Como converter TRUE RMS em DC com circuitos analógicos?

albert_emule · 26 de janeiro de 2014

Como eu poderia converter a tensão TRUE RMS de uma forma de onda para uma tensão em nível DC de forma analógica? sem usar circuitos digitais?

Tem alguma maneira simples de se fazer isso com poucos componentes?

Um amigo teima que poderia ser feito com um simples filtro passa baixa. Eu duvido muito, mas não saberia explicar porque exatamente. Eu queria entender melhor isso.

O que é preciso fazer para se ter tal conversão?

aphawk · 26 de janeiro de 2014

@albert_emule,

O problema é exatamente o que voce escreveu : qualquer forma de onda !!!!

Se fizer um simples filtro passa-baixa, vamos perder as componentes de frequência mais alta do que a do filtro... Traduzindo, vamos medir apenas uma parte da energia contida no sinal.

Seu amigo está errado.

A maneira mais simples que eu já ví era usando um NTC que esquentava conforme a energia do sinal aplicado e modificava a resistência, e desequilibrava uma ponte ..... Ainda assim não tinha muita precisão e nem linearidade.

Olha um exemplo de um circuito que faz a conversão da maneira correta, e que deve servir para qualquer tipo de forma de onda , e o princípio usado está bem descrito no texto.

http://www.ti.com/lit/an/snoa690/snoa690.pdf

Mas hoje temos uma solução prontinha, em um CI :

http://www.linear.com/product/LTC1968

Paulo

mroberto98 · 26 de janeiro de 2014

@albert_emule,

O problema é exatamente o que voce escreveu : qualquer forma de onda !!!!

Se fizer um simples filtro passa-baixa, vamos perder as componentes de frequência mais alta do que a do filtro... Traduzindo, vamos medir apenas uma parte da energia contida no sinal.

Seu amigo está errado.

A maneira mais simples que eu já ví era usando um NTC que esquentava conforme a energia do sinal aplicado e modificava a resistência, e desequilibrava uma ponte ..... Ainda assim não tinha muita precisão e nem linearidade.

Olha um exemplo de um circuito que faz a conversão da maneira correta, e que deve servir para qualquer tipo de forma de onda , e o princípio usado está bem descrito no texto.

http://www.ti.com/lit/an/snoa690/snoa690.pdf

Mas hoje temos uma solução prontinha, em um CI :

http://www.linear.com/product/LTC1968

Paulo

Paulo, no proteus funcionou perfeitamente para qualquer forma de onda!!!

Depois posto os resultados!

aphawk · 27 de janeiro de 2014

@mroberto98,

Posta o circuito pra ver a simulação. Vou fazer uma onda complexa com vários geradores e ver o que acontece.

Paulo

albert_emule · 27 de janeiro de 2014

Vou citar o que eu fiz:

Acessei o datasheet do circuito integrado UC3845, que é um CI para correção de fator de potência.

http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/texasinstruments/uc3854.pdf

Lá na página 8 em "FIGURE 1 - Typical Application" tem um terminal do CI que faz leitura de tensão. É o terminal 8.

Um filtro pega a tensão retificada da rede e transforma em uma tensão DC.

Foi este filtro que eu copiei.

Fiz uma ponte completa com diodos 1N4007.

Fiz as seguentes substituições:

Resistor de 910K por 1M;

Resistor de 91K por 100K;

Resistor de 20K por 27K

Capacitor de 0,5uF por 0,47uF

O capacitor de 0,1uF eu usei original.

Peguei um no-breaks destes que possuem forma de onda retangular PWM 60Hz na saída, com tensão RMS de 115V garantidos pelo microcontrolador.

Estes no-breaks são Standby. Isso quer dizer que quando estão plugado numa tomada que tenha energia eles fornecem na saída a tensão da tomada.

Coloquei ele num varivolt e ajustei a tensão até que a tensão de saída ficasse em 115V, igual a tensão RMS que o no-break produziria quando estivesse em bateria com a diferença da onda ser retangular PWM, com o nível DC da onda em 170V, enquanto que o nível DC da onda senoidal 115V é de 161V. Mas em fim, a mesma tensão RMS.

Se o filtro fosse mesmo TRUE RMS, ele deve apresentar na saída o mesmo valor DC, não importando a forma da onda.

Eu também coloquei uma lâmpada incandescente para servir de carga para o no-break e também para observar se o brilho mudava na mudança de senoidal para retangular PWM. Era uma lâmpada de 100W que em 115V estava dando 86W.

Coloquei o filtro na saída do no-break e medi a saída do filtro com o multímetro na escala de 20V DC:

Deu 2,50V dc.

