Как читать высокие напряжения на микроконтроллере?

17

Я хочу читать высокие напряжения, например, ~ 50 В, используя микроконтроллер. Я планирую поместить это как вход в линию A / D микроконтроллера. Но, конечно, у вас не должно быть такого высокого напряжения на входе микроконтроллера, иначе он зажарится.

Как я могу читать высокие напряжения? Главное, чтобы перед чтением нужно было понизить напряжение. Что я должен учитывать при понижении этого напряжения?

Заранее спасибо!

Изменить: я заметил в спецификации PIC18, что он говорит: «Максимальный рекомендуемый импеданс для аналоговых источников составляет 2,5 кОм». Как это влияет на то, как я понижаю напряжение, будь то с помощью резистивных делителей и т. Д.?

разъем
источник
1
Вы имеете в виду с микроконтроллером? Примечание об импедансе об аналоговых источниках, вероятно, означает, что если источники выше 2,5 КБ, вход на ПИК начнет их загружать. Обычно требуется, чтобы импеданс источника был как минимум в десять раз меньше импеданса нагрузки, чтобы он не нарушался импедансом нагрузки. Это может быть окольным способом сказать, что вход обеспечивает 25К импеданса. Таким образом, мы сделали бы делитель напряжения около 2К "высоким". Это означает, что будет течь 25 мА. Если это неприемлемо, вы можете использовать гораздо более резистивный делитель и буфер с высоким Z.
Каз
1
Комбинируя ответы ниже, я использовал резисторный делитель для понижения напряжения и подключил выход этого резисторного делителя через операционный усилитель с повторителем напряжения. Этот операционный усилитель действует как буфер с низким выходным импедансом. Таким образом, я могу использовать резисторы высокой стоимости, чтобы ограничить потери мощности в этих резисторах.
Джек,

Ответы:

24

Простой резистивный делитель напряжения даст то, что вы хотите.

Делитель напряжения

Формула для расчета выходного напряжения имеет вид:

формула

Поэтому, если мы предположим, что ваше входное напряжение находится в диапазоне от 0 до 50 В, нам нужно разделить его на 10, чтобы достичь 0-5 В. Если также предположить, что мы хотим нагрузить входное напряжение 100 кОм, то вычисления будут выглядеть примерно так:

Vout / Vin = R2 / 100 кОм

0,1 = R2 / 100 кОм -> R2 = 10 кОм

R1 = 100 кОм - R2 = 90 кОм

Итак, R1 = 90 кОм и R2 = 10 кОм

Для АЦП, требующего максимального полного сопротивления источника, вы должны убедиться, что полное сопротивление делителя напряжения ниже этого уровня. Полное сопротивление на делителе можно рассчитать как R1 || R2.

Для <2,5 кОм вышеупомянутое не будет соответствовать этому требованию, так как 10 кОм || 90 кОм = 9 кОм
Если мы используем 9 кОм и 1 кОм, мы получаем 1 / (1/1000 + 1/9000) = 900 Ом

Имейте в виду, что чем ниже сопротивление, тем выше номинальные резисторы, которые вам нужны. 50 В / 1 к = 50 мА -> 50 мА * 45 В = 2,25 Вт на верхнем резисторе (0,25 Вт на нижнем).
В этих случаях лучше использовать буфер усилителя между делителем высокого сопротивления и АЦП. Или используйте делитель 2 кОм и 18 кОм, который не так требователен к энергопотреблению, как версия 1 кОм / 9 кОм.

