MOSFETのローサイド電流をPICで計測 (2ちゃんねる ★ オペアンプ スレッドより)

2ちゃんねる★ オペアンプスレッドより
410 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/10(日) 14:34:20 ID:KHXBCDTF
MOSFETのローサイドの電流をPICで計測しようと思います。
0.1ohmの抵抗の電圧を非反転で20倍にして、10mA-2A位を計測したいと思っています。
5Vの単電源でOPAMPをシンプルに使いたいのですが、お勧めの石はないでしょうか?
LM358に、入力BIASを掛けてもいいんですが、もっとシンプルにというわけです。



結論は、『バイアスなどをかけないシンプルな回路では難しい』というところに落ち着きましたが、それ以外にも
  • お奨めの単電源OPアンプ
  • マイコンでのソフトウエア演算
  • チョッパアンプ

など、色々と示唆にとんだ書き込みがあるので紹介します。


バイアスをかける


既に単電源OPアンプのGND付近での非線形性とバイアスのエントリにまとめた話題です。

411 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/10(日) 22:52:27 ID:0YLxQulJ
>>410
ttp://briefcase.yahoo.co.jp/bc/demupa799/lst?&.dir=/877a&.sortBy=md 中の
4322.png をクリックして下さい。
LM358 単電源と決めてしまうと、これ以上いい方法は思いついていません。(0.2V バイアスあり)
+5V 電源、利得 20 だと約 1.8A で出力がクリップしてしまいます。
プルアップ抵抗を使う手もありますが・・

CMOS rail-to-rail 入出力の OP アンプを使っても、本質的には同じです。
なお、LM358 でスピードは充分ですか? 利得を 20 とすれば、
(500kHz ~ 1MHz)/20 = (25kHz ~ 50kHz) ですよ。

4322-1.png


413 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 00:07:09 ID:/rj76f/W
>>411
ありがとうございます。
スピードの件は、入力にローパスフィルタをを挿入しますし、今回の用途では十分です。
ただ、BIASを掛けずに、R2Rで直線性を確保できればと思っているのですが、やはりむずかしいでしょうか?
出力もクリップするのはうまくありませんから、やはり別の石を選択すべきですが、
種類が多すぎて、メジャーな品番を知らないので困っています。
あと、オフセットが小さくて、無調整で使えればと思っています。


440 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 20:11:42 ID:S0f064Z+
>>431
結局、高価なOPAMP選んでも無調整といううまい話にはなりにくそうですね。
ここは、定石どおり、BIASをかけて確実に狙う方が近道のようです。
PIC側の処理も、精度よくゲインを設定できれば、1step=10mAに換算できますから
あとは、OFFSETとBIAS分を、差引すれば、よさそうです。誤差分は、電流を流さないときの
A/D変換値ですから、簡単に求まるでしょう。思惑通りに再現するかどうか早速試してみようと思います。



お奨めの単電源OPアンプ


およそ、趣味の電子工作で要求されるのは入手性のようです。
当時は単電源レールtoレール入出力のOPアンプは、秋葉原で入手することが困難でしたが、2011年現在では多くの店の店頭に並んでいます。

412 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 00:04:42 ID:1t1+4KfI
>>410
バーブラウンのOPA340はどう?


414 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 00:14:47 ID:2NXuMu4z
>>412
それもいいけど、個人的にはLMC6482が気に入っている。
http://www.national.com/JPN/ds/LM/LMC6482.pdf
1)RSコンポーネンツで買える
2)電源電圧が15Vまで使える

特に1)が重要w

編注)最近では秋月電子でも購入できます


415 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 00:28:10 ID:1t1+4KfI
>>414
まあ、入手性を考えると、そちらのほうがいいかもしれない。

電源は5V単一って書いてたんで、DIPパッケージのあって、こっちの気に入ってるのを薦めて見た。
オフセットも低いんで、無調整でシンプルに使い安いかなと思ったんだ。
入手はdigi-keyかな。



