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13 Februar 2014

Ein Programmier- und Isolieradapter mit galv. getrennter Spannungsmessung für die Franzbox

....schon immer fehlt der Box eine Möglichkeit, galvanisch getrennt Spannungen zu messen, und auch ein paar andere Dinge stehen schon sehr lange auf meiner Wunschliste.

Ich habe daher beschlossen, meiner Franzbox eine zusätzliche Schaltung zu spendieren
die dann bei Bedarf an die schon vorhandenen Steckverbindungen angeschlossen werden kann.
Sowohl bei der ursprünglichen Version wie auch bei der Mini-Version.

Meine Versuche mit dem I²C-Delta-Sigma-ADC MCP3426 waren sehr vielversprechend,
und in Verbindung mit einem I²C-Isolator ADUM2250 war die getrennte Spannungsmessung
problemlos machbar.Ich bin auf ein weiteres hochinteressantes Bauteil gestossen: ADUM5241.

Der ADUM5241 ist ein Isolator für serielle Signale mit TTL-Pegel (5V) der sogar einen
DC-DC-Wandler integriert hat. Der schafft zwar nur ca 5V,10mA, aber für den Betrieb
des I²C-Isolator und dem AD-Wandler reicht das, und zusätzlich sind da noch die beiden
galv.getrennten Datenleitungen, die vielleicht durchaus noch wertvoll sein könnten.
Aus diesem Grund sind Widerstände in den RXD und TXD Leitungen vorgesehen
um die seriellen Leitungen entsprechend umzukonfigurieren
(Ich denke da insbesondere an Datenverkehr in Richtung Akkus und zurück.
Schliesslich habe ich ja auch schon ein BMS mit serieller Datenübertragung griffbereit
in der Schublade liegen und die Auswertung ist schon funktionsfähig im Franzboxprogramm
integriert. Ich muss daran aber noch ein paar grundsätzliche Dinge ändern weil das
Auslesen viel zu langsam erfolgt damit die einzelnen Werte mitgelesen werden können.
Das ist aber nicht gut! so sind die Werte nicht vergleichbar!)
Der ADUM5241 wird aber wohl eher eine Option bleiben, weil die Galv.Trennung
in Fall einer Datenleitung besser in der Nähe des "anderen" Potentials liegen sollte
und die Datenleitungen auf dem Potential der Karosserie 0V-12V.

Da die Leistung eines ADUM5241 ohnehin nicht bzw nur sehr knapp für den Betrieb
eines LEM HASS200S am getrennten Potential ausreicht und auch die Regelung der
Ausgangsspannung  nicht so ganz perfekt ist werde ich (zähneknirschend..) einen optionalen
DC-DC-Wandler für diesen Fall vorsehen müssen. (ab ca 15 Euro, geregelt)

Weil ich schon mal dabei bin kommt auch noch ein serieller Schnittstellenwandler auf die Platine,
wobei ich mich da an der Schaltung des Arduino / Freeduino serial orientiert habe.
Was bedeutet das? Zusätzlich zur Umsetzung der TTL-Signale auf RS232-Pegel ist auch noch
die Leitung zum Auslösen des Reset mit drauf so dass die Franzbox sich damit wie ein
Arduino serial verhält wenn ein Prozessor mit Arduino-Bootloader drinsteckt.

Ein 6-Pol-ICSP-Anschluss darf natürlich auch nicht fehlen.Die Pins dafür sind ja schon alle
von Anfang an herausgeführt (und fürs Display verwendet) aber mein Stecker entspricht
keiner allgemeingültigen Norm.

die verwendeten ICs sind winzig klein, und die Schaltung auf den Bildern ist noch nicht fertig
gezeichnet, aber die entscheidenden Dinge sind schon drauf. Alles was links der beiden ADUM
liegt ist auf dem Spannungspegel der Franzbox, alles was rechts davon liegt ist davon galvanisch getrennt
und die Signale werden innerhalb der ADUM induktiv übertragen





um eine Vorstellung der Größe der MCP AD-Wandler zu vermitteln : ein "Bildschirmfoto"
Eigentlich müsste das alles in einer Streichholzschachtel platz haben