Desliguei o no-break do varivolt e observei se o brilho da lâmpada havia mudado:

Não mudou, estava a mesma coisa.

Observei a tensão na saída do filtro:

Estava em 1,90V dc.

O teste deu negativo. Filtro passa baixa não dá a média TRUE RMS de uma forma de onda.

O filtro deveria dar saída de 2,50V dc independente da onda ser retangular PWM do inversor ou senoide da rede, visto que as duas tensões eram de 115V RMS.

Ainda completo que se estivesse verificando a tensão diretamente com um multímetro TRUE RMS, ele daria valores iguais, tando para a senoide como para a onda PWM retangular.

Se fosse um multímetro comum junto com um multímetro TRUE RMS, daria iguais só quando fosse onda da rede elétrica.

Quando entrasse no inversor o multímetro TRUE RMS continuaria 115Vac enquanto o multímetro comum mostraria 85Vac.

@albert_emule,

O problema é exatamente o que voce escreveu : qualquer forma de onda !!!!

Se fizer um simples filtro passa-baixa, vamos perder as componentes de frequência mais alta do que a do filtro... Traduzindo, vamos medir apenas uma parte da energia contida no sinal.

Seu amigo está errado.

A maneira mais simples que eu já ví era usando um NTC que esquentava conforme a energia do sinal aplicado e modificava a resistência, e desequilibrava uma ponte ..... Ainda assim não tinha muita precisão e nem linearidade.

Olha um exemplo de um circuito que faz a conversão da maneira correta, e que deve servir para qualquer tipo de forma de onda , e o princípio usado está bem descrito no texto.

http://www.ti.com/lit/an/snoa690/snoa690.pdf

Mas hoje temos uma solução prontinha, em um CI :

http://www.linear.com/product/LTC1968

Paulo

Paulo,

Daria para adaptar este circuito num alicate amperímetro dos baratos de R$ 60,00?

Você saberia informar componentes mais fáceis de achar que pudesse substituir os deste esquema?

O LM318 parece ser o mesmo, apenas em invólucro diferente:

http://proesi.com.br/catalog/product/view/id/5950/s/lm318-n-circuito-integrado/

1N914 eu também achei:

http://proesi.com.br/1n914-diodo.html

Só não achei os transistores. Por quais substituir?

Valeu!

mroberto98 · 27 de janeiro de 2014

Você deve ter feito algo errado... Porque aqui funcionou hehehe

A impedancia dos multímetros simples são de 1M, e você ponhou um resistor de 1M... Logicamento a tensão sera alterada!

albert_emule · 27 de janeiro de 2014

Você deve ter feito algo errado... Porque aqui funcionou hehehe

A impedancia dos multímetros simples são de 1M, e você ponhou um resistor de 1M... Logicamento a tensão sera alterada!

Fez tudo do jeito que está lá no datasheet do componente.

Substituí apenas por aqueles componentes que eu citei mas que eu acredito que não deveria influenciar no resultado.

Utilizei para aferir a tensão a faixa de 20V, que possui impedância de entrada de 10M Ohms e precisão de +-0,8%

O modelo é ET-2082A minipa.

mroberto98 · 27 de janeiro de 2014

10M contra 1M sao mais que 10% de imprecision hehehehehe
O seu nobreak, para dar 115Vrms em onda quadrada que tem 170Vp, deve ter larguras de pulso em 2.1 / 1, (67.65% of duty cicle) Faça o calculo você mesmo para saber quanto de largura uma retangular de 170Vp precisa ter para resultar em 115Vrms!!! o seu multimetro daria 85V, aqui deu 114V

Na imagem eu ja ponhei uma onda de 0 a 170V imitando a retangular do seu nobreak retificada em onda completa!

ai está em 100Hz

e outra coisa, independente da frequencia vai sempre dar os 115Vrms! seja 60Hz ou 100Mhz

Tem também o teste com uma senoide com apenas meio ciclo!! de 100Vp aprox, indicou 32Vrms, do jeito que deve ser hehe

Matematicamente a rms disso seria 35.355Vrms se fosse tudo ideal... mas parece que a senoide do proteus não ta estão perfeita hehe (e tem o desconto do 0.6 do diodo também!)

albert_emule · 27 de janeiro de 2014

Um outro detalhe é que a tensão de pico não é fixa. Ela cai conforme a tensão da bateria vai caindo e um sistema com relés corrige esta tensão com variações de +- 5%. Inicialmente a tensão da bateria é de 13.8V e final é de 9V.

