Una pregunta sobre la detección de corriente a través de una resistencia muy baja

Estoy tratando de detectar la corriente a través de un cable y, hasta ahora, decidí usar una resistencia de derivación de 1 mOhm para convertirla en voltaje. Como puede ver en el siguiente circuito, la fuente de corriente I1 genera pulsos de corriente PWM de amplitud 6A (la frecuencia es de 1 kHz). La idea es ajustar la corriente por el PWM proveniente de un uC.

Pero también quiero regular esta corriente y para eso necesito el uC para sentir la corriente. Hasta ahora se me ocurrió el siguiente circuito que es un LPF con ganancia:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Encima del LPF activo aquí mapea la corriente PWM a un voltaje de 0 a 4 V CC que irá a uno de los ADC del microcontrolador.

El amplificador operacional que uso es un amplificador especial con una deriva de compensación muy baja. En la simulación, solo este opamp funciona, el resto probé todas las causas de compensación significativa en la simulación.

Por cierto, el LPF tiene un corte de 20 Hz y está diseñado con la herramienta de diseño de filtros.

Aunque esto funciona en simulación, no estoy contento con esta interfaz. En primer lugar, es SMD y tiene muchas etapas en cascada para soldar.

Entonces mi pregunta es:

1-) ¿Existe una forma alternativa más fácil de detectar esta corriente aquí? ¿Como un solo DIP IC que convierte la corriente en voltaje con menos esfuerzo de soldadura? ¿O cualquier otro DIP LPF de un solo chip?

2-) ¿Qué tal si en lugar de promediar la corriente por un LPF, qué forma alternativa podría usarse para enviar la información actual actual como voltaje a uC ADC? (Pensé en medir el ciclo de trabajo, pero eso no tenía sentido porque ya conozco el ciclo de trabajo que está codificado en el uC)

Editar:ingrese la descripción de la imagen aquí

No puedo soldar SMD.

Edit2: circuito completo (es posible que no se necesiten NPN):

ingrese la descripción de la imagen aquí

Barrido PWM y la salida:ingrese la descripción de la imagen aquí

solo el primer amplificador operacional debe ser del tipo super duper autozero, el segundo funciona con una señal mucho más grande. Me inclinaría por poner un RC de una sola etapa en cada uno de los dos primeros amplificadores y deshacerme del filtro SK de segundo orden. La misma tasa final de rechazo, solo que la banda de paso y el rendimiento en las esquinas son ligeramente más empapados.
¿Funcionaría el uso de un sensor de efecto Hall para traducir 0..6A de corriente a voltaje para el ADC? ¿Un sensor de efecto Hall mediría la corriente PWM?
@Neil_UK ¿Qué opinas del segundo circuito? Por favor, vea mi edición. Usé un inamp. Este amplificador es DIP
Consulte también mi última edición. Agregué todo el circuito. También agregué simulación con barrido PWM y la salida a ADC. Me gustaría tener su opinión para una implementación en la vida real.,
No estoy seguro de si existe alguna versión DIP de los sensores de efecto Hall de Allegro. Pero si busca en Google ACS711 o piezas similares, verá cómo funcionan. Algo así podría funcionar para usted si puede encontrar una versión DIP. Además, los pines de la versión SOIC son bastante grandes y fáciles de soldar a mano, aunque son SMT.
Si es un PWM, todo lo que necesita hacer es detectar la amplitud. Entonces, la compensación puede no ser una gran preocupación. Cuanto mayor sea la resistencia en la derivación, más fácil será detectar el voltaje. Detectar la amplitud exacta de una señal de 6 mV será un gran desafío. ¿Podrías tolerar 10 mOhms? Entonces su señal será 10 veces más grande y mucho más fácil de manejar. La pérdida de potencia será de 360 ​​mW. Solo usted comprende sus requisitos lo suficientemente bien como para decidir si eso está bien.
@mkeith, ¿de qué circuito estás hablando? La amplitud de la corriente será el mismo ciclo de trabajo y cambiará.
¿Qué tal este?: uk.rs-online.com/web/p/current-transducers/4362330 En la hoja de datos dice: "La familia de transductores LEM~flex ha sido diseñada para medir convenientemente corrientes de CA monofásicas y trifásicas, así como corrientes continuas pulsadas"
Si se conoce la amplitud actual, no es necesario que la detecte. Simplemente detecte el voltaje de entrada en su lugar (con un paso bajo para eliminar la frecuencia PWM).
dulce amplificador, como el rango de suministro, compensaciones de entrada razonables, debería funcionar bien, ¡aunque son un precio!
@mkeith lo siento, me equivoqué. por supuesto, la amplitud de PWM puede variar. ese es el punto. la resistencia puede variar. para regular la corriente por el uC necesito medirlo.
Bien, bueno, cuando el interruptor está apagado, debería ser seguro asumir que la corriente es cero. Así que ese es el voltaje de compensación. Cuando el interruptor está encendido, la corriente verdadera se puede calcular restando la compensación. Debería funcionar a menos que me esté perdiendo algo.
@mkeith Creo que estás hablando del primer circuito, ¿verdad?
Estoy hablando de la idea básica de PWM-ing. En el primer circuito, no tiene un interruptor, pero lo simula usando una fuente de corriente de pulso. El último circuito tiene un interruptor (U1, que es una designación extraña para un transistor).

