Messen von Spannung mit Peak-35V direkt an ADC

Hallo zusammen,

ich glaube ich sitze grad gewaltig auf dem Schlauch. Ich möchte an einen der ADC-Pins eine Spannung messen die 0-5V beträgt (zumindest will ich dass messen). Die Spannung kann jedoch bis 35V ansteigen. Das ist ja zuviel für den µC, somit muss den den ADC Eingang Schutzbeschalten. Ich dachte dabei an einen 10k Vorwiderstand und davor eine Diode die gegen VCC in Flussrichtung steht um die “überschüssigen” 30V abzuführen. Somit wäre imho der µC und dessen interne Clamping-Diode gegen VCC vom durchbrennen geschützt.

ABER: wie hoch ist dann der Strom im worstCase wenn die 35V anliegen? Sollte ich noch nen Widerstand in Serie zur Diode schalten? Aber das würde ja dann den Strom wieder durch den µC begünstigen.

Könnt ihr mir da eventuell mit ner eleganten Lösung weiterhelfen?

Danke schonmal

Was hälst Du von R6 rechts vom grünen Punkt?

Aber dann würden sich ja der Strom e.g. von 3mA bei einem 10k Widerstand ja auf beide Dioden (die 1N4148 und die interne µC Diode) verteilen. Und die interne Diode ist ja laut Atmel Datenblatt nur mit max. 1mA zu belasten und das will ich auch nicht, denn die Schaltung würde im ungünstigsten Fall alle 8 ADC betreffen und ich denke das sich der kommulierte Strom auf den Clamping Dioden des µC eher negativ auswirkt.

Wie hoch kann ich den eigentlich den Serien Widerstand am ADC machen? Da ist ja intern beim MUX ein Kondensator der zur Messung geladen werden muss. Somit würde es Ladezeit/SamplingrateADC abhängig sein oder? Gibts da sinnvolle Richtwerte (erfahrungsbedingt viellleicht?)

Wie hoch kann ich den eigentlich den Serien Widerstand am ADC machen? Da ist ja intern beim MUX ein Kondensator der zur Messung geladen werden muss. Somit würde es Ladezeit/SamplingrateADC abhängig sein oder? Gibts da sinnvolle Richtwerte (erfahrungsbedingt viellleicht?)

200kHz ADC Takt, dann max 10K Quelle Innenwiderstand
Du könntest bis auf 50kHz ADC Takt runter gehen, dann könntest du auch eine Quelle mit mehr als 10k messen.

1,5 ADC Takte stehen dir zum laden des S&H Kondensators zur Verfügung.
Reicht das nicht, kann/wird es Fehlmessungen geben

Die Alternative: Impedanzwandler.

R6 in zwei Widerstände aufteilen oder wie fändest Du eine Zener-Diode (mit Widerstand) gegen GND?

Hallo,

was spricht gegen einen üblichen Spannungsteiler vorm Messeingang?

Also ich will meinem Netzteil ne LCD Anzeige verpassen und möchte daher ein Auto-Range auf dem LCD via µC erzielen. Darum habe ich 3 Messbereiche definiert.

50V Messbereich mit 50mV Auflösung, dabei fahre ich mit der gemessenen Spannung (VOLTAGESENSE1) in den linken Spannungsteiler auf meinem Schaltplan.
10V Messbereich mit 10mV Auflösung, dabei fahre ich mit der gemessenen Spannung (VOLTAGESENSE1) in den rechten Spannungsteiler auf meinem Schaltplan.
5V Messbereich mit 5mV Auflösung, dabei geht die gemessene Spannung direkt in die ADC Beschaltung.

Am ADC hab ich jetzt im 50V Bereich keine Diode und keinen Serienwiderstand, da ja dort die Spannung nie größer 5V wird.
Im 10V (4,7k) Messbereich und im 5V (10k) Messbereich hab ich je einen Vorwiderstand und danach eine 1N4148 gegen VCC (5V).

Somit sollten die ADC dass eigentlich überleben und der MUX mit den Eingangswiderständen auch noch klarkommen können oder?

