Me gustaría convertir un clon de Arduino en un medidor de corriente que me permita medir el consumo de energía de un nodo sensor que tiene modos de suspensión y activo. El voltaje de suministro del nodo del sensor está en el rango de 4 a 6 V y durante la suspensión, la corriente que estoy tratando de medir está en el rango de microamperios de un solo dígito, mientras que durante la transmisión puede consumir hasta 150 mA. Idealmente, me gustaría mantenerme muy por debajo del 1 % de error en todo el rango de medición después de la calibración.
Este tipo de problema parece surgir de vez en cuando. Aquí y aquí hay propuestas para cambiar activamente los circuitos, y he visto referencias a un dispositivo llamado uCurrent que también requiere el cambio manual de los rangos de detección. Luego me encontré con esta pregunta donde una respuesta sugería usar derivaciones de diferentes valores en serie para acomodar los diferentes rangos de detección, lo que me pareció una solución elegante, aunque no sé lo suficiente como para juzgar la solución en comparación con lo que se sugirió en esta pregunta , es decir, usar múltiples amplificadores de detección de corriente para medir la caída de voltaje en una sola derivación.
Mi pregunta es: ¿ Cuáles son los méritos relativos de los dos diseños (derivaciones múltiples + diodos versus derivación única con amplificadores múltiples)?
Para mi caso de uso, encontré una serie de amplificadores de detección actuales que parecen cumplir con los requisitos:
Si tuviera que usar una sola derivación, podría usar amplificadores de detección de corriente de ganancia 50/500x en la familia INA191 o 50/1000x en la familia INA21x ; conectando un amplificador de detección de corriente de ganancia de 50x y ganancia de 1000x a una derivación de 0.2Ω, podría usar dos canales del ADC de 14 bits integrado en mi clon Arduino, midiendo en el rango 0-2V para muestrear hasta 200mA con precisión de 24μA y hasta 10 mA con una precisión de 1,22 μA (suponiendo 13 bits utilizables de mi ADC de 14 bits).
Si tuviera que usar dos derivaciones, podría elegir dos amplificadores de detección de corriente idénticos, quizás con una ganancia de 100x, y derivaciones apropiadas como 0.1Ω y 10Ω. También me pregunto si podría querer agregar un diodo Zener para proteger el ADC de las sobretensiones de la derivación de mayor resistencia.
¿Alguno de los dos diseños produciría una mayor precisión, o me permitiría expandir mi rango de medición notablemente, o sería más simple o más confiable de construir? (editar: ¿Y ambos serían utilizables para la medición de corriente de lado alto, que entiendo se considera una buena práctica y me permitiría reutilizar mi medidor de corriente para más proyectos?)
Me disculpo de antemano si esta no es una buena comparación por alguna razón; Todavía estoy tratando de entender algunos de los fundamentos. En ese caso, agradecería indicaciones sobre material relevante.
El enfoque más simple es una sola derivación con un solo amplificador de ganancia conmutable. Si puede usar esto depende de sus circunstancias precisas.
¿Cuál es la resistencia de derivación más grande que puede usar con la corriente máxima? Esto estará limitado por su caída de voltaje. Por ejemplo, a 150 mA, una resistencia de 1 Ω caerá 150 mV. ¿Tal vez puedas tolerar más?
Ahora, con esa resistencia de derivación, ¿puede especificar un amplificador que le brinde suficiente precisión (ruido, compensaciones) en su corriente más baja? El 1% de precisión de 1 uA es 10 nA o 10 nV con la misma resistencia de derivación.
Hay algunos buenos amplificadores de autocero disponibles ahora, pero no lo llevarán a una resolución de entrada confiable de 10 nV, es posible que vea compensaciones en la región de μV. A medida que se dirige a la nV, aparecen errores de todas partes, por ejemplo, los efectos Seebeck de los gradientes térmicos en la placa. Tal vez no necesite una precisión del 1% en el rango de corriente más bajo. Tal vez pueda reducir el ancho de banda con un filtrado pesado para mejorar la resolución en las corrientes de sueño.
Veo poco sentido en el uso de múltiples amplificadores, excepto por la dudosa ventaja de no tener que cambiar su ganancia. Es mejor gastar su dinero en un amplificador realmente bueno y cambiar su ganancia.
Si no puede manejar la baja corriente con una sola resistencia de derivación, entonces necesita al menos dos resistencias de derivación, ya sea conmutadas por algún tipo de interruptor FET o enrutadas automáticamente por diodos. Tenga en cuenta que el uso de diodos le dará una gran caída de voltaje variable a medida que cambia la corriente de carga. Si puede tolerar eso, ¿entonces puede tolerar una sola derivación mucho más grande?
Soy un gran fanático del uso de un diodo de silicio, o mejor aún, un transistor de potencia conectado a un diodo (ya que rastrean una ley logarítmica más fielmente), para este tipo de medición de corriente de rango muy amplio. Sin embargo, su requisito de precisión del 1% va más allá del uso de un diodo. Ahora bien, si pudiera estar satisfecho con un 10 % de precisión, entonces sería posible.
daniel wagner
Neil_ES
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daniel wagner