Respuestas (2)

¿Cuánta corriente necesitas medir?

Al usar una resistencia tan baja, debe ser consciente de la diferencia entre simulación y realización. Para una resistencia de 1 m de ohmios, necesitaría conexiones Kelvin para leer los valores apropiados y asegurarse de tener un ruido realmente bajo.

Busque el instrumento de Texas para la medición de corriente de lado bajo y obtendrá chips listos para usar con la resistencia interna.

Esta es una salida digital: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina260.pdf

Este tiene salida analógica con ganancias de 200mv/a a 2V/A http://www.ti.com/product/ina250

Busque también maxim, analog, st, etc. Hay muchos productos como este.

Salud,

Estos también son todos SMD
¿Qué opinas del segundo circuito? Por favor, vea mi edición. Usé un inamp. este amplificador es DIP
Consulte también mi última edición. Agregué todo el circuito. También agregué simulación con barrido PWM y la salida a ADC. Me gustaría tener su opinión para una implementación en la vida real.,
SMD parece más aterrador de lo que es. No le tengas miedo, tarde o temprano lo necesitarás y te abres a muchas más opciones. Piénselo de esta manera, le llevará menos tiempo soldar su SMD que rediseñar un circuito completo que puede obtener en un solo chip SMD.
No sé cómo soldar SMD y no tengo las herramientas adecuadas. incluso lo intenté muchas veces, todavía apesto en la soldadura normal. Lo único que ODIO eléctrico es la soldadura. Conozco gente que no saben nada de teoría pero hacen cajas asombrosas con circuitos electrónicos. solo porque tienen una mano estable y tienen manos en el talento. quiero algo DIP en perfboard para este proyecto personal.
De acuerdo con la hoja de datos, "el rango de voltaje de entrada lineal del circuito de entrada del INA118 es de aproximadamente 0,6 V menos que el voltaje de suministro positivo a 1 V más que el suministro negativo". Esto significa que es mejor mantener sus entradas entre 4,4 V y 1 V. Cuando ambas entradas excedan los 5v, obtendrá 0v en la salida porque las entradas están sobrecargadas (como se explica en la hoja de datos). Esto significa que cuando U1 esté apagado, tendrá 0 V y arruinará toda la salida de Sallen-Key. Evite usar la medición del lado alto y cambie al lado bajo, es decir, colóquelo en la fuente del FET.
Gracias por el comentario. Pero el voltaje entre la entrada negativa y positiva de IN118 es de 8mV en este caso ya que la resistencia de derivación es de 1mOhm. ¿Qué querías llamar la atención? ¿Eso es exceder algo?
Si uso un MOSFET de lado bajo, supongo que se calentará más. Lo intentaré, pero supongo que el poder será un problema.
La tensión DIFERENCIAL será de 8mv. Pero cuando el mosfet está apagado, ambos voltajes serán Vs = 12V. Eso significa que ambas salidas estarán por encima de los límites y las lecturas no serán válidas. Para resolver esto, coloque R1 en la fuente del mosfet.