416 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 00:59:09 ID:/rj76f/W
>>414,415
普段の入手先は、Digikeyです。最近、LTの石も、日本円で買える様になっているので重宝しています。
BBの方が少し魅力的に見えますけれど、SOT23-5の在庫があればとりあえず、最有力にしようかなと思いました。



417 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 02:14:57 ID:cmn3Ukoa
LMC662 っていうのもある。出力 rail-to-rail、動作可能な入力コモンモード電圧は
V- (単電源動作の場合の Gnd) も含む。電源電圧 +5 ~ +15V、SR 1.1V/μs, GBW 1.4MHz。
\150@ 秋月。Quad タイプの LMC660 も販売中。データシートは詳しく読んでいないけど。



マイコンでの演算


マイコンを含む回路システムを設計するときには、どこまでをソフトウエアに負担させ、どこまでを回路的に処理させるかという問題に直面します。
多くの場合、あまり意識しないところではありますが、実はセンスを問われるところでもあったりします。

419 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 09:09:52 ID:/rj76f/W
>>418
BIASを掛けている、分圧点をショートさせて、レンジ切替するアイデアも面白いですね。
ただ、PINが空いていないのと、BIASそのものを掛けずにしたいので、次善策ですね。


420 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 09:37:04 ID:jhL8Y7K6
>>418-419
切り換え点でスムーズにつながらない予感あり。
計算式の係数で合わせる方法もありますかね。自己較正ができれば・・

>>419 ← 抵抗1本・2本さえも減らしたいのですか~。


421 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 10:05:52 ID:/rj76f/W
>>420
電流値は、LCD表示と、過電流検知に使用します。過電流については
PICのコンパレータで検知させます。測定器ではないので、そんなに精度は要求しません。
抵抗を1本でも、減らせるのであれば、OPAMPは、少し高めになっても検討の余地があると思っています。



422 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 11:08:28 ID:jhL8Y7K6
>>421
それなら、極単純な非反転アンプ構成にし、入出力の関係を一度実測して 0 アンペア
付近の非直線性をソフトウェア演算で補正します。
温度が変わると入出力の関係も変わりますが、それには目をつぶります。
(温度情報があるなら、それも使って補正します。)

OP アンプの品種によって 0 入力付近の直線性が良いものと悪いものがあるでしょうが、
それは試すしかありません。同じメーカーでも工場やロットによって変わるかも知れませんね。


425 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 19:07:29 ID:/rj76f/W
無調整で、10mAを測りたいとなると、1mVを測らなければならないので、
オフセットが、1mV以下のものを選定すれば良いのでしょうか?
そのうえで、R2Rで 1mV付近の直線性が問題となるようであれば、BIASを掛ける。
当初の目論見では,利得について正確には、19.53倍にします。そうすると、8bitのA/D変換値で10mA-2550mA
得られると考えました。実際の精度がどう落ち着くか興味を持っています。



426 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 20:16:45 ID:Nu9HqFqY
>>425
>8bitのA/D変換値

えっ。A/D 変換器の分解能が 8bit なんですか? どの話?
関連する書き込みレス番を教えてください。


427 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 20:28:38 ID:Nu9HqFqY
>無調整で、10mAを測りたいとなると、1mVを測らなければならないので、
電流センス抵抗 0.1Ω を想定していたのでしょうね。
電流センス抵抗の温度係数のこともお忘れなく。

>オフセットが、1mV以下のものを選定すれば良いのでしょうか?
OP アンプのオフセット電圧のことですか?
「無調整」でなく「調整する」のは不可なのですか?
「無調整」にこだわるとすれば、オフセット電圧自動調整に頼るのが
いいと思います。(方法はいろいろあり)


428 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 20:28:55 ID:/rj76f/W
>>426
>>410 が最初です。
PICのA/D変換は、10bitが多いですが、その8bit分を使用するということです。


429 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 20:51:31 ID:Nu9HqFqY
>PICのA/D変換は、10bitが多いですが、その8bit分を使用するということです。