Usei um no-break Enermarx

Vou fazer novos testes com no-break SMS.

mroberto98 · 27 de janeiro de 2014

ueee.... se cai a tensão da bateria os 170Vp vai cair também, mas a largura dos pulsos aumenta pra manter a rms... testes com queda maior que 10% (150Vp):

novamente fiz o calculo matematico e teria que ter 3.2863/1 (76% of duty cicle) (conta teorica)

Agora as provas praticas:

Tai as provas de que meu filtro funciona para qualquer forma de onda e frequencia hehe

nesse teste agora estava em 1khz!

albert_emule · 27 de janeiro de 2014

No no-break SMS o resultado foram os mesmos.

Sabendo que em 115V AC senoidal o filtro daria 2,50V dc, nem perdi tempo colocando num varivolt.

Coloquei logo para operar em bateria e o resultado foi 1,94V na saída do filtro, que eu considero um resultado igual.

mroberto98 · 27 de janeiro de 2014

Ja pensou que a senoide que ele entrega na saida que e a da rede pode estar com tensão rms diferenda da retangular que ele gera?

alguma coisa ta errada ai, pois nos meus testes tanto na senoide quanto na retangular deram o resultado que deveria matematicamente!

Nos seus testes, se a senoide matematicamente ter a mesmo rms que a retangular, daria os mesmos valores... Fica obvio que tem alguma coisa ai...

aphawk · 27 de janeiro de 2014

Olha, ainda estou no escritório, quando chegar em casa vou olhar isto com mais atenção.

Albert,

Até dá para colocar aquele circuito, mas ainda vai ter de fazer a fonte..... fica meio grandinho.... não é melhor usar aquele C.I. que te passei ? Existem outros de outros fabricantes que fazem a mesma coisa.

Roberto,

Se voce fizer a decomposição matemática do sinal quadrado ou retangular em senóides via Fourier, vai ver que existem muitos harmônicos acima se segunda ordem, com valores bem significativos em relação à fundamental.

Um filtro passa-baixas simplesmente mata todos esses harmônicos, que contém a energia da forma de onda.

Falando de outra maneira : se fosse tão simples como voce está colocando, porque que uma National ou uma Texas ia colocar circuitos com multiplicadores analógicos, espelhos de corrente, e os cambau , em vez do filtro passa-baixa ????

Porquê iriam desenvolver um CI próprio para isto ?

"Quando a esmola é demais, o Santo desconfia" kkkkkkk.

Paulo

albert_emule · 27 de janeiro de 2014

Não está. Eu agora estou sem um multímetro TRUE RMS. mas eu trabalhava com este tipo de multímetro.

Todos os no-breaks, pelo menos os melhores davam sempre a mesma tensão RMS quando em bateria, claro, com pequenas variações de até 2V o que é absolutamente normal.

No último teste que fiz que foi com um no-break SMS, a tensão de pico é de 165 com variações de -+ 5% e RMS 115 V fixa.

Quando operando em bateria, o multímetro mede 90V sem carga.

Saída do filtro dá 1,94V também sem carga. Mas quado coloca 86 watts de carga o multímetro passa a medir 100V e o filtro passa a apresentar 2,10V.

Eu ainda coloquei em 115Vac e observei o brilho da lâmpada durança a mudança das ondas para ver se o brilho aumentava ou diminuía (indicando variação da tensão RMS), mas nada. Exatamente o mesmo brilho nas duas formas de onda, senoide e retangular PWM.

mroberto98 · 27 de janeiro de 2014

Ai e que eu nao to entendendo nada... Se o multimetro barato pega a de pico e tira 70% nao teria que dar o mesmo valor? Ou com carga ele aumenta a de pico também? Ou o multimetro le de outra forma?

Paulo, o que eu acho e que os equipamentos de medição profisionais devem ter um grau de precisão e confiabilidade... Um filtro barato não daria isso nunca...

Fundamentais que você diz é como se fosse um frequencia maior em cima da menor distorcendo tudo não é isso?

como se fosse isso certo:?

http://www.qes.com.br/figuras/harm.gif

Pois então, da pra considerar isso como uma forma de onda uncia não senoidal.. O filtro vai tirar a media eficaz disso tudo ai real, independente da frequência, ele não elimina ordens maiores, nos testes tanto com 100hz quanto com 1khz o valor obtido foi o mesmo!

aphawk · 27 de janeiro de 2014

Olha, esta discussão é antiga....

http://www.seymourduncan.com/forum/showthread.php?156752-true-RMS-vs-average-RMS-multimeter

Não é uma questão de precisão, e sim de uma medida totalmente errada !

Paulo

mroberto98 · 27 de janeiro de 2014

Uee, como explica os valores certos apresentados no proteus que calculei na matematica e foram certos?

(Eu calculei as RMS das respectivas formas de onda, simulei no proteus e deu o mesmo que nos meus calculos..)

albert_emule · 27 de janeiro de 2014

Olha, esta discussão é antiga....

http://www.seymourduncan.com/forum/showthread.php?156752-true-RMS-vs-average-RMS-multimeter

Não é uma questão de precisão, e sim de uma medida totalmente errada !

