Amplification à gain variable

[s-bouba]

Bonjour tout le monde,

je cherche à réaliser un montage qui me permette d'amplifier le signal de sortie d'un capteur de courant type SCT-013-030
pour 30A dans le primaire la sortie est de 1V (il y a une résistance de charge à la sortie du secondaire que j'ai mesuré à 60 ohm avec un voltmetre). Je compte mettre ce capteur derrière mon tableau electrique sur un circuit electrique de 20A qui va alimenter les prises de ma cuisine. La plage de puissance peut être assez large (de juste un chargeur de téléphone à grille pain + hotte + bouilloire ). Si la charge est de 50W j'aurais 0.2A dans le primaire et donc 0.007V dans le secondaire.

Je voudrais donc mettre un circuit avec un amplificateur dont le gain est variable derrière le capteur. il se trouve que j'ai une resistance variable programmable de type x9c103. il existe une lib pour Arduino. J'ai également un AOP LM358. Je me suis dit que je devrais pouvoir faire qqchose avec tout ça. Le probleme c'est que je suis une bille en electronique

Je me suis basé sur le deuxieme montage trouvé sur cette page : https://docs.openenergymonitor.org/e...h-arduino.html pour ajouter une composante continue à la tension de sortie de la pince. Mais ensuite quand j'essaie de la faire passer dans l'APO (même sans resistance variable), je comprends pas ce que j'ai en sortie. Je suis un peu perdu.


Je prends le point noté Arduino input et je le met dans mon AOP en montage non inverseur (avec un potentiometre de 10k pour R1 et R2). Mais à la sortie j'ai rien. Zéro volt. Du coup je ne capte pas ce que je fais faux.

Qu'est ce que vous pensez de mon idée ? Qu'est ce que je fais de travers ? Vous auriez fait autrement ? N'hésitez pas à me demander plus d'infos.

Merci de votre aide.

Ruben

Merci de votre aide
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[jiherve]

bonsoir,
donnes donc un schéma, je pressens un loup!
JR

[JP]

Hello,

Sur "Arduino Input" tu as forcément 2.5V vu que tu as un simple pont diviseur qui va diviser par 2 ton 5V avec R1=R2=10K
Tu peux déjà vérifier ça.

Après si tu veux mon avis, la polarisation avec simplement 2 résistances + un condensateur en série c'est barbare.

Je serais toi, je me poserais déjà les questions suivantes:
- Quelle résolution en courant je souhaite ?
- Quelle est la résolution de mon ADC ?
- Quelle est la tension de pleine échelle de mon ADC ?

Pourquoi être parti sur le 2ème schéma et pas le premier ?

Si à 30A, tu as 1V en sortie avec 60 ohms, alors tu peux avoir 3V en remplaçant la résistance par une 180ohms. Si tu as une référence interne à 3V et si tu as un ADC 12bit, alors ca te fait 30A/4096 = 7.3mA de résolution sans amplification, sans gain variable.

Un autre solution est de mettre deux amplificateurs avec deux gains différents, un pour les faibles courants et l'autre pour les courants plus fort.

A+

[jiherve]

re
un Arduino c'est 10bits et la ref est normalement 5V . Un suiveur ne sert à rien sauf si l'on désire modifier le gain mais là attention à la polarisation à 2.5V.
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[s-bouba]

Merci pour vos réponses !

Alors voilà le schéma que j'ai fait.

Je me demande si j'ai pas fait simplement une erreur de cablage hier d'ailleurs. A force de réessayer j'ai peur de m'être emmelé les pinceaux. Je reessayerais cette aprem.

Petite info : c'est pas tout à fait un arduino, c'est un ESP32. Je voulais garder la question la plus simple mais si ça a son importance je précise. D'ailleurs pour info l'ADC a une non liearité importante, surtout aux extrémités : https://randomnerdtutorials.com/esp3...ad-arduino-ide

JP > Par rapport à ta question concernant la résolution : j'ai fait ces petit calcul :

Pour 50W, sans amplification, je n'utiliserai que 0.57% de toute la plage de mesure possible. Sachant que là dessus il faut faire plusieurs mesures et des calculs pour avoir la puissance RMS (le courant n'est pas toujours sinusoidal) j'ai peur qu'au final la marge d'erreur soit enorme (mais ptet que je me trompe). En jouant avec une resistance variable, je peux arriver à 57% de la plage de mesure, je serais plus en confiance pour faire des calculs avec ça ensuite.

