¿Qué método de conmutación/amplificación descrito es mejor para una lectura precisa de voltaje variable usando ADC?

Estoy tratando de diseñar una fuente de alimentación variable relativamente precisa con un voltaje de salida de 2 ~ 24 V controlado desde una MCU usando piezas listas para usar.

Para que la MCU pudiera leer todo el rango de voltaje, el enfoque más simple fue usar un divisor de voltaje para mapear la escala de 0~24V a 0~3.3V para la unidad ADC. Teniendo en cuenta el ruido y la precisión del ADC, para la resolución de voltaje deseada de 10 mV, la precisión es baja, por lo que se me ocurrieron 3 soluciones.

Estoy un poco perdido para saber cuál da una lectura más estable. El enfoque en sí es mi preocupación. Los valores proporcionados (por ejemplo, voltaje de entrada) no son tan críticos.

Suposiciones:

  • El voltaje de entrada no regulado es de 25V.
  • El voltaje de salida es variable de 2~24V.
  • La resolución de voltaje deseada es de aproximadamente 10 mV. (por ejemplo, una lectura de 7,24 V. No es estricto si no es accesible).
  • Las partes digitales y los amplificadores operacionales tienen un suministro regulado linealmente de 5V.
  • El principal regulador ajustable al que se refiere la salida es un LM2596 con circuito diseñado en hoja de datos.
  • ADC es de 10 bits con una referencia de 3,3 V de una MCU STM8S.
  • El mux analógico puede ser CD4051 o 74HC4051 según el rango de voltaje del interruptor.
  • Las calibraciones de software son aplicables.

Los métodos:

A: amplificador operacional de ganancia variable usando interruptores analógicos.

En este diseño, el voltaje de entrada se divide para que todo el rango de entrada se escale a la entrada ADC, pero para mayor precisión, se coloca un amplificador operacional simple con un MUX analógico controlado por MCU para seleccionar varias resistencias para una ganancia selectiva. Las correcciones y calibraciones son posibles mediante software. La MCU comienza con la ganancia más baja, suma la ganancia hasta alcanzar un buen valor.

amplificador operacional de ganancia variable usando interruptores analógicos

B: divisores múltiples, resistencias en serie para protección

En este diseño, solo usé varios divisores para el zoom analógico (¿es correcto?) Usé resistencias en serie para el caso de que el voltaje de entrada sea alto, por lo que el voltaje dividido (que tal vez aún sea mayor que la tolerancia de entrada de MCU) pasa por protección interna diodos y no daña la MCU. Este método necesita 3 entradas ADC (también se aplica un interruptor analógico).

divisores múltiples, resistencias en serie para protección

C: Múltiples divisores, conmutador analógico y comparadores para la selección de divisores.

En este caso, en caso de que el método B no sea aplicable, agregué comparadores de voltaje y un interruptor analógico para seleccionar el divisor en función del rango de voltaje de entrada. No necesita las resistencias de entrada o las 3 entradas ADC utilizadas en B.

divisores múltiples, interruptor analógico y comparadores para la selección

Necesita sujetar con diodos esos divisores o se freirán.
@DKNguyen, ¿quiere decir que los diodos de protección GPIO internos no son suficientes?
Supongo. No me gusta confiar. sobre estos.
@DKNguyen entonces el método B con abrazaderas adicionales. ¿Las resistencias en serie afectan las lecturas? (Puedo calibrar las lecturas linealmente con software)
Afectarán la rapidez con la que puede muestrear a menos que esté almacenado en un búfer. La resistencia de Thevnin y la tapa de muestreo ADC hacen que el tiempo RC sea constante.
@DKNguyen tiene un límite de muestreo y retención de 3pF. Creo que algunas muestras/ms no son un problema. bien ?
Parece que estaría bien.

Respuestas (1)

Estoy tratando de diseñar un relativamente preciso fuente de alimentación variable con voltaje de salida de 2 ~ 24v controlado desde una MCU usando piezas listas para usar .

ADC

Simplemente use un ADC externo decente con un solo divisor potencial usando resistencias de alta exactitud (quizás 0.1% y 15 ppm/degC). Un ADC de 16 bits tiene una resolución de 1 en 65536, por lo que 24 voltios divididos por 65536 dan una resolución de aproximadamente 0,3662 mV. Puede obtener ADC listos para usar que tienen DNL e INL de un par de bits y errores de ganancia y compensación más o menos iguales. No pierda el tiempo con un montón de conmutación externa de etapas de ganancia, obtenga un ADC (salida en serie) decente de 16 bits. Hay mucho de donde escoger.

Mi preferencia personal dado que literalmente he usado cientos es esta: -

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Solo entrega la mercancía. El error en el peor de los casos es 4,15 LSb más un error de desplazamiento cero de 0,5 mV; eso está dentro de lo que necesita (aproximadamente un error de 2 mV).

Divisor de potencial de resistencia

Por supuesto, debe tener resistencias decentes y los tipos de 0,1% generarán un error de escala completa en el peor de los casos de 48 mV, pero esto se puede calibrar o usar resistencias de 0,01% para dar un error de escala completa en el peor de los casos de 4,8 mV. Te costarán un poco, por supuesto, pero, si quieres algo decente exactitud entonces tienes que pagar.

Referencia de voltaje

También debe usar una referencia de voltaje decente. Busque el porcentaje de precisión inicial y los factores de deriva con la temperatura. Tiendo a usar los realmente buenos como el LTC6655B - tiene una inicial exactitud de 0.025% y una deriva de 2 ppm/degC pero la versión C es más barata.

desafortunadamente, tengo acceso a una porción muy pequeña de partes electrónicas debido a las fuertes sanciones impuestas al país. Busqué AD7988 en los mercados locales y no encontré nada. Hay algunos modelos que son caros. los MCU STM32 tienen ADC de 12 bits, por lo que podría cambiarlos en este caso. están disponibles y cuestan menos. hay un chip adc de celda de carga disponible también con 24 bits (16 bits efectivos) disponibles.
@TirdadSadriNejad Dijiste usar partes "listas para usar". Debería habernos dicho desde el principio qué piezas tenía en su estante en particular.
@TirdadSadriNejad AD7988 es mi elección: puede elegir cualquier ADC de 16 bits que desee y comparar números con lo que uso y tomar una decisión en función de lo que puede obtener en comparación con la precisión y la resolución. No puedo dar respuestas específicas del país y usted pidió piezas "listas para usar" y esa declaración generalmente implica que hay estanterías que tienen una variedad de piezas y no que su país tiene sanciones de importación.
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