El circuito OpAmp y Shunt no invertido no funciona

Estoy tratando de medir la salida de un sensor de efecto Hall (LEM-LF 310-S) para una aplicación de soldadura.

La salida máxima del sensor es 0-0.25A cuando detecta 0-500A. Este rango necesito convertirlo a 0-1V para mi equipo de medición (Osciloscopio para pruebas, luego RedPitaya).

Así que estoy usando un Shunt con 100mOhm que debería darme un voltaje de salida de U=R*I=0.1Ohm*0.25A =0.025V.

Este voltaje que quería amplificar con un OpAmp no invertido (MCP6292) para obtener 1V como Voltaje de salida -> Amplificar con una relación de 40 (a = 32.04dB). Según una calculadora en línea, 100 ohmios y 3,9 kohmios son suficientes para la amplificación requerida. El OpAmp usado es un OpAmp dual donde solo uso uno de los dos.

El voltaje de suministro de mi sensor es de +-15 V CC y el voltaje de suministro de mi OP-AMP es de +5 V CC.

Traté de leer 0-1V como salida con el siguiente circuito, pero no recibo nada más que ruido:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Lo que probé ya:

  • Medición de la salida del sensor Hall directamente con una resistencia de medición de 4 ohmios -> como se esperaba
  • Cableado comprobado con multímetro
  • Salida medida del convertidor DC-DC (15V a 5V) = Voltaje de suministro para OpAmp -> El voltaje de salida es 5.6V (¿Debería estar bien de acuerdo con la hoja de datos de OpAmps?)
  • Resistencia medida de resistencias y derivación -> como se esperaba

También pensé en agregar un capacitor de 100nF a la fuente de alimentación OpAmps, pero creo que este no es el problema aquí.

Espero que alguien pueda ayudarme a resolver el problema.

Respuestas (3)

De acuerdo con sus sugerencias, modifiqué el circuito ...

Parece que no lo hiciste :)

Ha colocado capacitores de desacoplamiento en serie para suministrar pines. Dado que los condensadores no permiten el paso de la CC, su opamp no se puede suministrar y, por lo tanto, no puede funcionar.

Lo que acabo de descubrir es que mi convertidor está aislado.

Eso lo explica todo. Los convertidores aislados tienen referencias aisladas (es decir, GND). Entonces, en su primer esquema, el sensor emite la GND del convertidor de CA-CC, pero la salida del amplificador operacional es la GND del convertidor de CC-CC. Como están aislados, el opamp genera cero.

Aquí hay un esquema para ti:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

No hay necesidad de usar un convertidor DC-DC, un 78L05 es completamente suficiente. C1, C2 y C3 son condensadores de desacoplamiento (mira cómo están colocados).

NOTA: Los pines de medición de la derivación de 4 pines parecen desconectados, pero es solo un dibujo.

Gracias por la corrección. Como no soy ingeniero eléctrico, no tengo experiencia en este campo. ¡Pero su esquema y explicaciones ayudaron mucho! Muchas gracias.
@timosmd De nada. Por favor vea mi esquema editado. He hecho algunas modificaciones con respecto a la estabilidad.
¡Gracias! Lo probaré lo antes posible y le haré saber si funciona como se esperaba :)
Probé el circuito sugerido hoy pero desafortunadamente no funciona. La señal cuando se mide directamente en la derivación sale como se esperaba. Así que supongo que el problema está en algún lugar alrededor del amplificador operacional. Revisé la placa soldada un millón de veces pero no puedo encontrar el problema...
@timosmd, ¿está seguro de que las conexiones a tierra del sensor, el suministro y el amplificador están todas conectadas?
Sí, todos están conectados en el mismo riel de tierra en 0V. También verifiqué la fuente de alimentación para OpAmp, que es de 5.1V. Probaré el circuito en una placa de prueba con osciloscopio y fuentes de alimentación externas (para simular la salida del sensor) y verificaré la salida opamp para una corriente constante de 0.25A.
Hoy probé el circuito soldado con una corriente continua de 0,25 A y el OpAmp está entregando la salida esperada (0,987 mV). Como pensé que podría ser un problema dinámico con mi señal de medición (f = 80 kHz) del sensor Hall, configuré un circuito con OpAmp en una placa de prueba y simulé la caída de voltaje de la resistencia con un generador de frecuencia (0.25V y 80kHz). Esto también funciona bien y la salida es la señal sinusoidal esperada con una amplitud cercana a 1V. Al aumentar la señal de entrada a> = 844kHz, el OpAmp no muestra ninguna salida, aunque el ancho de banda es de 10 MHz según la hoja de datos.
No importa... OpAmp funciona hasta 10MHz. Pero no ayuda con mi problema de todos modos.
Lo que también reconocí es que el OpAmp y el regulador de voltaje se están calentando. No se puede tocar por más de unos pocos segundos. Además, al volver a medir lo mismo con el generador de frecuencia (misma señal), vi un cambio en la amplitud (un poco menos de lo esperado) y una compensación de voltaje.
@timosmd calor significa consumo de energía. La salida del amplificador operacional podría estar en cortocircuito.