Après si tu veux mon avis, la polarisation avec simplement 2 résistances + un condensateur en série c'est barbare.

JP > Qu'est ce que tu veux dire par barbare ?

JP > Pourquoi le deuxieme schéma. ils expliquent sur le site que dans le cas du premier schéma si l'alim utilise une capacité de découplage ça peut introduire du bruit dans la mesure. Enfin je crois :

It’s been pointed out that many switched-mode power supplies include a capacitor connected between the negative end of the high voltage d.c. rectified a.c. mains supply and the negative of the secondary side output, to reduce electromagnetic interference from the primary switching waveforms. This has the effect of introducing noise into the analogue input. The second configuration, which is used in the emonTx4 and the emonPi2, avoids this problem.

JP > J'aime bien cette idée d'avoir deux AOPs avec deux gains différents.

[antek]

. . . si l'alim utilise une capacité de découplage ça peut introduire du bruit dans la mesure.

. . . connected between the negative end of the high voltage d.c. rectified a.c. mains supply and the negative of the secondary side output, to reduce electromagnetic interference . . .

Cela concerne un condensateur interne à alimentation à découpage et n'a rien à voir avec le découplage dont on parle ici.
Quand on dit "découpler l'alim" on ne parle pas du générateur de tension mais de la tension d'alimentation qui arrive aux composants. Il faut comprendre "placer un condensateur au plus proche des pin d'alimentation du composant".

Où est le schéma ?

[s-bouba]

antek > Merci pour ta réponse Tu veux le schéma de l'alimentation que je vais utiliser ? J'ai aucune idée de l'alim que je vais utiliser. J'essayais juste de répondre à JP qui me demandais pk j'avais pris le deuxieme schéma de cette page : https://docs.openenergymonitor.org/e...h-arduino.html

[antek]

Le schéma de "voilà le schéma que j'ai fait" ! Tu viens d'y répondre.

[JP]

Si tu mets un offset de 2.5V sur l'entrée de ton amplificateur non inverseur, tu vas l'amplifier de la même manière que ton signal donc tu vas faire saturer ton AOP si tu as un gain > 1.

Je serais toi, je mettrais plutôt l'offset sur l'entrée + de l'AOP. et j'entrerais avec le signal sur l'entrée -. Ca te fera un amplificateur inverseur mais le signe c'est du soft

Ou un amplificateur a transimpédance en supprimant la résistance de 60 ohms ?

JP > Qu'est ce que tu veux dire par barbare ?

Tu connectes en parallèle de la charge de ton capteur une impédance qui peut impacter aussi bien l'offset que la mesure du courant alors oui, le condensateur va supprimer la composante continue, oui l'impédance de ton pont diviseur est grande par rapport à tes 60 ohms mais par principe j'éviterais de mettre des choses en parallèle de tes 60 ohms.

Pourquoi le deuxieme schéma. ils expliquent sur le site que dans le cas du premier schéma si l'alim utilise une capacité de découplage ça peut introduire du bruit dans la mesure. Enfin je crois :

J'ai aussi du mal à comprendre pourquoi le 2ème schema poserait plus de problème

Petite info : c'est pas tout à fait un arduino, c'est un ESP32. Je voulais garder la question la plus simple mais si ça a son importance je précise. D'ailleurs pour info l'ADC a une non liearité importante, surtout aux extrémités : https://randomnerdtutorials.com/esp3...ad-arduino-ide

Je n'ai pas de bonnes expériences avec l'ADC des ESP32 ... C'est une nouvelle génération -Cx ou Sx ? La référence interne a une tolérance de 10% de mémoire et Espressif préconise une méthode de calibration mais bon, ça n'inspire pas confiance ...

[jiherve]

bonjour,
coté schéma c'est ce que je craignais
je crains que le transimpédance ne soit à oublier avec un transfo de courant car si l'AOP est non alimenté alors charge infinie sur secondaire => surtension pouf l'AOP!
Autrement on peut garder le schéma en limitant le gain au mode alternatif en rajoutant une chimique en série avec la resistance de pied du pont de CR.
JR

[JP]

je crains que le transimpédance ne soit à oublier avec un transfo de courant car si l'AOP est non alimenté alors charge infinie sur secondaire => surtension pouf l'AOP!

