Medición de alto voltaje con amplificador operacional de baja potencia

Quiero usar el amplificador operacional de instrumentación AD623 para medir la corriente en el lado alto del circuito:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Estaba pensando en usar un divisor de voltaje como el diagrama anterior para bajar el voltaje al rango de límite de entrada AD623. pero luego encontré este artículo que describe cómo se pueden medir altos voltajes con amplificadores operacionales de baja potencia:

¿La entrada de 150 V no quemará el amplificador operacional? No si el voltaje V1 se usa para generar la fuente de alimentación positiva (Vcc_H) para el primer amplificador operacional, OP_A.

Y luego habla sobre la ruta de retorno sobre la corriente de polarización, pero honestamente no lo entiendo.

  • ¿Por qué no quemará el amplificador operacional?
  • ¿Qué pasa si usamos un regulador para generar un suministro positivo para el amplificador operacional?
  • ¿Qué pasa con el suministro negativo para el riel negativo del amplificador operacional?
  • ¿Qué especificación debe tener el mosfet? ¿Necesitamos un mosfet de nivel lógico?

Agradecería que alguien ampliara y explicara todo el concepto de este método en términos simples.

¿Qué es el riel de alto voltaje y cuál es el rango de corriente en el que debe funcionar? Veo 30 V y leí una cita con 150 V en él y todavía no tengo ni idea de si es uno, el otro u otro más lo que te importa. Simplemente no dices. ¿Es esta una pregunta general en la que en realidad no tiene un problema, pero solo tiene curiosidad por saber qué se hace en una variedad de casos? Porque necesitarías un libro para obtener esa respuesta. Hay voltajes MUY altos y las corrientes se miden de manera muy diferente a los voltajes "altos" más modestos. ¿Cuáles son los postes de la portería aquí?
@jonk Tengo un problema y es que no sé cómo medir la corriente en voltajes superiores al límite del amplificador operacional. Ahora que encontré esta solución, necesito entender cómo funciona para poder implantarla.
Hay diferentes enfoques. No solo el que encontraste. Pero como solo quieres entender ese en particular, eso me ayuda. Lo dejaré para que otros lo discutan contigo.

Respuestas (1)

La clave es el suplemento Vcc_H y Vcc_L que utiliza el amplificador operacional. Se hace referencia al suministro de 150 V, no a tierra.

Y luego este OP_A cuyos voltajes de fuente de alimentación están "colgando debajo" del riel de 150 V, recibe los voltajes a través de la resistencia de detección de corriente. Dado que estos voltajes de detección de corriente son pequeños, también están cerca de 150 V, por lo que nada se fríe.

Luego, el amplificador operacional impulsa el MOSFET.

¿Sabe cómo se puede usar un transistor pull-down con una resistencia pull-up para convertir una señal de bajo voltaje en una señal de alto voltaje (con una inversión lógica)? Esto es similar a eso, pero al revés: un transistor pull-up con una resistencia pull-down permite que una salida de voltaje muy alto sea muy baja (que está referenciada a tierra en este caso). Y en lugar de que el transistor conduzca o bloquee completamente para una señal digital, está parcialmente encendido para una señal analógica.

Eso disipa un calor, potencialmente una gran cantidad de calor en diferenciales de alto voltaje, y su calor lo disipa el MOSFET en lugar del transistor (puede pensar que el MOSFET se activa parcialmente entre encendido y apagado completo como un resistor variable, aunque no lineal uno, pero la retroalimentación del amplificador operacional compensa eso.Es por eso que R3 y R4 son tan grandes, para minimizar el flujo de corriente que minimiza el calentamiento.

Lo siento pero no entendí eso; ¿Por qué/cómo se hace referencia a 150V un amplificador operacional de 12V? ¿Qué quiere decir con "colgado debajo del riel de 150 V"? "Ya sabes cómo un transistor pull-down con una resistencia pull-up..." no, no lo sé. ¿cómo? Además, no respondiste algunas de mis preguntas. ¿Cómo vamos a alimentar el voltaje negativo del amplificador operacional? no es posible en este método? ¿Podemos usar un regulador en lugar de Zener?
@ElectronSurf Piense en por qué coloca divisores en su circuito original para evitar que el opamp se fríe. ¿Por qué se fríe? Debido a que el suministro del amplificador operacional es de 12 V con referencia a GND, y los voltajes de detección de corriente están cerca de 150 V (el voltaje a través de la resistencia de detección de corriente es pequeño). Entonces, ¿qué sucede si en lugar de que los pines de voltaje del amplificador operacional estén en GND y 12 V, qué sucedería si estuviera en 150-12 V y 150 V?
Si no necesita entender lo que es pull-up y pull-down, no está preparado para entender este circuito y necesita buscar eso, así como una serie de otras cosas bastante básicas. Otra cosa que debe buscar es por qué se usa un zener y no un regulador lineal. La mayoría de los reguladores lineales tienen un pin de alimentación de entrada y un pin GND que se comparte entre la entrada y la salida. Es decir, están diseñados para cortar el extremo superior del voltaje, no cortar el extremo inferior, que es lo que requiere este circuito.
La mayoría de los amplificadores operacionales tampoco tienen un terminal de alimentación +V, GND y -V. La mayoría solo tiene dos porque el voltaje es relativo. Puede aplicar +10V y GND a través de los dos pines de alimentación y, en lo que respecta al opamp, esto es lo mismo que aplicar +5V y -5V. Lo que podría cambiar es cómo interactúa con el resto de su circuito, pero para el opamp se ve igual. Esta es otra cosa básica. El hecho de que preguntes sobre un suministro negativo parece indicar que no lo reconoces.
El PMOSFET es el dispositivo de alto voltaje que separa todo a la izquierda (que funciona entre 145 y 150 V) de todo a la derecha (que funciona entre 0 y 3,3 V). El amplificador operacional de la izquierda representa la corriente impulsando el PMOSFET hasta que una corriente más pequeña pero proporcionada corre a través de R3, satisfaciendo el circuito de retroalimentación de la izquierda. Una corriente idéntica fluye a través de R4, que refleja el voltaje relativamente bajo a través de R3, pero con referencia a tierra para que pueda medirse en su DAC. El circuito de la izquierda no ve más de 5V a pesar de que está en 150.
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