utilizando un multiplexor para una detección de corriente de alto rango dinámico

Comencemos simplemente respondiendo a su pregunta:

Necesitará una solución de preparación antes de la interrupción para que el cambio de activo a inactivo no se vea afectado. Hay conmutadores analógicos y muxes con esa capacidad especificada, pero podrían ser complicados de encontrar de inmediato.

Si no encuentra algo adecuado, puede usar dos interruptores analógicos y asegurarse de que su MCU encienda uno antes de apagar el otro.

Sin embargo, con 250 ohmios, a 30 mA, obtendrá -2,5 V de un suministro de 5 V, lo que funciona matemáticamente, pero obviamente no de manera realista, por lo que básicamente se apagará. Debe ser consciente de esto, por lo que debe adelantarse al despertar con su dispositivo de medición, o perderá la continuidad, lo que generalmente invalida las mediciones de este tipo.

También debe tener en cuenta la cantidad de ruido que existe en el mundo y la cantidad de esfuerzo que necesitará para obtener una señal clara de cualquier cosa en el rango de un solo mV o menos. Se puede hacer, ni siquiera tiene que ser difícil en términos de cantidad de componentes, pero necesita una atención seria y conocimiento de los voltajes y corrientes compensados, los bucles de corriente y los planos de tierra, etc.

Si realmente desea obtener esta cantidad de rango dinámico, diría que sería mejor encontrar un chip de amplificación de corriente o de detección de corriente con un interior muy bien diseñado, que le permita usar una sola resistencia con un voltaje de compensación extremadamente bajo. y da una corriente de salida reflejada. Luego puede medir esa corriente reflejada a través de dos resistencias diferentes, con poco o ningún riesgo de problemas causados ​​por sus interruptores analógicos y su resistencia interna.

Uno de esos chips, que a primera vista muy rápido (básicamente no tengo tiempo), parece prometedor pero necesita un buen examen de la hoja de datos sería:

• ZXCT1110 de diodos inc.
• FAN4010 de Fairchild

Voy a diseñar con la hoja de datos de FAN4010, porque creo que se ve un poco mejor en este momento:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Desea que el voltaje a través de los pines de detección se maximice tanto como sea posible, porque eso lo hace mucho más inmune al ruido. Como puede ver, utilicé 10 ohmios, lo que significa una caída de 0,3 V a 30 mA, lo que puede ser demasiado para usted, pero 10 ohmios aún es relativamente bajo, veremos una posible solución para eso más adelante.

Con 10 ohmios, el voltaje de detección será de 10 uV por 1 uA de drenaje, lo que significa exactamente 1 uA de corriente de salida. Bueno, no exactamente, porque el amplificador tiene una corriente de entrada de 5 nA, que se suma a la corriente de carga (pero eso es 0,5 %) y una corriente de salida compensada de 2 uA. Lo curioso es que para señales pequeñas (<10uA) puede restar una corriente de compensación conocida de la medición y aún obtener una precisión del 5%. Así que el dispositivo mide la fuga de compensación a través de la resistencia de alto valor, con la carga apagada (más sobre eso más adelante) y luego resta ese voltaje de cada medición a través de esa resistencia más grande.

1uA a través de la resistencia de 10kOhm se convertiría en 10mV, nuevamente con corrientes tan bajas, necesita atención especial al diseño para evitar el ruido, pero 10mV es más fácil de guiar a través de la amplificación que 0.25mV ya. Y posiblemente podría usar 50 kOhm o 100 kOhm, según los rangos que desee medir y si también agrega un amplificador de ganancia seleccionable 1x/100x más adelante.

Si obtiene 30 mA en su carga, obtendrá 0,3 V de voltaje de detección, que es una corriente de salida de 3 mA. Eso causaría un voltaje enorme a través de los 10 kOhm, pero el amplificador simplemente se "recortará" alto, mientras que la carga aún obtiene sus 30 mA sin problemas: un riesgo solucionado. Luego, puede cambiar a la resistencia de 100 ohmios, que de repente lo devuelve a 0,3 V (o 10 mV por mA), que nuevamente es bastante fácil de trabajar con un poco de atención.