Die Gehäusefrage und somit auch Abmessungen etc sind noch völlig offen,
Den Schalttransistor für dei Ansteuerung des automatischen Nachladens werde ich auch noch
irgendwo unterbringen. Vielleicht werdens aber sogar mehrere Geräte...
ein ultrawinziger galv-getrennter I²C-Adapter zum Spannungen messen wäre sicher auch was nützliches....
mal sehen wie sich alles ausgeht
....bis demnächst!

Franz

Noch ein Nachtrag:

Der DC-DC-Wandler um gegebenenfalls den LEM-Wandler am Potential der Fahrakkus
zu betreiben entwickelt sich hier zu einem etwas unerwarteten Problemchen.
Die Dinger sind schlicht und einfach sehr teuer wenn sie erweiterten Eingangsbereich und
geregelten Ausgang haben sollen. es wird sich daher wohl eher darauf hinauslaufen, dass ich
zwei AD-Wandler einsetzen werde. einen auf Fahrzeugpotential und einen auf Akku-Potential.
Das zieht aber ebenfalls Kreise...... ich brauche dann Typen mit konfigurierbarer Adresse.
also eventuell einen MCP3426 mit fester Adresse am GND der Box und einen 3428
der am Akku-Potential betrieben wird.(oder umgekehrt bzw gleich zwei 3428)
Der Preis ist nicht problematisch 3426 im SOIC8 Gehäuse 2,25€  3428 im SOIC14 4,97€
und im sehr!!!!! winzigen TSSOP14 Gehäuse etwas über 3€  ist aber leichter zu bekommen als
die Version im SOIC14 Gehäuse, den hat eigentlich nur Farnell die anderen z.B. auch Reichelt.
Immer noch viel billiger als ein DC-DC-Wandler für ca 40€
Der 3428 hat ja vier Kanäle, aber eigentlich brauche ich gar nicht so viele.
Man könnte jetzt sagen: dann messen wir doch an mehreren Stellen des
Akkupacks und erkennen so Unregelmäßigkeiten aber ganz so einfach ist das dann gar nicht.
weil so die Akkus nicht gleich stark belastet werden. man muss ja immer gegen den selben
Punkt messen. ..oder mehrere Wandler einsetzen..... aber dann gibts bessere Lösungen
das werde ich daher wohl nicht machen. Vier Messeingänge, das reicht vorerst!.



Kommentare:

  1. Hallo Franz, ich bin gerade auf den ADUM 4190 gestoßen, das ist ein auf der ADUM Technologie basierener isolierter analoger Fehlerverstärker (überwiegend für den Einsatz in Netzteilen gebaut). Der würde sich aber auch sehr gut zur Messung der Batteriespannung eignen. mal sehen ob ich an so eine Käfer rankomme, dann werde ich einen Testaufbau machen. Ansonsten ist das Wochenende voll der Meenzer Fassenacht gewidmet: Helau!

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    1. Ja, das klingt ganz brauchbar, ist sicher eine nähere Betrachtung wert.
      Die Messung der Gesamtspannung wäre damit sicherlich machbar, aber an Messgenauigkeit bringts keinen Vorteil, weil man ja nur die Spannungsmessung mit zusätzlichem Fehler
      auf die nicht getrennte Seite verlagert.Eine eigene Spannungsversorgung braucht der auch
      auf beiden Seiten. ich bin immer noch auf der Suche nach einer guten Basis für Einzelzellenmessung und da lande ich immer wieder bei einer "daisychain-Lösung"
      mit je einem ATtiny pro Zelle und dann nur noch je einem Isolator an den beiden Enden des Stranges.......das summiert sich immer und dann ist man sehr schnell wieder auf
      dem harten Boden der Kostenfrage....
      Falls Du nicht an Muster rankommen solltest, da könnte ich notfalls was in die Wege leiten

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