Medida de corriente con shunt

Para abordar la pregunta sobre el comportamiento de la simulación, según la hoja de datos, es una operación de riel a riel. amperio. solo en la salida:

Puede cambiar su ganancia y V_ref (que es como una compensación) para cumplir con la especificación de entrada. (2,65+1,15)/2 = 1,9 V en la operación. amperio. insumos para el equilibrio podría ser un punto de partida.

Me preocupa tu referencia flotante con las baterías. Debes controlar tu voltaje común. Su circuito debe seguir la referencia del circuito medido (tal vez alimentando su circuito de 0-3.3V desde 12V con un convertidor DC-DC o un regulador lineal) o puede proporcionar una capa de aislamiento.

amplificador operacional con ganancia finita de bucle abierto (de lo contrario, ideal para CC) y resistencias combinadas:

Misma op. amperio. y resistencias emparejadas, voltaje de modo común:

Ahora con resistencias ligeramente incomparables:

Será peor cuando consideres que la operación real. amperio. también tendrá una ganancia de modo común y el rango de entrada tiene límites.

El voltaje de modo común es importante, por lo tanto, debe controlarlo para una medición adecuada. Toda simulación que considere una resistencia infinita desde el terminal común de la batería y su circuito engaña a su diseño, ya que incluso una resistencia de 1k es suficiente para garantizar el potencial de voltaje de entrada.

Medida de corriente con shunt y sin referencia de tierra definida

Este es un problema interesante de resolver, y ha complicado demasiado el razonamiento (no necesita una referencia de voltaje en el extremo frontal) y probablemente el simulador lo confunda aún más.

Comencemos con un dispositivo de medición muy simple basado en un solo amplificador operacional.

1. El dispositivo funciona con batería.
2. El dispositivo está completamente flotando sin un punto de referencia terrestre definido.
3. El rango de medición de salida es 0-3.3V en un A/D.
4. El dispositivo puede medir +/-100 A en relación con dos puntos (es decir, a través de la derivación).
5. V1 y V2 no importan, solo importa el voltaje desarrollado a través de la resistencia de detección.

El siguiente circuito muestra un amplificador operacional único que amplifica la señal de entrada (+/- 150 mV) a +/- 3,3 V. He usado un opamp típico (no de riel a riel) y el simulador asume rieles de suministro de +/- 15V. Sé que este no es el objetivo, pero sirve como punto de partida.

NOTA: El terreno que muestro aquí es SOLO para satisfacer el simulador. Podría haber aplicado el símbolo de tierra a cualquier parte del circuito. Elegí poner a tierra Probe_A para facilitar la comprensión del próximo cambio que se realizará.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si Probe_A es positivo en relación con Probe_B, la salida será negativa.
Si Probe_A es negativo en relación con Probe_B, la salida será positiva.
La referencia de tierra que se muestra solo es necesaria para que se ejecute el simulador, pero luego define los voltajes relativos para la salida del opamp y las entradas de la sonda.
Para obtener una salida de escala completa de +/-3,3 V para una entrada de 150 mV (100 A en la derivación), necesitamos una ganancia de 22.

Ahora vamos a tu problema. Supongo que su instrumento alimentado por batería usa dos sondas para conectarse a la resistencia de derivación que está permanentemente en su lugar. Por lo tanto, el instrumento puede tocar la derivación con la Sonda_A positiva o negativa en relación con la Sonda_B.
Así que hay dos variables de conexión:

1. No sabemos qué voltaje de batería es más alto.
2. No sabemos de qué manera se conectarán las sondas.

Por lo tanto, sería útil poder medir +/-100 A y quizás encender un LED junto a la sonda que toca la batería de mayor voltaje.

Como asumo que el voltaje que se mide a través de la derivación está siendo digitalizado por un A/D, podemos hacer lo siguiente:

^{simular este circuito}

Ahora he sesgado la entrada para el opamp a 3.3V/2, esto está amortiguado por un opamp y alimentado a la entrada negativa. No es necesario que sea un voltaje de referencia, simplemente necesita el MCU VDD/2 para poder medir cualquier señal de polaridad.
También cambié la ganancia del opamp para que emita +/- 1.65 en relación con el punto central de suministro del suministro de 3.3V .

Si Probe_A es positivo en relación con Probe_B, la salida será positiva pero por debajo de VCC/2. Salida Ov al A/D = 100A.
Si Probe_A es negativo en relación con Probe_B, la salida será positiva pero superior a VCC/s. 3,3 V. Salida de 3,3 V al A/D = 100 A.
Punto medio en su A/D = 0A.

La mayoría de MCU A/D utilizan el voltaje de alimentación como voltaje de referencia y esto provoca cierta pérdida de precisión. Puede obtener una mayor precisión utilizando una referencia externa para el A/D en lugar de utilizar 3,3 V como referencia FSD y luego utilizar un D/A para establecer el voltaje de punto medio.

A continuación, puede decidir en código si encender un LED junto a la sonda A o B para designar el punto de mayor voltaje.

Bien, tercer intento. Estaba comparando mis resultados con el caso de prueba equivocado. La derivación flotante no es el problema, es un problema de entrada de modo común.

Para el caso en que V1 > V2, la corriente debe fluir hacia arriba para equilibrar la entrada y el opamp hundirá la corriente. El voltaje de salida será:

Vout = Vref - (r0 + Rf) * 75 uA = 0 (confirmado con simulación ~0)

Las entradas opamp son Vref/2 = 0.825 V

Esto está fuera del rango de entrada del modo común del amplificador operacional (> 1,5 V o > 1,05 V más que V-, que es tierra, el valor exacto depende de Vcc), no se garantiza que el amplificador operacional se comporte correctamente.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}