Amplificación de corriente de alto voltaje nA

Este sería el esquema en el que estaba pensando Olin, con algunas bonificaciones.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Los Zeners pueden tener una corriente de fuga bastante alta, y necesita una protección con una fuga muy baja, ya que la corriente que desea medir es pequeña.

Por lo tanto, D3 creará una referencia de 3 V con la capacidad de derivar el exceso de corriente a tierra. D1/D2 se encenderá, solo si algo sale mal. D1 y D2 son diodos de silicio normales, que debe seleccionar para baja corriente de fuga.

El editor de esquemas usó 1N4148 pero, según la hoja de datos, la fuga es bastante alta. Puede probar 1N3595 que tiene una fuga mucho menor. Seleccioné una parte de orificio pasante a propósito, porque es más fácil tener fugas bajas con orificio pasante debido al mayor espacio entre pines...

C1 proporciona algún filtrado de paso bajo, si es necesario. Si no, quite R5/C1.

Tenga en cuenta que esto solo estará completamente protegido contra un cortocircuito en R1 si R3 puede soportar 1 kV sin arcos ni quemaduras, o si el suministro se corta debido a una sobrecorriente, etc.

Si su suministro de 1kV solo puede generar unos pocos mA, entonces los diodos D2-D3 protegerán el ADC de su micro, pero R2/R3 se arquearían y morirían. Piezas no muy caras, por lo que su elección es sobrediseñar o no.

Quiere medir hasta 500 µA con un microcontrolador. Una resistencia de detección de corriente de lado bajo parece ser la opción obvia, a menos que haya restricciones de las que no nos estés hablando. Con 1 kV, debería ser aceptable bajar uno o varios voltios.

Digamos que quiere 3,0 V a 500 µA. Haz las matematicas. (3,0 V)/(500 µA) = 6 kΩ. Con eso entre el extremo inferior de la carga y tierra, obtendrá una señal de 0 a 3,0 V que indica 0 a 500 µA.

Con el gran voltaje alrededor, pondría algo de protección entre esta señal de 3 V y el A/D. Agregue algo de resistencia en serie seguido de recorte de diodo a tierra y 3.3 V o algo así.

Con un A/D de 12 bits (fácil de conseguir hoy en día integrado en un microcontrolador), se obtiene una resolución de aproximadamente 122 nA. Si eso no es lo suficientemente bueno, use un A/D externo, como delta-sigma si su ancho de banda es lo suficientemente bajo.

Agregado

La ubicación de los diodos y R4 no tiene sentido en su esquema.

Esto es lo que describí anteriormente:

R2 es el convertidor de corriente a voltaje. Produce 3,0 V a 500 µA. D1 y D2 recortan el resultado a un nivel seguro, y R1 proporciona la impedancia contra la que trabajan.

Un inconveniente del recorte es que la impedancia de OUT se vuelve alta. La SALIDA que se muestra arriba debe almacenarse en búfer antes de activar una entrada A/D. Esto podría hacerse con un opamp como seguidor de voltaje.

Como terminas con un opamp allí de todos modos, puedes considerar reducir R2 y usar el opamp para amplificar. Si eso tiene sentido depende de varias compensaciones de las que no nos ha hablado.

Una opción es utilizar un optoaislador en serie con la carga:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Esto tiene la ventaja de que puede aislar completamente el alto voltaje de su microcontrolador.

El principal inconveniente es que la relación de transferencia de corriente (CTR) de los optoaisladores varía, por lo que necesitará algo de calibración. Según la precisión de la medición que necesite, puede usar algún modelo genérico con un CTR del 100 % al 1000 %, pero con una respuesta algo no lineal. Si necesita precisión adicional, hay optoaisladores linealizados, pero su CTR es solo del 1%, lo que significa que en lugar de amplificar, ha atenuado la señal y necesitaría agregar un amplificador operacional en el lado de bajo voltaje.