Medida aislada de tensión y corriente

Estoy diseñando un circuito de apagado de seguridad que monitorea varias fuentes de alimentación, tanto de voltaje (12V, 24V, 72V) como de corriente (hasta 8A). Estos son suministros completamente independientes, por lo que prefiero no unir los terrenos.

Medir la corriente de un suministro aislado es fácil con un sensor de efecto Hall, por lo que esto se soluciona en su mayor parte. Sin embargo, ¿cómo haría para medir el voltaje?

Mi objetivo es una solución que siempre proporcione mediciones precisas, incluso si el voltaje no está dentro de las especificaciones, por lo que, idealmente, la medición no dependería en absoluto del voltaje medido. Si bien espero que la mayoría de los casos sean "sin energía" o "buena energía", creo que es posible que una fuente de alimentación se conecte al revés, que se conecte la fuente incorrecta (hay tres voltajes diferentes en el sistema), la carga para volver a introducir EMF o similar, por lo que el circuito debería tolerar un poco de abuso e idealmente aún proporcionar datos válidos.

El enfoque más simple parece ser otro sensor de efecto Hall en línea con una resistencia de tamaño mediano, pero me temo que la gran corriente cercana perturbaría la medición (especialmente porque la corriente de medición sería bastante pequeña en comparación). Puedo colocar el segundo sensor en ángulo recto e intentar alejarme un poco del otro sensor, pero tengo un poco de espacio limitado (20x20 mm por canal, y también hay un diodo zener y un optoacoplador aquí para una detección rápida de "buena potencia") .

La aplicación aquí es una fresadora CNC, que utiliza diferentes voltajes para diferentes motores paso a paso, por lo que diferentes ejes pueden fallar de forma independiente. Uno de los motores tiene un freno electromagnético, que debe activarse rápidamente cuando falla la fuente de alimentación del motor, mientras que el motor no debe moverse cuando no se puede liberar el freno, y no se deben intentar movimientos coordinados cuando no se puede mover un eje.

Su declaración de recompensa cambia la pregunta. (1) ¿Cómo pueden volverse negativos sus suministros de energía? (2) Si la potencia es demasiado baja para accionar un optoaislador, es necesario apagarlo. (3) ¿Cómo podría subir demasiado el voltaje? ¿Qué tan alto? Esta es información esencial. Edite su pregunta para brindar una especificación completa de cuáles son sus requisitos y algo de contexto.
@Transistor, básicamente me gustaría probarlo un poco más a prueba de idiotas: su solución ciertamente funciona, pero impone algunos requisitos en el voltaje medido, y me pregunto si de alguna manera podría evitarlos también y también distinguir entre "sin energía" y "circuito roto". Los voltajes negativos ocurren cuando alguien conecta una fuente de alimentación al revés, demasiado alto ocurre si alguien conecta el suministro incorrecto, en todos estos casos simplemente dejaría el relé abierto para proteger lo que sea que esté aguas abajo.
(La detección de "buena potencia" está ahí para el mecanismo de apagado rápido: cuando muere el suministro para el eje Z, debo asegurarme de que el freno se aplique lo más rápido posible, porque el motor utilizado simplemente dejará caer el eje de lo contrario)
Está bien, pero toda esa información debe ir en la pregunta para que esté en un solo lugar y no entre los comentarios. El eje Z y el husillo es la primera mención de la aplicación CNC. Si tiene personas que conectan las fuentes de alimentación, entonces necesita conectores con llave para evitar una mala conexión. Es poco probable que los circuitos de 12 y 24 V sobrevivan una conexión inversa o una conexión de 72 V.

Respuestas (1)

Indicación simple de voltaje OK

Use un comparador en cada fuente de alimentación para controlar un optoaislador si el voltaje es correcto.

Lectura de voltaje analógico

Use un circuito de voltaje a frecuencia o un circuito de voltaje a ancho de pulso para accionar el optoaislador.

La generación de señales PWM es sencilla con el LTC6992-1 .

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 1. Distribución de pines y formas de onda del LTC6992-1.

Como puede verse, la configuración es la simplicidad misma. Debe usar un divisor de potencial para reducir el rango de voltaje esperado a 1 V máx. Su ancho de pulso ahora será proporcional al voltaje. Su receptor necesitará medir el ancho del pulso y el tiempo periódico. El voltaje se puede calcular por la relación entre el ancho y el período.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Figura 2. Divisor de potencial, generador PWM y optoacoplador.

En cualquier caso, su controlador puede monitorear el optotransistor para deducir el estado de cada línea de alimentación.

Para un circuito de voltaje a frecuencia, necesitaría una fuente de reloj, a menos que use un dispositivo de sincronización automática, por lo que también necesitaría llevar el reloj al otro dominio de energía con un optoaislador.
Ver la actualización. No se necesita reloj.
Actualización 2 agregada.
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