Wie schütze ich mich vor Überspannungen von Sensoren?

Ich versuche, einen CT zu verwenden , um Wechselstrom zu messen. Ich habe in dieser Antwort auf eine andere Frage viele Informationen erhalten , die mich zu einer großen Menge an Nachforschungen geführt haben.

Ich möchte den Strom messen, der von einem Wechselstromgerät von einem 5-V-ADC-Chip verwendet wird (z. B. einem Arduino, aber ich habe ein paar verschiedene Dinge, also könnte es selbst ein Arduino sein).

Mein erster Versuch bestand darin, den Ausgang eines Stromwandlers zu nehmen, ihn an einen Brückengleichrichter anzuschließen, einen 10k-Widerstand zu nehmen und den Wert relativ zu 5 V vom ADC zu messen. Mein Testgerät ist eine Lampe mit einer 75W Birne. Es funktionierte im Grunde , gab mir aber "außergewöhnliche" Zahlen, als ich die Lampe einschaltete. Das ließ mich denken, dass etwas Schlimmes passiert ist.

Das andere Poster schlug vor, einen 3300-Ohm-Widerstand über die Spannung des Ausgangs zu legen. Die Erwartung war, dass ich 680 mV bekommen würde. Dies mit meinem alten DMM zu tun, gab mir nicht viele Informationen, also bestellte ich ein Oszilloskop und beschloss, zu sehen, was wirklich los war.

Dies ist im Grunde meine Geschichte, wie ich das versucht habe.

Einschalten des Lichts mit einem 3300-Ohm-CT-Messwert

Während die Spannung leicht negativ zu werden scheint, scheint die Differenz zwischen meinem Minimum und Maximum die vorhergesagten 680 mV zu sein. Sie können jedoch eine riesige Spitze von 7,12 V sehen, wenn das Gerät tatsächlich eingeschaltet ist.

Ich möchte keine 7,12 V an den 5-V-ADC anschließen. Wie kann ich das also unterdrücken?

(Ich würde auch gerne die Ergebnisse nivellieren, damit ich einen soliden Messwert erhalten kann, aber das ist ein anderes Problem, das ich zu lösen versuchen werde, nachdem ich Chip-Explosionen verhindert habe, wenn Schalter umgelegt werden.)

Antworten (2)

Eine typische und einfache Lösung ist eine Schottky-Diode (niedriger Durchlassspannungsabfall) von Ihrer Signalleitung zu +5 V (Anode zu Signal, Kathode zu +5 V), die die Spannungsspitzen auf einige 100 mV über +5 V begrenzt.
Ebenso kann eine Diode gegen Erde (Kathode gegen Signal, Anode gegen Erde) negative Schwankungen verhindern.

Für so etwas wie einen Stromwandler, der zu enormen Spannungsspitzen fähig ist, könnte stattdessen ein TVS (Transient Voltage Suppressor) oder zusätzlich zu den Dioden eine gute Idee sein.

Ich würde einen Puffer (z. B. nicht invertierenden Operationsverstärker, Einheitsverstärkung) zwischen Ihrem CT-Ausgang und ADC vorschlagen. Dies würde eine Schutzstufe vor Ihrem ADC hinzufügen. Sie können die Dioden an den Eingängen verwenden, um es zu schützen, und wenn Sie es mit +5 V versorgen, schwingt es garantiert nicht höher, als der ADC verarbeiten kann. Sie könnten auch ein paar Verstärkungsabgriffe (z. B. 1,5,10 usw.) hinzufügen, um zwischen verschiedenen Strombereichen umzuschalten - auf diese Weise können Sie den gesamten Bereich des ADC besser nutzen.
Zum Beispiel verwendet Ihr 680-mV-Signal nur (0,68 V / 5 V) * 100 = 13,6 % des ADC-Bereichs. Für einen 8-Bit-ADC entspricht dies ~35 von 256, 680 mV / 35 = 19 mV pro ADC-Schritt (z. B. 00000001 = 19 mV, 00000010 = 38 mV usw.). Wenn Sie einen Verstärkungsabgriff von 5 hätten (z. B. 0,68 V * 5 = 3,4 V), wären es eher 4 mV pro Schritt.