El circuito 2 no es terrible, pero hay algunos cambios que podrías hacer.

1) R6 es innecesario, ya que si Q1 cae por debajo de ~0.5 voltios, Q2 se apagará, y cuando Q1 esté apagado, los 10k impulsarán la base de Q2.

2) Con una frecuencia PWM de 1 kHz, sus controladores de puerta estarán bien, pero no para frecuencias mucho más altas. Por un lado, su FET tiene una capacitancia de entrada de (nominalmente) 5 nF, y con un r_col de 1k, su constante de tiempo es de aproximadamente 5 usec. Esto no es un problema para el encendido, ya que el Vgs(th) de 1 volt producirá un encendido rápido, pero habrá una demora muy grande (alrededor de 10 useg) para que la señal de apagado tenga efecto. La compuerta tendrá que bajar de 12 a 1 voltio, por lo que tomará alrededor de 2 constantes de tiempo. Esto no es un problema a 1 kHz, pero a 100 kHz tendría problemas reales.

3) Lo más importante, es mejor que mueva su resistencia de detección entre la fuente y la tierra. El voltaje agregado (6 mV) no afectará la conmutación de forma notable, pero su posición actual provoca cambios importantes en el modo común en las entradas del IN118. No solo eso, sino que las entradas irán a 12 voltios, y eso no suele ser bueno para un amplificador alimentado por +/- 5 voltios. De acuerdo, el IN118 está protegido a 40 voltios, por lo que no tendrá problemas con este circuito en particular, pero es una mala práctica adquirir el hábito de depender de la protección que puede no estar disponible si cambia de amperios. En otras palabras, su elección de posición no causará mucha dificultad con este circuito en particular, pero estará mejor si desarrolla buenos hábitos de diseño. Además, si su cableado es tal que obtiene picos inductivos mientras enciende el calentador, esos picos bien pueden exceder el límite de 40 voltios. Si bien tiene un diodo flyback, su arnés de cableado puede tener efectos que no aparecen en su simulación.

4) Usar un zener directamente en la salida de un amplificador operacional nunca es una buena idea para limitar el voltaje.

5) Personalmente, le sugiero que use 10 ohmios en lugar de 100 para las resistencias de aislamiento de entrada de la fuente de alimentación para el IN118, especialmente si va a mantener ese zener. En el funcionamiento normal, los requisitos de corriente son lo suficientemente bajos como para usar 100 ohmios, pero si el zener intenta limitar en cualquier dirección, obtendrá un aumento de corriente, y esa no es una buena idea con esas resistencias.

6) Si bien ha establecido correctamente una conexión Kelvin desde la resistencia de detección al amplificador, tenga cuidado con su realización en el hardware, especialmente si está utilizando una herramienta de diseño de PCB con un enrutador automático. Te garantizo que el enrutador automático se burlará de tu conexión.

Entonces, en general, espero que su circuito funcione bien. Mis sugerencias tienen el carácter de mejoras más que de objeciones importantes.

gracias, revisaré el circuito con las tuyas y otras sugerencias y te escribiré aquí y con una actualizada lo antes posible.
Dado que sería una gran edición con nuevos problemas/preguntas, acabo de abrir una nueva pregunta sobre este proyecto: electronics.stackexchange.com/questions/310182/… También me encantaría recibir su opinión. Gracias.
Una pregunta sobre la detección de corriente a través de una resistencia muy baja
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v