Diodes en parallèle du secondaire du transfo de courant pour limiter la tension ?

[jiherve]

re
oui cela protégera mais la linéarité en souffrira, peut être un pont de clamp aux alimentations.
JR

[s-bouba]

Encore une fois, mille mercis

Concernant la résistance de 60 ohms : elle est dans le boitier du capteur de courant. pas possible de l'enlever.

JP > très clair pour le "barbare", en effet ça peut avoir une incidence sur la mesure.
JP > c'est un ESP32 simple. les nouvelles generations sont mieux niveau ADC ? Sinon je peux toujours prendre un ADC en I2C en plus.
JP > par rapport à ta remarque de mettre l'offset sur le + de l'AOP et pas sur le - sinon on amplifie l'offset, c'est bien vu ! Du coup niveau schéma ça donnerait ça ?


Si j'en crois wikipedia il s'agit d'un montage différentiel : https://fr.wikibooks.org/wiki/%C3%89...f%C3%A9rentiel

Donc là j'ai "plus qu'à" trouver les bonnes valeurs de résistances pour que ça fasse ce que je veux ? Le condensateur ne va pas avoir d'impact sur Us ? ça ressemble un peu à un montage dérivateur.


jiherve > j'ai rien compris avec la transimpédance. pk une charge infinie si aop pas alimenté ?
jiherve > et ça j'ai pas du tout compris non plus "on peut garder le schéma en limitant le gain au mode alternatif en rajoutant une chimique en série avec la resistance de pied du pont de CR" Désolé

[JP]

Concernant la résistance de 60 ohms : elle est dans le boitier du capteur de courant. pas possible de l'enlever.

Ca se démonte facilement. Je l'ai déjà fait Suffit d'ouvrir le capteur, pousser des petits clips qui se trouvent de chaque côté du bobinage et tout sortir. Tu veras un PCB avec une résistance CMS juste dessous.

JP > c'est un ESP32 simple. les nouvelles generations sont mieux niveau ADC ? Sinon je peux toujours prendre un ADC en I2C en plus.

J'ai eu plein de souci avec la première génération d'ESP32. Même en moyennant énormément, j'avais de mauvais résultats.
C'était du code arduino et en regardant la documentation, j'ai vu qu'Espressif avait tout une procédure de calibration dans son API ESP-IDF et pas sûr qu'Arduino intègre tout ça.
En cherchant sur le net, j'ai vu qu'il y avait en plus des bugs connus avec l'ADC sur l'ESP32 ... Donc si j'avais à choisir, je partirais plutôt avec un ADC extrerne.

Et j'ai utilisé il y a peu l'ADC d'un ESP32-C6 et pas de souci. Par contre, c'était avec ESP-IDF et pas arduino. La procédure de calibration est toujours aussi lourde mais le résultat est moins mauvais que ce que j'ai connu avec l'ESP32.

JP > par rapport à ta remarque de mettre l'offset sur le + de l'AOP et pas sur le - sinon on amplifie l'offset, c'est bien vu ! Du coup niveau schéma ça donnerait ça ?

Oui et tu peux même supprimer la capa qui ne sert plus à rien.

[jiherve]

re
pourquoi chercher la complication une simple capa chimique en série comme indiqué plus haut résout tous les problemes, gain unitaire en DC et ce que l'on veut en AC.
JR

[s-bouba]

Jiherve > Stp est ce que tu veux bien m'expliquer ce que tu veux dire par :

on peut garder le schéma en limitant le gain au mode alternatif en rajoutant une chimique en série avec la resistance de pied du pont de CR

c'est quoi le pont de CR ? Contre réaction ?

Et sinon j'ai pas trouvé le temps hier d'essayer ça mais je vous tiens au courant des que ça avance

[s-bouba]

Est ce que ce serait qqchose comme ça ?


(Trouvé ici : https://electronics.stackexchange.co...ed-from-a-0-5v)

[jiherve]

bonjour,
oui dans le principe mais il faudra augmenter C1 et C2 pour passer le 50Hz, avec 10µ c'est bon.
Ceci dit s'il s'agit de mesurer la valeur moyenne du courant il faudra passer par un dispositif de redressement, a défaut il faudra coder avec un échantillonnage rapide (qqs centaines de Hz) et filtrer par soft ensuite
JR