Hallo,

deine Spannungsteiler solltest du nochmal nachrechnen. Die 10k Längswiderstände stellen den Schutz im Grunde schon dar. Wobei externe Schutzdioden nicht falsch sind. Sie entlasten die internen die man nicht wechseln kann. Nur hier streiten sich die Geister welche geeignet sind. Ich plädiere für schnelle Typen wie BAV99 u.ä. Andere sagen wieder eine 1N4148 wäre auch ausreichend. Es gibt viele Möglichkeiten. Das Beste ist du stellst sicher das der Fall nie eintritt. :slight_smile:

Oh sorry ja es ist natürlich der Messbereich für 35V mit 50mV Auflösung. Da war ein kleiner Bennenungsfehler/Denkfehler drin. Danke

danke werde dann mal schauen wie es sich so im praktischen Aufbau schlägt.

danke werde dann mal schauen wie es sich so im praktischen Aufbau schlägt.

Wenn du die Schaltung mit der Diode gegen Vcc so verwendest wie im Eingangsposting, solltest du beachten, dass die:

und davor eine Diode die gegen VCC in Flussrichtung steht um die "überschüssigen" 30V abzuführen.

evtl. die Versorgung des µC über 5,5V hoch treibt.
Und damit besteht Rauch Gefahr.

habe über dem Spannungsregler (7805) ebenfalls eine Diode von VCC nach den +35V Ladekondensator geschaltet. So wie es auch im Datenblatt steht für sicheren Betrieb des 7805 wenn die Spannung am Spannungsregler IC über des nominale Ausgangsspannung gehen kann.

ABER: wie hoch ist dann der Strom im worstCase wenn die 35V anliegen?

Da ich den Innenwiderstand deiner 35V Quelle nicht kenne, muss ich annehmen, dass der Strom bis fast Unendlich hoch gehen kann.

Dem 7805 und seinem vorgeschaltetem Kondensator macht es nichts aus, wenn dessen Spannung auf 35V hochgetrieben wird?

Und es macht auch nichts, dass die zu messende Spannung dann den µC mit Strom versorgt. Du den µC also gar nicht mehr abschalten kannst.

Dann ist ja ok.....

Aber warum fragst du überhaupt?
Denn du hast dich ja schon entschieden.
Anders, als die Anderen...
Denn üblicher Weise wird meist per Z-Diode, bzw. Suppressordiode, gegen GND abgeleitet.

Oh nein, tut mir Leid....ich habe mich noch nicht entschieden. Das war nur der einzige ???sinnvolle??? Einfall den ich hatte und ich dabei wusste wie ich herangehen sollte.

Wenn du sagst das man normalerweise Suppressordioden oder Z-Dioden nimmmt, nehme ich natürlich den Vorschlag gerne an. Ich bin da sehr offen und lernfähig.

Könntest du mir eventuell sagen auf welche Druchbruchspannung die Z-Diode ausgelegt sein soll? Wie sollte ich dann deren Vorwiderstand dimensionieren?
Kannst du mir da vielleicht ein kurzes Beispiel nennen? Danke schonmal sehr.

Hier mal ein Vorschlag, für eine Schutzschaltung.
Leider weiß ich nicht viel darüber, was du überhaupt messen willst.

Für das folgende Bild gehe ich von folgenden Bedingungen aus:
Es wird die interne 1,1V Referenz verwendet, da die Vcc für absolute Messungen zu instabil ist.
Es sollen bis zu 5V gemessen werden
Es können kurze Störspitzen bis 35V auftreten

 Vcc -----|                o Messpunkt
         _|_               |
         /_\  Diode        |
          |               3k9
          |                |
          |                |
 A0 ------o----------------o---------|
          |                |         |
         ---  C1 100nF     |        _|_
         ---              1k1       /_\  Z-Diode 3,6V
          |                |         |
GND ------o----------------o---------|

Du könntest die Diode, oder die Z-Diode weg lassen.

