¿Detección de corriente de lado alto con un amplificador de instrumentación en riel?

Sé que existen IC de monitor de derivación de corriente y amplificadores diferenciales de voltaje de modo común alto como INA117 y AD629 , pero me gustaría saber si es posible usar un amplificador de instrumentación regular donde su rango de entrada está limitado por su fuente de alimentación (por ejemplo, AD623 , INA177 ) y preatenuar la tensión de modo común mediante componentes discretos o semidiscretos.

Pensé que usar un divisor de voltaje en la entrada y luego compensar el factor de ganancia proporcionalmente funcionaría si el amplificador de entrada tiene un CMRR lo suficientemente alto para el rango de entrada deseado. Sospecho vagamente que no es tan simple. Si es así, ¿hay otras (mejores) opciones para hacer esto? Leí algo sobre el uso de un espejo actual, pero realmente no entiendo cómo se aplica eso en este caso.

Si preatenuas las entradas, la precisión de las resistencias de los divisores de voltaje es muy importante. Estás consciente de esto ?
Puede comprar resistencias de tolerancia de .1% baratas hoy en día, o tolerancia de .025% por $ 20 USD a $ 75 USD cada una (llegando a los extremos). Luego use potenciómetros de ajuste de 100 ohmios y 25 vueltas para anular los errores. En este punto, su resistencia de detección actual se convierte en el mayor problema. Personalmente, elegiría las piezas de Analog Devices de mayor calidad sobre otras.

Respuestas (2)

Una mejor manera es usar un amplificador operacional de precisión de entrada de riel a riel y un transistor.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Haga un cálculo de presupuesto de error en su amplificador diferencial casero propuesto y creo que encontrará que 'Oh, esa es la locura'. El circuito anterior no requiere partes emparejadas. El voltaje en R1 es de 10 mV/A y en R3 es de 1 V/A. Se puede usar un MOSFET o Darlington en lugar de Q1 para una precisión ideal un poco mejor. Los principales límites de precisión son la tolerancia de las resistencias y el voltaje de compensación del amplificador operacional. Un error del 1% en cualquier resistencia da como resultado un error del 1% en la salida. Un voltaje de compensación de 10uV representa un error de 1mA en la salida.

Supongamos que dividimos los 12 V a 6 V en cada entrada. Todavía tenemos la misma sensibilidad a R1, pero un error del 1 % en una de las cuatro resistencias provocará un error de 30 mV en la entrada del amplificador de entrada. ¡Eso es equivalente a un error de 60mV en R1, que es un error de 6A!

Sí, podría recortar las resistencias para deshacerse de la mayor parte del error durante un tiempo a una temperatura, pero rápidamente se saldrían de las especificaciones. Incluso las resistencias de $25 al 0,01 % no producirían un resultado tan bueno y estable como las resistencias de 0,1 centavos al 1 %. Eso... es ingeniería.

No me refería a un amplificador diferencial casero, sino a usar la ganancia de los amplificadores directamente después de protegerlo del voltaje de modo común. Tal vez no formulé bien la pregunta.
La misma cosa. Lo estás dividiendo.
Bueno. Tengo algunos problemas para entender tu respuesta. En el primer párrafo, está sugiriendo que el amplificador operacional de precisión y el transistor son un método mejor que la división. Luego, en los últimos dos párrafos, explicas cómo dividir es una tontería. Entonces, no entiendo muy bien cómo funciona su circuito, pero en cuanto al error, solo depende de los Vos de OA1 y las resistencias. ¿Es esto bastante y debería estudiar el circuito ahora? :)
Sí. La tensión de alimentación no entra en él (a un primer orden).
+1 Me gusta más este método, aunque depende de tu interpretación de hi-side. Encontrar un amplificador operacional que funcione con altos voltajes en este modo puede ser un desafío.
@Anthony, la diferencia es que este es un divisor de corriente, no un divisor de voltaje. Como tal, los errores se reducen significativamente ya que está trabajando con lo principal que está midiendo en lugar de jugar con la medición secundaria, el voltaje.
@Trevor OPA192 es bueno. 36V y 5uV Vos.
Otro truco es crear un suministro relativo al suministro de alto voltaje (mediante un regulador, Zener + resistencia, convertidor CC-CC, etc.) que permita el uso de un amplificador operacional de 5V más económico. Solo el transistor ve el alto voltaje.
@Spehro Es posible que termine haciendo suministros duales al final, pero primero quiero explorar todas mis opciones. De todos modos, creo que casi entiendo este circuito ahora, pero no tengo claro el R2. Cuando Q1 está apagado (inicialmente), no hay caída de voltaje a través de él, luego, cuando OA1 lo compensa, su objetivo es obtener una caída de 1 mV (en este ejemplo) a través de R2. Para hacer esto, enciende OA1 hasta que su entrada coincida... esto da como resultado 10uA a R3 y, por lo tanto, 100mV de salida. ¿R1 y R2 forman un pequeño divisor frente a los 100 mV? Obtengo diferentes números dependiendo de cómo considero esto...
@Anthony, el amplificador operacional impulsa la base del transistor para obtener el mismo voltaje en ambas entradas. La corriente de carga provoca una caída de tensión de 0,01 ohmios * Icarga. Para igualar eso, necesita una corriente a través de la resistencia de 100 ohmios de Imeas = 100/0.01 * Iload o 10,000 * Iload. Ignorando la corriente base (la beta del transistor está en los cientos), esa misma corriente fluye a través del colector, por lo que el voltaje en los 10K es 1V/A. El truco del transistor/resistencia de 10K cambia el nivel de la señal al lado bajo, donde normalmente la quieres.
Sí, entendí esa parte, pero me pregunto si para 1A si uno obtiene 1V o si la resistencia de R2 y Q1 afectan eso. CircuitLab proporciona 99,59 mV Vout (para una carga de 100 mA).
@Anthony probablemente sea menos la corriente base. Un mosfet sería mejor para este circuito. Todavía por debajo del 1% es bastante preciso. Si lo cambia a un canal p en el laboratorio de circuitos, devuelve 100,1 mV
¡Doh, PNP, está siendo desviado!
Este artículo trata sobre el circuito de Spehro ("Figura 2") frente a un amplificador diferencial convencional ("Figura 1") a través de una resistencia de derivación (faltan las cifras aquí electronicdesign.com/power/whats-all-error-budget-stuff- de todos modos , pero encontré el original sciencedirect.com/science/article/pii/B9780750686273000169 )

Sí por supuesto que puedes.

Esos son básicamente todos esos chips sofisticados... Simplemente han empacado las resistencias de alta precisión dentro del paquete para que usted lo convierta en una solución más integrada y confiable.

Pero aún puede hacerlo con las partes discretas, siempre que pueda elegir las partes que cumplan con sus requisitos de precisión. Sin embargo, cuanto más alto es el "lado alto", más problemático se vuelve.

Por cierto: hay varios otros métodos para medir la corriente. Sin embargo, los espejos de corriente no suelen ser una buena opción, ya que básicamente duplican la corriente de carga y, como tales, se usan mejor para medir corrientes pequeñas.

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