¿Por qué limitar la resistencia de derivación, las tapas de derivación de entrada y las resistencias pequeñas en las entradas de detección de corriente?

El propósito básico de un par de resistencias y un capacitor en el amplificador diferencial es filtrar el ruido .

La medición de corriente a menudo es ruidosa, y la medición de la ruta de corriente crítica requiere una entrada limpia.

Si sigue la recomendación de diseño para Current Monitor IC INA219 en la hoja de datos, encontrará exactamente la misma configuración:

Copiaré textualmente tal cual de la hoja de datos a continuación:

El ADC interno se basa en un front-end delta-sigma (ΔΣ) con una frecuencia de muestreo típica de 500 kHz (±30 %). Esta arquitectura tiene un buen rechazo de ruido inherente; sin embargo, los transitorios que ocurren en o muy cerca de los armónicos de frecuencia de muestreo pueden causar problemas. Debido a que estas señales son de 1 MHz y más, se pueden tratar incorporando filtrado en la entrada del INA219. La alta frecuencia permite el uso de resistencias en serie de bajo valor en el filtro para efectos insignificantes en la precisión de la medición. En general, el filtrado de la entrada del INA219 solo es necesario si hay transitorios en armónicos exactos de la frecuencia de muestreo de 500 kHz (±30 %) (>1 MHz). Filtre utilizando la resistencia en serie más baja posible y un condensador cerámico. Los valores recomendados son de 0,1 a 1 μF. La Figura 14 muestra el INA219 con un filtro adicional agregado en la entrada.

Editar:

¿Es buena idea incluir siempre un filtro de ruido?

Depende de varios factores:

1. La corriente de polarización de entrada de su amplificador. Si su amplificador tiene una polarización de entrada relativamente alta, se filtrará algo de corriente en el amplificador, lo que reducirá la precisión de la medición. La situación empeora si intenta medir una corriente baja (μA o nA). INA219 tiene una corriente de polarización de entrada de 100 nA, por lo que medir decenas de mA a varios amperios será suficiente.
2. Su frecuencia de ruido. El filtro de paso bajo no puede filtrar el ruido de baja frecuencia.

Pero sí, agregar un filtro de paso bajo generalmente es una buena práctica.

Los 10 ohmios con 100nF crean un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte de$f_c = 160 kHz$. Esto es demasiado alto para filtrar el PWM del control actual (será algo así como 20kHz), pero filtra el ruido por encima de esta frecuencia. Sin el filtrado, el bucle de control actual podría volverse inestable cuando hay un acoplamiento de ruido.

Este tipo de RC no siempre es un filtro, pero a veces se usa para compensar el cero de la derivación (RL).

La derivación tiene una inductancia parásita muy pequeña que se vuelve significativa cuando el valor de la derivación es bajo (<5 mOhm). La inductancia parásita suele estar entre 500pH y 5nH, según el tamaño y la fabricación de la derivación.

El voltaje en los terminales de derivación muestra algunos picos cuando se produce un alto di/dt (por ejemplo, aplicación de corte de corriente), que puede activar un detector de cortocircuito.

Los filtros RC aquí tienen frecuencias mucho más pequeñas que el cero de la derivación (modo común de 160 kHz y modo diferencial de 80 kHz debido a C7120), por lo que se usa como filtro.

Editar: las resistencias de filtro pequeñas son necesarias para una convergencia rápida en las entradas analógicas (condensadores de entrada parásitos). 10 ohmios es mucho más alto que 20 mOhm, por lo que las resistencias no alterarán la señal. En algunas aplicaciones, el filtro alimenta un ADC que puede tener una capacitancia de entrada significativa (por ejemplo, SAR) o la señal de voltaje de derivación pequeña necesita una amplificación alta para que las resistencias de entrada bajas reduzcan el ruido térmico.