Paulo

Paulo,

Você saberia informar componentes mais fáceis de achar que pudesse substituir os deste esquema?

O LM318 parece ser o mesmo, apenas em invólucro diferente:

http://proesi.com.br/catalog/product/view/id/5950/s/lm318-n-circuito-integrado/

1N914 eu também achei:

http://proesi.com.br/1n914-diodo.html

Só não achei os transistores. Por quais substituir?

Valeu!

aphawk · 27 de janeiro de 2014

@albert_emule,

Pode usar qualquer BC NPN da vida, mas tente casar eles com 1mA de corrente de coletor, tem de apresentar a mesma queda VCE. No mínimo Q1 e Q2 tem de ser casadinhos.

Ou usar algum CI transistor-array mais moderno, tipo um LM3046, ele é perfeito para esta aplicação, e um só CI tem 5 transistores !!!!

Ci, pode usar um operacional quádruplo tipo um TL074 ou TL084, e o diodo pode ser também um 1N4148 que não muda nada isso.

Paulo

Uee, como explica os valores certos apresentados no proteus que calculei na matematica e foram certos?

(Eu calculei as RMS das respectivas formas de onda, simulei no proteus e deu o mesmo que nos meus calculos..)

Não sou em quem tem de explicar, e sim o Proteus kkkkkk !

Pensa direito ...... não é a mesma coisa, voce está partindo de um cálculo de tensão Média, e quer obter um resultado tipo True RMS. Então, me explica, um multímetro digital comTrue-RMS custa o triplo ou mais de um que calcula RMS comum.... se fosse tudo igual, alguém no mundo já deveria ter notado, concorda ?

Paulo

albert_emule · 27 de janeiro de 2014

@albert_emule,

Pode usar qualquer BC NPN da vida, mas tente casar eles com 1mA de corrente de coletor, tem de apresentar a mesma queda VCE. No mínimo Q1 e Q2 tem de ser casadinhos.

Ou usar algum CI transistor-array mais moderno, tipo um LM3046, ele é perfeito para esta aplicação, e um só CI tem 5 transistores !!!!

Ci, pode usar um operacional quádruplo tipo um TL074 ou TL084, e o diodo pode ser também um 1N4148 que não muda nada isso.

Paulo

Não sou em quem tem de explicar, e sim o Proteus kkkkkk !

Pensa direito ...... não é a mesma coisa, voce está partindo de um cálculo de tensão Média, e quer obter um resultado tipo True RMS. Então, me explica, um multímetro digital comTrue-RMS custa o triplo ou mais de um que calcula RMS comum.... se fosse tudo igual, alguém no mundo já deveria ter notado, concorda ?

Paulo

lm324 seria perfeito por ter 4 operacionais e também por eu ter vários.

Serve?

aphawk · 27 de janeiro de 2014

@albert_emule,

O Slew-rate desse LM324 é de 0,5 V/uSeg , o do LM118 é de 50V/uSeg..... melhor usar um dos TLs que sejam quádruplos, ( slew rate em torno de 18V/uSeg, creio que a mudança da banda de trabalho será pequena com os Tls, mas o LM324 pode comprometer muito a banda em que o circuito responderá.

Se quiser uma grande banda de trabalho, melhor usar um LF357....

Paulo

albert_emule · 27 de janeiro de 2014

Uma coisa interessante é que aqueles voltímetros com sistema de ferro móvel são TRUE RMS por natureza. Os amperímetros de ferro móvel também.

Um problema é a falta de precisão.

aphawk · 27 de janeiro de 2014

@albert_emule,

É o caso do wattimetro de nossas casas, mede direitinho a corrente consumida !

Mas ele pode ser enganado por um banco capacitivo ou indutivo, alterando totalmente o fator de potência, fazendo ele marcar bem a menor. Os picos de corrente altíssima fora de fase fazem o diabo na rede elétrica fora de casa....., porisso que é proibido kkkkkk !

Deve ser o mesmo caso dos medidores com ferro móvel.

Paulo

albert_emule · 28 de janeiro de 2014

Você já viu algo parecido na prática? da questão do banco de capacitores?

mroberto98 · 28 de janeiro de 2014

No caso do wattimetro então nao é true rms? Pois se tiver pico de corrente defasado, imagine que ele ocorra em uns 10°, um pico de uns 10A, ai ja tem 277W de pico, que daria uma potência media ao longo dos 360°, se ele for mesmo true rms ele vai medir a potencia real consumida certo? Ai não vai ter diabo kkkkkk