Medir una tensión analógica con conexión a tierra aislada

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Estoy trabajando con un EV (automóvil) solar, y necesito medir la señal del pedal del acelerador. El pedal del acelerador es esencialmente una olla de 10k ohm entre 5v y gnd en el controlador del motor. (Señal 0-5V).

Según las reglas, los circuitos de alta y baja tensión en el EV deben estar aislados. La especificación exacta es el aislamiento de resistencia de 100 V ohmios de ambos terminales del banco de baterías de alto voltaje al circuito de bajo voltaje, donde V es el voltaje nominal del banco. El valor nominal del banco es de aproximadamente 110 V, por lo tanto, necesito tener al menos 11 k ohmios de resistencia en el lado del HV. El circuito de bajo voltaje (que funciona con mi electrónica) se alimenta desde un convertidor DC-DC aislado.

Como tal, el problema actual es que el hnd gnd y LV gnd están aislados, por lo que no puedo enviar la señal del acelerador directamente a mi MCU. Puedo ver un par de soluciones, pero no estoy seguro de cuál es la mejor / más fácil / más rápida (en términos de implementación y retraso de señal) / la solución más confiable. Creo que preferiría una solución ópticamente aislada si es posible. Mis ideas:

  • Op-amp aislado (TI ISO124 enlace ? Problema: caro, no tiene parte en la mano, nunca se usó antes ... solución simple aunque)
  • Optoacoplador lineal (IL300, ninguna pieza a mano, complicada, nunca antes utilizada)
  • ADC - opto - DAC (use una MCU pequeña en el lado HV para hacer el ADC y envíe en serie el optoacoplador. Fácil pero complejo, ¿retardo potencial de la señal? llevará tiempo ..)
  • voltios a frecuencia - > opto - > MCU (LM331: no tiene parte a mano, nunca antes hecha, tiene que escribir el código de conversión de frecuencia para MCU. Sin embargo, simple)

O no aislado:

  • Amplificador de instrumentación diferencial, enlace HV gnd a LV gnd en amp con resistor de alto valor (INA128: Tenga a mano una solución simple con un mínimo de piezas. Desventaja de no aislamiento pero quizás no sea un problema porque cumple con las normas AFAIK. ¿Problemas potenciales de ruido? ¿Posibilidad de falla a través de una resistencia de alto valor?
  • opción B?

No estoy seguro de qué camino tomar desde aquí. Poco tiempo y necesita una solución confiable. ¿Siento que hay una solución super simple que solo estoy perdiendo? ¿Quizás la solución de amplificador diferencial está bien y solo estoy siendo paranoico? Cualquier sugerencia o recursos serían apreciados!

    
pregunta Rambo

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También puede convertir la señal en una señal PWM de algún tipo.

Puede hacer eso con un NE555 / LM555 / LMC555 / etc, en las hojas de datos hay muchos ejemplos sobre cómo construir un oscilador donde se usa la entrada de voltaje de control para cambiar el módulo de ancho de pulso de la señal de salida.

Una forma más fácil es usar un chip para eso, al momento de escribir, Linear tiene uno llamado LTC6992 . Tenga en cuenta que el LTC toma de 0 V a 1 V, por lo que tendrá que atenuar la señal del pedal en un factor de 5.

Luego, puede transportar esa señal a través de cualquier barrera que funcione con sus especificaciones y convertirla de nuevo en una señal PWM con flanco marcado de 5V (o 3.3V o cualquiera que sea su lógica) y transmitirla a un simple conjunto R / C :

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El amplificador operacional solo es necesario si tiene una impedancia de entrada relativamente baja o necesita una precisión muy alta en una entrada de muestra y retención.

Los valores de los componentes dibujados son una sugerencia para una señal PWM de 100 kHz o superior. Sin embargo, aún puede tener una ondulación notable en valores bajos de PWM, un alcance lo dirá. Cuanto más alto sea el valor de RC, más lento responderá a los cambios, por lo que la mera idea no es solo chuck en 10μF y 100k, pero siempre que R * C < 0.001 debería obtener una respuesta bastante buena.

Si desea una gran capacidad de respuesta y no hay ondulaciones, por supuesto, la frecuencia PWM debe ser tan alta como puedan admitir sus componentes específicos. Ten en cuenta también los tiempos de subida de los aisladores, deberían permitir que todavía haya una parte superior plana en un pulso de 5% de ancho si quieres que todo el rango llegue a ser algo utilizable. (Pero con abboraciones menores en el porcentaje más bajo o dos que puedan necesitar algunas matemáticas de la UC, o puede ignorar el límite superior e inferior, debería estar bien para un acelerador).

En todos los puntos, no se olvide de considerar qué sucede en las señales si se interrumpe una conexión y asegúrese de que la salida por defecto "no va" en lugar de "velocidad completa". Puede invertir las señales lógicas o girar la alimentación en el potenciómetro original, o invertir la salida final, por lo que debería poder averiguarlo.

Es posible que pueda convertir la barrera de aislamiento en dos condensadores clasificados para 2 o 3 veces Vpeak-HV para esto, como algo como esto:

simular este circuito

Pero eso depende un poco de algunos detalles específicos de los requisitos.

En esa configuración, el diodo D2 es solo para ofrecer cierta compensación al comparador (por cierto, puedes voltear las entradas para invertir la señal que se requiere), para que tenga un comportamiento muy bien definido.

A 100 kHz, la parte real de la Z de 100nF es aproximadamente comparable a 16 Ohm, por lo que 20kOhm tomará la peor parte de la señal, por lo que si el PWM original también es de 5 V, esto debería, en teoría, ofrecer muy agradable y agudo transferir. Aunque no he probado esto en el mundo real hasta la fecha.

D1 es solo un poco de seguridad. En la mayoría de los casos, el comparador debe permitir 0.7V por debajo de su riel de suministro en la entrada.

    
respondido por el Asmyldof

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