Monitor de corriente de lado alto para carril bidireccional de alta tensión con baja corriente

Me gustaría detectar la corriente en la salida de un amplificador operacional HV que producirá +/- 200 V hasta 15 mA, con un voltaje de salida en la región de 1-10 V. Los rieles del amplificador operacional HV estarán alrededor de +/- 250V.

Desafortunadamente, parece que la mayoría de los sensores de corriente de "alto voltaje" en realidad están clasificados para 60-100 V y, a menudo, solo unidireccionales. Los sensores de efecto Hall también se descartan debido a su nivel de ruido: el Allegro ACS722LLCTR-05AB-T , por ejemplo, tiene un ruido actual de ~20 mA, que es más que el máximo que me gustaría medir.

Parece que la forma estándar de lidiar con altos voltajes es mantenerlos alejados usando MOSFET y/o diodos zener, por ejemplo:

pero el problema con estos circuitos es que son unidireccionales y necesito detección bidireccional.

Me imagino que la solución a este problema implica alimentar un monitor de corriente desde el riel de suministro de energía negativo del amplificador operacional HV, usando un diodo zener y una resistencia entre la salida y el riel negativo para bajar algo de voltaje (por ejemplo, 5 V) para alimentar el IC del monitor actual . Algo así como el MAX4070podría funcionar. En el peor de los casos, el riel de suministro negativo es de -250 V y la salida es de 200 V, entonces el MAX4070 se alimentaría con 200 V a Vcc y 195 V a "GND2", la tierra del MAX4070 IC (no es lo mismo que la tierra de la carga). La salida estaría entonces en algún lugar entre 195V y 200V en "Vout2" con respecto a la tierra real. Luego podría pasar esto a un aislador, con el lado secundario sujeto a tierra real y un voltaje proporcional a la corriente que es como máximo 5V. Como el MAX4070 tiene una referencia de 2,5 V, la salida variaría de 0 a 2,5 V para corriente negativa y de 2,5 a 5 V para corriente positiva.

Aquí hay un diagrama (dibujado apresuradamente en CircuitLab, pero dibujé a mano el MAX IC y se supone que el LED/LDR es un optoaislador):

Monitor de corriente de alto voltaje bidireccional

Ahora... ¿esto realmente funcionaría o me estoy perdiendo algo?

El zener (D1) está al revés, y probablemente quiera más que unos pocos cientos de microamperios de corriente. (R4) Si no le importa un problema de alineación del LED y el fotodiodo, puede colocar dos LED espalda con espalda y monitorear la salida de luz. Es bastante lineal con una corriente de 1 mA a ~ 20 mA (depende del LED).
@GeorgeHerold, gracias, ¡bien visto! Supongo que quiere decir que R4 es demasiado alto, de modo que el zener no deja caer suficiente corriente. Pensando un poco más en esto: usar R4 = 100k daría una caída de 500uA a una salida de amplificador operacional de -200V y 4.5mA a +200V. Eso disiparía 0.9W, no es lo ideal, pero si R4 aumenta, se acerca a la pendiente di / dt del zener que se vuelve negativa. ¿Suena razonable?
@GeorgeHerold con una salida de -200 V, el riel -HV seguirá siendo de -250 V, por lo que habrá una caída de 45 V en R4 que producirá 450 uA a través de D1, lo suficiente para regular los 5 V. ¿O me estoy perdiendo algo?
Oh, mi error... Borraré mi segundo comentario.
Podría ver algo como esto: ti.com/lit/ds/symlink/amc1100.pdf Tendrá que descubrir cómo suministrar el lado de alto voltaje, pero hay formas de hacerlo.
@JohnD: parece muy interesante, muchas gracias. Esa hoja de datos menciona una aplicación con un convertidor reductor para producir el suministro de 5V del lado alto. Estudiaré esto. ¡Gracias de nuevo!
+1 para el amplificador de aislamiento TI, parece lo que necesita. Puede utilizar un DC-DC aislado para suministrarlo.

Respuestas (2)

¿Por qué no utiliza una fuente de alimentación aislada (por ejemplo, Murata, Meanwell, Aimtec) que resista lo deseado (de 500 a 5,3 kV disponibles) y un optoamplificador como el mencionado AMC1100 o Avago ACPL78? El voltaje de entrada suele ser de +/- 100 mV a 200 mV, por lo que para 15 mA pones 6-10 ohmios.
Para 0V y referencia de entrada: para Avago, el pin 3 (-IN) se debe poner a 0V (GND de suministro) y la señal puede oscilar esos 100/200 mV por debajo de 0V. Corriente de entrada extraída en el rango de 1 uA, por lo que no perturba su lectura. La corriente de suministro no es despreciable, todavía.

Los aisladores analógicos apestan. Utilice adc justo donde lo necesite. Por ejemplo, Ad7400 con un suministro aislado de 5V. Luego, si realmente lo necesita, puede volver a transformar su salida en señal analógica.

Monitor de corriente de lado alto para carril bidireccional de alta tensión con baja corriente
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