0R1 es demasiado bajo para la derivación del lado secundario (R M ). Si lee la hoja de datos, notará que todas las características de rendimiento se dan para R M = 10R. Puede preocuparse por la disipación para R M = 10R en comparación con 0R1. Entonces puedes usar R M = 1R.

Además, con R M = 0R1 la tensión máxima será de 25mV para I L = 500A. El voltaje de compensación del opamp puede ser tan alto como 3mV o tan bajo como -3mV, por lo que puede tener un error de medición de (±3) x 40 = ±120mV que se traduce en ±12%. Pero para R M = 1R, el voltaje de escala completa será de 0,25 V, para un rango de 0-1 V, un voltaje no inv. amplificador con una ganancia de 4 (R2 = 3k6 1%, R1 = 1k2 1%) es suficiente y el error se reducirá significativamente.

También pensé en agregar un capacitor de 100nF a la fuente de alimentación OpAmps, pero creo que este no es el problema aquí.

Siempre es una buena práctica colocar capacitores de desacoplamiento justo al lado de los pines de suministro.

Actualmente estoy trabajando con un amplificador operacional diferencial y un problema que vi fue la fuente de alimentación del amplificador operacional y las entradas de los amplificadores operacionales deben estar referenciadas a la misma tierra. En su circuito, la fuente de alimentación se hace referencia a Wrt Vout del convertidor CC-CC, mientras que las entradas se refieren a GND del convertidor CC-CC. El convertidor DC-DC que utilicé no tiene la misma conexión a tierra en la entrada y la salida. Si ese es el caso en su circuito, el opamp no funcionaría. Esto me pasó prácticamente y cuando simulé el circuito en Tina. Solo quiero señalar.
¡Gracias por sus respuestas rápidas! Rohat Kilic: Sí, tiene razón sobre el error y los 10 ohmios como Rm en la hoja de datos. Pero, ¿piensas que esta podría ser la razón por la que no puedo ver ningún resultado útil en mi osziloscopio? De todos modos, cambiará Rm a 1Ohm si es posible. @varun: También pensé que podría ser un problema con algo de GND, pero no encontré lo que hice mal. En caso de que DC-DC no comparta GND, debería ser suficiente cablear VSS a COM del convertidor AC-DC en lugar de cablear con GND de DC-DC, ¿correcto?
@timosmd podría ser. No sé cuál es su corriente de prueba, pero puede intentar desconectar la derivación del amplificador y medir el voltaje a través de la derivación mientras la corriente de prueba es lo suficientemente alta (por ejemplo, 200 A) para asegurarse de que se induzca el voltaje correcto. Y también, vincularía el pin U1 de la derivación al VSS de opamp para una mejor referencia.
Eso depende del amplificador operacional. El opamp (lm358) que utilicé podría tomar +32 a -32V. Si su opamp puede tomar 15V, no necesita ese convertidor DC-DC de 5V. Simplemente conecte +15V a VCC de opamp y COM a tierra del opamp. Tendrá un componente menos y un terreno común para las entradas y la fuente de alimentación del opamp. También tendrá más espacio antes de que la salida del opamp se sature (más margen de maniobra para elegir su ganancia opamp).
Mi corriente de prueba es de alrededor de 150-200A. Traté de medir el voltaje inducido pero no pude ver nada útil. Quizás el voltaje de salida de ~0,015V es demasiado bajo para verlo.
@varun: Desafortunadamente, mi OpAmp no puede manejar 15 V, así que necesito el convertidor DC-DC. Lo que acabo de descubrir es que mi convertidor está aislado. Entonces, de hecho, tiene su propio GND. ¿Es posible simplemente cablear la salida-GND de los convertidores con la entrada-GND para obtener una conexión a tierra común? Que entonces debería ser el mismo que el GND de las entradas OpAmps ...

De acuerdo con sus sugerencias, modifiqué el circuito e incluí condensadores para la fuente de alimentación de amperios, cambié la resistencia de medición a 1 ohmio (R1 y R2 en consecuencia) y conecté los convertidores CC-CC GND a los convertidores CA-CC GND para que todas las entradas OpAmp tengan la misma GND:

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Por favor corrígeme si estoy equivocado?

Editar: el convertidor DC-DC es del tipo "TMA 1505S" (TRACOPOWER)

No conocemos las características de su convertidor CC-CC (tal vez un número de modelo ayudaría), en la mayoría de los casos está bien acortar sus entradas de 0 V, pero aún así hay un problema con los condensadores de desacoplamiento. Por favor, vea mi respuesta y haga sus conexiones correctas.
Edité mi respuesta.
El circuito OpAmp y Shunt no invertido no funciona
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v