Lässt du beide weg, wird evtl. die interne Clamp Diode überlastet.
Dann solltest du die Widerstandswerte deutlich erhöhen

Der C1 stabilisiert den Wert etwas. bildet einen Tiefpass, so dass kurze Störungen nicht durchschlagen.
Wenn du auch schnelle Änderungen erfassen willst, dann den C verkleinern, oder ganz weg lassen.

Die Widerstandswerte solltest du auf deinen Messbereich anpassen.

Der 3k9 und die ZDiode sollten so leistungsfähig sein, dass sie die 35V Spitzen verdauen können

Also das ganze soll die Anzeige für mein Netzteil werden. Dieses liefert 35V/2,8A.

Und ich wollte halt 3 verschiedene Messbereiche für die Spannung erstellen.

35V Modus mit 50mV Auflösung bis 10V.
10V Modus mit 10mV Auflösung bis 5V.
5V Modus mit 5mV Auflösung bis 0V.

Bei der Messung sind mir die das leastSignificantDigit und die absolute Genauigkeit nicht so wichtig. Denke mal das werde ich später per Software abgleichen, bzw. versuchen akkurat zu kalibrieren.

Bei deiner Beispielschaltung wäre es ja so, das wenn ich 30V am Netzteil brauche permanent die beiden Zener Dioden meines 10V/5V Messkanals eine hohe Leistung verbraten würden.

Siehst du!
Da mach ich mir die Arbeit, und danach kommen die Anforderungen.....

Tja...
Eine Messbereichsumschaltung...
Vielleicht auch noch automatisch...
Der nötige Impedanzwandler
evtl. ein 12Bit Wandler mit seinem ganzen, nötigen Abschirmkram
Denn die geforderten 5mV sind kein Pappenstiel.

Das scheint mir dann doch eine größere Baustelle zu werden....

ok, eigentlich sollte es ja “nur” eine Anzeige für mein Labornetzteil werden.
Einen 12bit-AD wollte ich eigentlich keinen nutzen, da ich keinen vorrätig habe und vorerst einmal mit meinen “vorhandenen Bauteilen” auskommen wollte.

Mit Impedanzwandler meinst du, den ADC Eingang zu entkoppeln, damit dieser mit enstprechend hoher Sampling-Rate gefahren werden kann? Oder bringt das noch andere Vorteile?

Was hältst du von dieser Version des Schaltplanes? Würde das so funktionieren ohne den ADC zu verbruttzeln?

Hallo,

eine ganz andere Idee: Wie sieht deine Spannungserzeugung im Netzteil aus? Wäre evtl. eine Möglichkeiten zwei oder drei Anschlussbuchsen einzubauen. Dann würde an Buchse eins bis 35V, an Buchse zwei bis 10V (vielleicht praktischer 12V) und an drei bis 5V anliegen.
Du könntest dann nicht mehr die falsche Spannung auf den ADC geben. Außerdem braucht man oft zwei Spannungen gleichzeitig. 5V für den Arduino/andere Elektronik und 12V für Motoren oder Lampen. Auch ist die Gefahr deutlich kleiner, angeschlossene Sachen mit der völlig falschen Spannung zu grillen.

Ist die Standart LM723 Variation. Als Vorlage nutze ich dieses Projekt. Dass Netzteil läuft nun auch schon seit ein paar Jahren, jedoch ist mir vor kurzem das Spannungs-Anzeige Multiinstrument (so ein 4-digit Teil mit 200mV Messeingang) kaputt gegangen und da dachte ich mir..... kannst ja mal mit nem µC an die Sache rangehen.

Nutzen tue ich eine atMEGA32 in nem Arduino Build von dieser Seite. Ich weiß ein atMEGA32 ist totaller overkill, aber ich hatte noch einen vorrätig und soweit funktioniert das ganze aufm Breadboard schon.

Nur traute ich mich bis dato noch nicht die 35V ausm Netzteil an den µC anzuschließen.....egal in welcher Art der Schutzbeschaltung. Da wollte ich vorerst mal ein Ja und Amen zur Schaltung ausm Forum haben.