Vielen Dank für Ihre Hilfe. Jetzt, wo ich tatsächlich sehe , womit ich arbeite, kann ich anfangen zu verstehen, warum die meisten Fragen, die ich stelle, dazu führen, dass die Leute vorschlagen, dass ich Opamps kaufe. :)
Ja, ein Oszilloskop ist ein Muss, um mit solchen Dingen zu arbeiten. Ich denke, Sie haben mit dem Rigol eine gute Wahl getroffen, sie bieten eine ordentliche Leistung zu einem sehr niedrigen Preis.
Damit hatte ich bisher nicht das beste Glück. Mit einem Operationsverstärker kann ich viel einfacher erkennen, wann die Lampe ein- oder ausgeschaltet ist, aber ich kann "Pegel" nicht ganz erkennen. Sie können den Unterschied zwischen ein- und ausgeschalteter Lampe in den folgenden Screenshots sehen: skich.com/dlsspy/geba3/current – ​​wahrscheinlich gut genug für meine Bedürfnisse, aber die Zahlen sind größer als ich erwartet hatte.
Hmm, sieht so aus, als ob da was nicht ganz stimmt. Schwer zu wissen, was, ohne Ihren Schaltplan zu sehen. Es könnte sein, dass die Verstärkung zu hoch ist, die Vorspannung nicht stimmt, der Operationsverstärker in irgendeiner Weise nicht geeignet oder falsch angeschlossen ist usw. Es sollte ähnlich wie Ihre Wellenform in der Frage aussehen, aber je nach Verstärkung größer sein. Da es für den Titel ein bisschen vom Thema abweicht, könnte es sich lohnen, eine neue Frage dafür zu stellen und den Schaltplan zu posten (oder diesen hinzuzufügen, vielleicht kann Kortuk oder jemand sagen, was bevorzugt wird).
Ja, ich weiß nicht, was ich tue. :/ Ich benutze einen LM358M. Ich habe Input- (Pin 2) und Vee auf derselben Masse, Vcc auf 5 V und Input- und Input + kommen vom CT. Ich lese Pin 2 vs. Pin1 (Ausgang). Ich habe auch den 3,3k-Widerstand über den CT-Ausgängen (nach dem Gleichrichter). Ich weiß nicht, wie ich es sonst machen würde. Was ich finde, ist, dass der RMS mit Eingangsverstärkern ansteigt, aber jeder Draw nimmt das Maximum von ~ 0 auf ~ 3,76. Mein Kill-a-Watt liest einen Effektivwert über einem Volt. Lampe + Lötkolben = ~ 1A und gibt mir 3,7 V RMS.
(Entschuldigung, dass ich hier laut bin, ich möchte dies hier fortsetzen, wenn es Sinn macht, weil ich versuche herauszufinden, wie ich die Ratschläge anwenden kann, die Sie oben gegeben haben.)
Kein Problem. Auf welchen Gain hast du den LM385 eingestellt? Wenn Sie Ihre Frage möglicherweise mit einem Schaltplan aktualisieren könnten, wäre es viel einfacher, genau zu verstehen, wie Sie die Dinge eingerichtet haben. Ich habe vergessen, dass Sie den CT-Ausgang gleichgerichtet haben, sodass die Wellenform, mit der Sie verknüpft sind, möglicherweise doch nicht so schlecht ist (obwohl ich immer noch vermute, dass es Probleme gibt).
Als ich Ihren Anweisungen genauer gefolgt bin, habe ich tatsächlich die gewünschten Ergebnisse erzielt. Vielen Dank für Ihre Geduld. :)

@Oli Glaser hat gute Arbeit geleistet und erklärt, wie man sich vor den Spikes des Sensors schützt. Ich werde ansprechen, warum sie überhaupt dort sind:

Der in Glühlampen verwendete Glühfaden hat einen positiven Temperaturkoeffizienten . Dies bedeutet, dass mit zunehmender Temperatur des Filaments auch sein Widerstand zunimmt.

Daher muss bei einer Glühlampe der Wendelwiderstand so gewählt werden, dass die Energie in der Wendel bei Betriebstemperatur in der gewünschten Wattzahl abgeführt wird . Daher ist der Widerstand der Glühlampe viel geringer, wenn der Glühfaden kalt ist.

Daher zieht die Glühbirne unmittelbar nach dem Anschließen viel mehr Strom als normal, bis sich das Filament bis zu dem Punkt erwärmt hat, an dem die in das Filament fließende Energie der Energie entspricht, die das Filament abgibt (als Licht und Wärme).
Jedes weitere Erhitzen führt zu weniger Leistung, wodurch das Filament abkühlt, was zu mehr Wärme führt usw. Das System erreicht ein Gleichgewicht.

Aus Wikipedia über Glühbirnen :

Der tatsächliche Widerstand des Filaments ist temperaturabhängig. Der Kaltwiderstand von Wolfram-Glühlampen beträgt etwa 1/15 des Heißfadenwiderstands im Lampenbetrieb. Beispielsweise hat eine 100-Watt-120-Volt-Lampe einen Widerstand von 144 Ohm, wenn sie leuchtet, aber der Kaltwiderstand ist viel geringer (etwa 9,5 Ohm). [...] Bei einer 100-Watt-120-Volt-Allgebrauchslampe stabilisiert sich der Strom in etwa 0,10 Sekunden, und die Lampe erreicht 90 % ihrer vollen Helligkeit nach etwa 0,13 Sekunden.

Wie schütze ich mich vor Überspannungen von Sensoren?
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