Si usara el chip Diodes Inc, tendrá una corriente de compensación posible más alta, pero también una ganancia interna más alta, así que ajústela en consecuencia. La razón por la que elegí el FAN4010 es que permite hasta 2,5 V en la resistencia de detección (frente a 0,8 V), pero tiene un voltaje de entrada máximo más bajo (6 V frente a 40 V), por lo que todo es una compensación.

Digamos que su dispositivo funciona con 3,3 V y desea el mejor rendimiento de ruido, entonces debe, con el VENTILADOR, intentar obtener al menos 1 V a través de la resistencia de detección en su corriente máxima (esto también permite un margen antes de que el chip se rompa) ). Por supuesto, esto es bastante difícil, porque entonces su dispositivo solo obtendrá 2.3V, ¿verdad? No necesariamente, pero resolverlo por completo requerirá muchas matemáticas y escritura y mi tiempo se está agotando por hoy, así que le mostraré una solución y le diré qué, cómo y por qué buscar:

^{simular este circuito}

Los 33 ohmios le darán aproximadamente 1 V a 30 mA, mientras que permiten hasta 70 mA antes de que se rompan las reglas de la hoja de datos de FAN, a 3,3 V de salida.

R4 y R5 son el sistema de retroalimentación para el regulador ajustable y obtienen el voltaje de retroalimentación desde el punto donde está conectada su carga. C6 es un pequeño capacitor para hacer que el regulador no reaccione demasiado bruscamente a los cambios en la corriente de carga, o puede que tenga oscilaciones extrañas. Su requerimiento puede depender del regulador que finalmente elijas (probablemente no sea un LM317).

Las resistencias de retroalimentación deben ser muy grandes, porque de lo contrario agregará demasiada corriente de fuga para poder compensarla. Por supuesto, un total de alrededor de 1 MOhm sería excelente, ya que se acerca al desplazamiento del chip de detección actual. Pero necesita encontrar un regulador que admita resistencias tan grandes. Actualmente dudo que el LM317 de la foto sea bueno con resistencias de 100kOhm, pero debido a mi tiempo limitado no tengo tiempo para buscarlo. Lo que está buscando es una corriente de fuga de pin de ajuste muy pequeña, o una muy estable, que pueda calcular.

Debido a que el regulador ajustable recibe retroalimentación de la salida del sensor de corriente, intentará regular el voltaje de entrada, de modo que la carga siempre vea alrededor de 3.2V. Por supuesto, se necesitan algunas capacitancias para evitar que se mueva todo el tiempo con pequeños cambios de carga. Los valores que elegí son estimaciones, y es posible que pueda omitir los 100 nF en la salida de carga si modifica un poco el condensador de retroalimentación. Si ingresa eso, automáticamente promediará ligeramente las mediciones actuales (suavizándolas un poco con el tiempo). Eso puede ser deseable, o puede no serlo, eso depende de ti.

En ese esquema, también agregué el interruptor de carga que su MCU puede controlar para comenzar con la carga apagada, luego espera un poco hasta que todos los capacitores se estabilicen por completo, luego realiza una medición para medir todas las compensaciones casi estáticas en el sistema de medición de baja corriente. (Causado por el chip FAN y las resistencias de retroalimentación). Incluso puede usar esa medida para ver si todo está bien, ya que sabe el consumo de corriente que deben causar sus resistencias de retroalimentación y cuál es el límite de la compensación del VENTILADOR.

Ese interruptor de carga puede ser un P-Mosfet controlado directamente por un pin 3.3VI/O, o protegido con un N-Mosfet apropiado desde cualquier nivel de voltaje.

Agregué una resistencia de carga al regulador de voltaje (R6), en caso de que encuentre un tipo que necesite un mínimo de 1 mA de carga, entonces esa resistencia (antes de la medición de corriente) se asegurará de que la carga esté siempre por encima de 1 mA.

Una pequeña nota:

Si su dispositivo funciona a 5 V y usa el último truco, debe disminuir a algo así como una resistencia de detección de 20 ohmios, o algo así, o cambiar al chip Diodes Inc, ya que 1 V en la resistencia de detección lo llevará a la entrada máxima de 6 V voltaje para el chip FAN, por lo que un pequeño error, algún calentamiento o un pico imprevisto puede obligar al regulador a hacer un voltaje que puede dañar el FAN.