そもそも発想がトンでるように思えます。計測して演算の後、8bit (256 段階) に
整理・丸める、というのなら納得できるのですがー。

まずは中級の測定器並みの性能を持つハードウェア・ソフトウェアを考え、
過剰性能なら、ドンドン削っていく・・・。但し削り方には注意が必要ですね。

設計にはバランス感覚が必要です。一部分だけ高性能・しかしあそこがボトルネック、
その格差が激しすぎ、なんていうのはアホな設計ですよね。


430 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 21:16:20 ID:/rj76f/W
>>429
電流値の測定は、オマケのようなものです。精度がいい方がよいのですが、
そのために、PICのメインの処理に余裕を持ちたいので、計測値の移動平均
は行いますが、乗算、除算は避けたいのです。
最終的には、8bitあれば良いので、そこを決めてしまいました。
A/D変換した時点で、そのまま使用できるようにという考え方です。
A/D変換時にSleepする余裕はありませんが、出来る限りの対策は考慮しようと思っています。

>>427
無調整に最大限こだわっているわけではありません。電流センス抵抗の温度係数もありますので
OPAMPの選定と、周辺回路の簡単な考慮で達成できるのであれば、そうしようと。
そうでなければ、精度を諦めたほうが、現在設計しているもののバランスが取れると思っています。
最悪、0.1A-2Aまでの表示でもしょうがないかなと思っています。



431 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 01:22:09 ID:4rH+h754
>>430
>最悪、0.1A-2Aまでの表示でもしょうがないかなと思っています。

変です。もう少し先に進めるのに。OP アンプにバイアスを加えるのを "躊躇" して
いるのがネックなのかも。
PIC の A/D 変換器の分解能が 10 bit なら、それを存分に生かして使いたいものですね。


434 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 08:50:19 ID:y2b2K4LT
>>430
>・・計測値の移動平均は行いますが・・
そこまでのソフトウェア処理も考えているのですか~。
それなら、電流センス抵抗の温度係数はもちろん、OP アンプ増幅器の出力がクリップしないような
アナログフィルターも考えなくてはね。クリップしてしまったら、いくらソフトウェアのプログラムで
平均化処理をしても無効ですヨン。


435 名前:434 [sage]:2007/06/12(火) 08:54:23 ID:y2b2K4LT
あ、過電流検出くらいだったら、なんとかなるか。
要求される性能が、どのくらい「低性能」・「高性能」なのか、全然よくわかりませ~ん。


436 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 09:06:47 ID:y2b2K4LT
さあね。まあこれだけは言っておこう。

 >>429
 設計にはバランス感覚が必要です。一部分だけ高性能・しかしあそこがボトルネック、
 その格差が激しすぎ、なんていうのはアホな設計ですよね。



440 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 20:11:42 ID:S0f064Z+
>>431
結局、高価なOPAMP選んでも無調整といううまい話にはなりにくそうですね。
ここは、定石どおり、BIASをかけて確実に狙う方が近道のようです。
PIC側の処理も、精度よくゲインを設定できれば、1step=10mAに換算できますから
あとは、OFFSETとBIAS分を、差引すれば、よさそうです。誤差分は、電流を流さないときの
A/D変換値ですから、簡単に求まるでしょう。思惑通りに再現するかどうか早速試してみようと思います。


442 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 20:46:42 ID:1O4xgfrf
>精度よくゲインを設定できれば、1step=10mAに換算できますから

このへんは、×。


443 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 21:23:18 ID:1O4xgfrf
y = a*x + b として、a, b を実数扱いしてほしいものです。


444 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 21:26:45 ID:1O4xgfrf
x = (y-b)/a ダロ


445 名前:774ワット発電中さん[]:2007/06/13(水) 01:03:58 ID:CCK65gDZ
割り算は「イヤ」だ、というのは容認するとして、
掛け算に変換する。a は定数だよ。
x = (y-b)/a, x = (1/a)*(y-b)
文句ある? 中学生くらいなら、知っているはずなんだけど。