Оли Глейзер
источник
3
2,25 Вт - это много энергии, которую можно тратить на измерения напряжения.
Ник Джонсон
Да, я согласен - вы бы использовали буфер, упомянутый (и разработанный Стивеном) в большинстве случаев.
Оли Глейзер
50V / 1k. Как? Разве эти резисторы не в серии?
Адитья
Тот же вопрос здесь ... как 50v / 1k? Далее, откуда взялись эти 45В?
Прасан Датт
@OliGlaser ни слова о конденсаторе? Вход АЦП, если он работает с высоким сопротивлением, может искажать сигнал. На самом деле это так. Поэтому минимум - использовать небольшой конденсатор параллельно с нижним резистором.
Григорий Корнблюм
19

Чтобы добавить к ответу Оли:

введите описание изображения здесь

Диод Шоттки защищает вход операционного усилителя от перенапряжения в случае, если входное напряжение превысит максимальное установленное значение 50 В. Это лучшее решение, чем стабилитрон 5 В, который часто размещается параллельно резистору 3 кОм. Для напряжения стабилитрона 5 В требуется несколько мА, если ток намного ниже, напряжение стабилитрона также будет ниже, и диод может ограничить вход, например, до 4 В или даже ниже.

Резистор 27 кОм позволит 2 мА, разве этого не достаточно для стабилитрона? Я мог бы, но это не то, что получит стабилитрон; большая часть этих 2 мА будет проходить через резистор 3 кОм, оставляя только десятки до сотен мкА для стабилитрона, что просто слишком мало.

Выберите диод Шоттки с низким обратным током утечки, чтобы напряжение питания 5 В не слишком сильно влияло на делитель.

stevenvh
источник
Простите мою наивность здесь, но диод Шоттки, защищающий операционный усилитель от перенапряжения на шине 50 В, может ли это условие поднять шину 5 В? Думая об этом, но беспокоюсь о других устройствах на шине 5V (PIC, Arduino и т. Д.)
GreenaGiant,
Нет, если ток маленький. Очевидно, что если вы подключите источник с низким импедансом, то напряжение будет расти. Но резистор 27 кОм обеспечивает малый ток.
Мартин
6

Для изолированного измерения вы можете использовать преобразователь напряжения, например LEM LV-25 или аналогичный.

Но гораздо более простой способ, если вам не нужна изоляция, это просто использовать делитель напряжения :

введите описание изображения здесь

Джим Пэрис
источник
6

Чтобы бороться с проблемой полного сопротивления источника, вы можете сначала использовать делитель напряжения, а затем использовать стандартный операционный усилитель. Это должно иметь достаточно низкий выходной импеданс для вас. Вот заметка о приложении, которую я опубликовал вчера об использовании операционных усилителей для преобразования уровней напряжения для АЦП.

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

Какой-то аппаратный парень
источник
3

Посмотрите, что называется резистор делитель . Используя два резистора, вы можете умножить напряжение на константу от 0 до 1. В вашем случае вы хотите уменьшить значение 50 В до уровня микроконтроллера. Допустим, микро работает на 5 В, поэтому вы хотите масштабировать вход на 0,1. Это можно сделать с двумя резисторами, первый из которых в 9 раз больше сопротивления второго. Сигнал идет в первый. Другой конец подключен ко второму резистору и микро-аналого-цифровому входу, а другой конец второго резистора заземлен. При соотношении 9: 1 вы получаете усиление 0,1 (ослабление на 10).

Вы, вероятно, хотите, чтобы нижняя из двух величин (резистор 1x) составляла около 10 кОм, а остальные 90 кОм. Я бы, вероятно, использовал 100 кОм для обеспечения некоторого запаса и превышения чувствительности.

Олин Латроп
источник
0

Я успешно сделал это с помощью делителя напряжения и обратного диода Зенера, смещенного между входным контактом и землей (на всякий случай).

S3C
источник
1
Стабилитрон дает фиксированное выходное напряжение и используется для регулирования. Как вы использовали его для изменения входного напряжения? Выходное напряжение датчика колеблется в пределах 0-50 В, а входной сигнал АЦП должен соответственно изменяться в пределах 0-5 В. Использование стабилитрона исправит входное напряжение АЦП.
Прасан Датт
3
По его словам, стабилизация должна защищать вход АЦП от напряжений выше, чем может выдержать УК. Предположим, что УК может выдержать напряжение 0–5 В, если вы планируете измерять 50 В, вы устанавливаете делитель 10: 1 и стабилитрон 5 В, поэтому, если входное напряжение превышает 50 В, стабилитрон ограничивает его до 5 В.
s3c