Amplificador de detección de corriente + búfer de amplificador operacional + ADC: medición hasta 0 con un solo suministro

Estoy pensando en la detección de corriente con un alto rango dinámico (10 mA - 20 A) y el uso de LTC6102 como un amplificador de detección de corriente de lado alto (el voltaje sería de 54,6 V máx., una batería de iones de litio 13S6P).

El ADC que planeo usar es LTC1407 (12 bits 1,5 MS/s).

Estoy planeando usar OPA2365 como un búfer de ganancia unitaria entre el amplificador de detección de corriente y el ADC.

El amplificador de detección de corriente proporciona una corriente de salida proporcional al voltaje de detección y, dado el alto voltaje y el tamaño pequeño del paquete, la corriente de salida debe ser de escala completa de 1 mA, lo que requiere una resistencia de salida de valor bastante alto y, por lo tanto, se necesita un búfer entre el amplificador de detección de corriente y el ADC.

El amplificador operacional requiere un suministro negativo pequeño (-0,1 V) para que la salida baje a 0 y es importante bajar a 0 en mi caso debido al alto rango dinámico que quiero.

Podría intentar hacer un suministro negativo, por ejemplo, uno crudo con una batería adicional entre tierra y el suministro negativo del amplificador operacional, pero preferiría evitarlo para simplificar el circuito.

¿Hay alguna manera de que pueda medir hasta 0 sin un voltaje de suministro negativo para el amplificador operacional en este caso?

Estoy pensando en poner un diodo en serie con la resistencia de salida del amplificador de detección de corriente para compensar el voltaje de salida y luego corregir la escala de la salida del ADC en consecuencia, pero no estoy seguro de si esto funcionará. Para corrientes bajas, el diodo estaría en la región donde los pequeños cambios de corriente causarían cambios de voltaje comparables, supongo.

Hay un pequeño IC de bomba de carga destinado a producir solo un pequeño voltaje negativo para cosas como esta. Desde dispositivos analógicos, TI o lineal. no recuerdo
No funcionarán las compensaciones, ya que bajar a cero voltios verdaderos es una función de la etapa de salida de los amplificadores operacionales. Algunos amplificadores operacionales de riel a riel pueden bajar hasta 100 mV de cero, pero es muy fácil crear un voltaje negativo a partir de un temporizador TLC555 y algunos diodos 1N4148. No puedes tener lo que quieres sin algún tipo de compromiso.
Ha seleccionado un ADC diferencial, podría usar un voltaje ligeramente elevado como referencia OPA2365 y para la entrada negativa del ADC, como 0.2V.

Respuestas (3)

Puede obtener un voltaje negativo pequeño usando un LM7705 que produce un voltaje de salida nominal de -232 mV usando una bomba de carga.

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La ventaja de usar esa parte sobre un convertidor de bomba de carga inversora típico de jardín (por ejemplo, +5 a -5) o un convertidor elevador inversor es que el voltaje de salida negativo en el peor de los casos generalmente cae dentro del voltaje de entrada negativo máximo de algo como su Convertidor ADC (-300 mV en su caso, lo cual es típico), por lo que no necesita intentar sujetar la salida del amplificador operacional/voltaje de entrada ADC cerca de tierra.

Por otro lado, es probable que sea más costosa que otras soluciones que requerirían más esfuerzo de ingeniería, por lo que esta es solo una de muchas posibilidades.

¿Cómo calculo el impacto del ruido de conmutación de la bomba de carga en el rendimiento del amplificador operacional? ¿Debo mirar el PSRR del amplificador operacional?
Ondulación del voltaje de salida 4 mVpp 91kHz OPA365 60dB PSRR
Sí, Tony te dio los parámetros. Por supuesto, puede filtrarlo aún más si lo necesita.
El paquete tiene pines externos en centros de 0,5 mm, muy fáciles de soldar de muchas maneras.

Podría generar un pequeño voltaje positivo y usarlo como tierra virtual. Dado que seleccionó un ADC diferencial, su gran rechazo de modo común puede permitirle salirse con la suya con una forma muy simple de generar ese voltaje de referencia de 0.2V.

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simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Otros han dado algunos consejos, pero debe tener en cuenta que lo que está tratando de hacer es un trato muy dudoso. El problema es que, efectivamente, estás tratando de hacer

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El problema con esto es que no es exacto. ¿Ves esos terrenos? Confía en mí, a 20 amperios, no todos tienen el mismo voltaje. Para los niveles actuales de los que habla, la resistencia perdida será un gran problema. Dependerá críticamente del diseño de la computadora y del cableado del sistema. De hecho, dado que el cobre tiene una resistencia tempco bastante grande, es posible que tenga problemas con la sensibilidad a la temperatura debido al cambio de sus resistencias parásitas. Si tiene alguna otra parte del sistema que consume mucha corriente, el problema puede empeorar aún más.

Suponiendo que está utilizando una resistencia de detección muy pequeña, con pequeños voltajes producidos para evitar una gran disipación de energía en su resistencia, realmente recomendaría una medición diferencial, también llamada conexión Kelvin.

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donde su amplificador es un amplificador diferencial o de instrumentación.

Confíe en mí en esto, la medición de corriente de un solo extremo, aparte de la detección de límite muy cruda, es una receta para la angustia. Intentar hacerlo con un amplificador de suministro único solo lo empeora.

-1 Los problemas que planteas son válidos, pero no resuelven la pregunta en absoluto. Él ya está usando un amplificador diferencial y quiere saber cómo medir cerca de GND, lo cual resolvió colocando V2, pero omitió cómo se implementó.
A menos que haya leído mal la pregunta, el OP está hablando del sentido actual del lado alto, su esquema es del lado bajo.
Tengo entendido que cuando estoy haciendo detección de corriente de lado alto, la gran corriente pasará solo a través de la resistencia de detección y planeo usar una resistencia de 5 mR o 10 mR 5 W o 2 de 10 mR 5 W en paralelo y rara vez alcanza el pico de 20A, así que espero estar bien. Estimo que el consumo del circuito con todo el material digital y un transmisor bluetooth no debe ser superior a 70 mA.
Amplificador de detección de corriente + búfer de amplificador operacional + ADC: medición hasta 0 con un solo suministro
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