チョッパアンプ


一連の書き込みの中で、私にとって最も興味をそそられたのが、このチョッパアンプの話題です。
と、言うよりも、ここで技術奴隷さんに質問をしている439は私なのですが・・・

一応、シミュレーションと実機での簡単な動作検証までは終えているので、いずれエントリにまとめたいと思っています。

418 名前:技術奴隷[]:2007/06/11(月) 06:42:21 ID:PFqISP/P
>>410
PICのポートが2個余ってればLM358でも問題なく使える。


423 名前:技術奴隷[]:2007/06/11(月) 15:09:57 ID:PFqISP/P
>>419
レンジ切り替えをする訳じゃないしバイアスを掛ける訳でも無い。
でも、ピンが余ってないならいずれにせよ無理だね。


424 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/11(月) 17:28:56 ID:Nu9HqFqY
>>423
増幅器の利得は変えない & オフセットも変えない。いったい何を変えるんだろうか。
後学のため、どんな方法かお教え願えないでしょうか。


432 名前:技術奴隷[]:2007/06/12(火) 05:45:45 ID:1IFCxzxa
>>424
オペアンプで増幅する前に信号をチョッピングしてAC分を増幅すれば
安価なアンプで高性能が得られます。


433 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 08:36:06 ID:y2b2K4LT
>>432
>・・AC分を増幅すれば・・

その結果をどうやって DC (近くの) 成分に変換するの?
これ↓をお忘れなく

 >421
 >抵抗を1本でも、減らせるのであれば、OPAMPは、少し高めになっても検討の余地があると思っています。



437 名前:技術奴隷[]:2007/06/12(火) 16:33:46 ID:1IFCxzxa
>>433
かなり頭が固くなってる人かな。
アナログ出力が必要でなければACのままADしてしまえば無問題。
チョッピングパルスは自分で作るのだから、同期させてADすれば済む事。


439 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/12(火) 19:52:22 ID:gpHuR+NR
>437
横レスですみませんが、マイコンポート2つを使う信号のチョッピング
とは具体的にどのような回路で行うのでしょうか?


448 名前:技術奴隷[]:2007/06/14(木) 21:56:59 ID:pDOhe4fV
>>439

普通は入力側をチョッピングするのだけど、電流計測等ではアンプの出力側をCで切って
同期整流した方が良い場合もある。熱電対等なら入力側だけチョッピングすればOK


451 名前:439[sage]:2007/06/15(金) 18:19:35 ID:MHgqsRv+
>450
すみません。聞き方がよくありませんでした。>432を見て私が想像したのは
ttp://www.tij.co.jp/jsc/psheets/SBOA099A.pdf?application_note--appli_report.ht
の中の「古典的なオートゼロアンプ方式」のようなものだったのですが、この回路では
信号をチョッピングするために何らかのスイッチが必要になりますよね。

このスイッチには何を使えばよいのでしょうか?
まったく見当違いな事言ってたらすみません。

001_20110304192733.png


452 名前:技術奴隷[]:2007/06/15(金) 22:10:18 ID:ABKqkZjs
>>451
面白い資料を見つけてきましたね。基本はそれでOKです。
とりあえずこんな回路でOKだと思うけどいかが?
ttp://www.geocities.jp/one_prisoner/AIF.html

AIF.png


456 名前:439[sage]:2007/06/16(土) 00:25:25 ID:2ZXmBs8/
>452
なるほど。入力側のチョッピングはGNDに落とすだけだからI/O直結でよいのですね。
しかし実を言うと、出力側をチョッピングするとどんな良い事があるのか理解できてません。
ゆっくり考えてきます。ありがとうございました。


457 名前:774ワット発電中さん[sage]:2007/06/16(土) 16:35:29 ID:5GDKC6PH
大昔のチョッパーアンプのことを言っているらしい、ということは
わかりました。ありがとうございました。




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