforderung nicht, da 10 kΩ||90 kΩ = 9 kΩ
Wenn wir jedoch 9 kΩ und 1 kΩ verwenden, erhalten wir 1 / (1/1000 + 1/9000) = 900 Ω

Denken Sie daran, je niedriger der Widerstand, desto höher die Nennleistung der Widerstände, die Sie benötigen. 50 V / 1 k = 50 mA -> 50 mA * 45 V = 2,25 W über dem oberen Widerstand (0,25 W über dem unteren)
In diesen Fällen ist es am besten, einen Operationsverstärkerpuffer zwischen einem hochohmigen Teiler und dem ADC zu verwenden. Oder verwenden Sie einen 2kΩ- und einen 18kΩ-Teiler, der nicht ganz so leistungshungrig ist wie die 1k/9k-Version.

Um Olis Antwort zu ergänzen:

Die Schottky-Diode schützt den Eingang des Operationsverstärkers vor Überspannung, falls die Eingangsspannung die maximal spezifizierten 50 V überschreiten würde. Dies ist eine bessere Lösung als der 5-V-Zener, der oft parallel zum 3-kΩ-Widerstand geschaltet wird. Die 5-V-Zenerspannung erfordert mehrere mA. Wenn der Strom viel niedriger ist, ist auch die Zenerspannung niedriger, und die Diode kann den Eingang beispielsweise auf 4 V oder sogar niedriger klemmen.

Der 27-kΩ-Widerstand lässt 2 mA zu, reicht das nicht für den Zener? Ich könnte, aber das wird der Zener nicht bekommen; Die meisten dieser 2 mA werden durch den 3-kΩ-Widerstand geleitet, sodass nur zehn bis hundert µA für den Zener übrig bleiben, was einfach zu wenig ist.

Wählen Sie eine Schottky-Diode mit niedrigem Sperrstrom, damit die 5-V-Versorgungsspannung den Teiler nicht zu sehr beeinflusst.

Um Ihr Quellimpedanzproblem zu bekämpfen, könnten Sie zuerst einen Spannungsteiler und dann einen Standard-Operationsverstärker verwenden. Das sollte eine ausreichend niedrige Ausgangsimpedanz für Sie haben. Hier ist eine App-Notiz, die ich gestern über die Verwendung von Operationsverstärkern zum Konvertieren von Spannungspegeln für ADCs gepostet habe.

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

Für eine isolierte Messung können Sie einen Spannungswandler verwenden, z. B. den LV-25 von LEM oder ähnliches.

Aber ein viel einfacherer Weg, wenn Sie keine Isolierung benötigen, ist die Verwendung eines Spannungsteilers :

Suchen Sie nach etwas, das als Widerstandsteiler bezeichnet wird . Mit zwei Widerständen können Sie eine Spannung mit einer Konstanten zwischen 0 und 1 multiplizieren. In Ihrem Fall möchten Sie 50 V auf das Niveau des Mikrocontrollers herunterskalieren. Nehmen wir an, das Mikro läuft mit 5 V, also möchten Sie den Eingang um 0,1 skalieren. Dies könnte mit zwei Widerständen erfolgen, wobei der erste den 9-fachen Widerstandswert des zweiten hat. Das Signal geht in den ersten. Das andere Ende ist mit dem zweiten Widerstand und dem Mikro-A/D-Eingang verbunden, und das andere Ende des zweiten Widerstands ist mit Masse verbunden. Mit dem Verhältnis 9:1 erhalten Sie eine Verstärkung von 0,1 (Dämpfung um 10).

Sie möchten wahrscheinlich, dass der niedrigere der beiden (der 1x-Widerstand) etwa 10 kΩ beträgt, was die anderen 90 kΩ ergeben würde. Ich würde wahrscheinlich 100 kΩ verwenden, um eine gewisse Margin- und Overrange-Erkennung bereitzustellen.

Ich habe dies erfolgreich mit einem Spannungsteiler und einer Zenerdiode gemacht, die zwischen dem Eingangspin und Masse in Sperrrichtung vorgespannt ist (nur für den Fall).