Monitorar a corrente
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Monitorar a corrente com um amplificador operacional, um BJT e três resistores
Este artigo explica a funcionalidade de um circuito inteligente que medir com precisão a corrente de alimentação.
Em primeiro lugar, Devo admitir que o título é um pouco enganador. O circuito apresentado neste artigo exige apenas um op-amp, um transistor e três resistências. não é, contudo, um monitor independente de energia, talvez “corrente de medição” seria mais preciso “monitor atual”, mas mesmo essa definição é precisa. Posso assumir que, no final, o circuito é pouco mais de um “conversor de corrente-tensão”, mas tenha em mente que converte a corrente em tensão de uma maneira compatível com os aplicativos de monitoramento de abastecimento de corrente. Então talvez nós devemos chamá-lo um “corrente para tensão do conversor para as aplicações de monitorização de saída actual”
Porquê?
Há várias situações em que você deseja medir a corrente consumida por seu projeto.
Entre os muitos vem à mente para me ajustar dinamicamente a funcionalidade de um subsistema com base no consumo atual de outro subsistema, estimar a vida útil da bateria, ou para estabelecer o menor possível regulador IC capaz de fornecer corrente de saída adequado. É também possível utilizar as medições de consumo de corrente registados como uma forma minimamente invasiva de rastrear as transições entre estados de um microcontrolador da potência superior e inferior.
Venha?
Tal como discutido nos parágrafos iniciais, este circuito converte a corrente em tensão. Se você precisa de um circuito que é mais autônoma em sua capacidade de gravar e / ou responder ao comportamento de consumo corrente, você provavelmente quer digitalizar as medições usando um microcontrolador. Se você é obrigado apenas a funcionalidade básica e não precisa de nenhum outro processador, você pode usar um comparador ou um janelas detector analógico.
o circuito
O circuito apresentado neste artigo é baseado em um circuito encontrada em uma nota de aplicação intitulada “Op Coleção Circuit Amp”, publicado (em 2002) da National Semiconductor. Minha versão se parece com isso:
E aqui está minha implementação LTspice:
Isto pode parecer um pouco confuso à primeira vista, mas o sistema é muito simples:
- A corrente flui da oferta, através de R1, carga. R1 funciona como um sensor de corrente típico resistor, como tal, tem uma resistência muito baixa, de modo a reduzir a dissipação de energia e minimizar o seu efeito sobre as medições e no circuito de carga.
- A tensão aplicada ao terminal de entrada da entrada não-inversora do amplificador operacional é igual a tensão de alimentação a menos (fornecer corrente × R1).
- Não deixe que o transistor PNP irá diminui o fato de que o amplificador operacional tem um feedback negativo, na verdade,.
- Uma vez que a extremidade superior de ambas as resistências R1 e R2 está ligado à tensão de alimentação, para trazer o equilíbrio operacional, deve haver uma tensão igual em ambos os resistores, consequentemente, a corrente através R2 é igual à corrente através de R1 dividido pelo quociente entre R2 e R1. No circuito mostrado acima, R2 é 1000 vezes maior do que R1, o que significa que a corrente através R2 será 1000 vezes menor do que a corrente através de R1.
- A corrente de base do BJT é muito pequena, então podemos dizer que a corrente através R3 é mais ou menos igual à corrente através de R2. em seguida, R3 usamos para criar uma voltagem que é directamente proporcional à corrente que flui em R2, que por sua vez é directamente proporcional à corrente que flui através de R1.
Este é o esquema que deve ajudar a esclarecer e reforçar essa explicação:
A equação final para VOUT é
O que exatamente ele está fazendo o PNP?
Você pode pensar no transistor de duas maneiras: como uma válvula ajustável que permite que o amplificador operacional para aumentar ou diminuir a corrente que flui através de R2 e R3, ou como um dispositivo com uma queda de tensão variável em que o amplificador operacional pode ser utilizada para estabelecer a VOUT tensão correcta no nó. Em ambos os casos, o resultado final é a mesma: o transistor é o meio pelo qual o amplificador operacional pode forçar a voltagem no terminal de entrada de inversão de acordo com a tensão no terminal de entrada não inversor.
O transistor é realmente a parte mais interessante deste circuito. Muitas vezes usamos em aplicações BJT “ligado desligado” e é importante reconhecer que a situação é completamente diferente neste circuito. O amplificador operacional (com a ajuda de feedback negativo, obviamente) Ele está realmente fazendo ajustes pequenos e precisos para a tensão base-emissor do PNP (WEBSITE). O gráfico abaixo mostra VEB para uma gama de correntes de carga (correspondente às resistências de carga 50 Oh um 300 ó).
Note como todas essas tensões estão perto do limite típico de ignição (~ 0,6 V) para uma junção pn silício. Isto mostra que o op-amp é muito cuidadosamente operando na região do limiar BJT para produzir as alterações necessárias para produzir uma grande queda de tensão entre o emissor e o colector. Toda a gama de valores é de cerca VEB 50 mV
Compare essa variação em torno de 50 mV com a alteração de, aproximadamente 4 V na tensão emissor-colector:
conclusão
Se o uso é feito de resistências de baixa tolerância e um bom amplificador operacional, este circuito pode ser considerado bastante preciso. I tratado um circuito interessante e eficaz que converte com precisão a corrente de alimentação a uma tensão que pode ser medido, digitalizada ou usado como entrada a um comparador.
Greetings Amilcare
O artigo é muito interessante e a discussão que surgiu ainda mais, É claro que esses circuitos, no momento presente, são limitadas para resolver a sensa problema temporário tem a chance de um bom provedor, porque agora todas as empresas de semicondutores produzir CI especial, alguns dos quais seguem a mesma topologia que permitem revelações precisas, com circuitos simples e baratos e, especialmente, em necessidade de gotas infinitesimais tensão. Eu ainda não descobri como encaixar as figuras nos comentários (eles são estúpidos), mas uma boa parte dos regimes a que me refiro pode ser encontrada aqui http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an105fa.pdf para o que diz respeito à IC Linear, peneirar a folha de dados das outras casas T / Infineon etc são as outras soluções
E’ desnecessário dizer que, com estes IC vai resolver todos os problemas relacionados com as tensões de alimentação circuito integrado e circuito para o fato de que você quer medir lado alto ou baixo lateral etc.
Muito interessante AN105 qual você se conectou, Eu não sabia.
Por que não fazer um pequeno artigo com uma lista de links que apontam para as Notas de aplicação interessante você sabe?
Eventualmente, pode actualizar a lista até mais tarde, com a colaboração de todos.
contudo, embora haja especial integrada, é sempre bom mago com o operacional básico. Você poderia, por exemplo, tem uma secção transversal livre de um LM324 quad e usá-lo para medir a corrente. Ou você pode querer acabar no dia, sem esperar pela entrega de um especial integrada, pelo que o caminho, apenas para encomendar um de Mouser e Farnell, Custaria um exagero de postagem.
Desde que você tem o olho de águia para estes integrada, Você me ajudaria a encontrar o mais adequado para o nosso sistema?
Até agora, o melhor que eu encontrei é que o LT1999 é alimentado pelo 5 volt, É uma maneira comum de -5 uma +80 volts e vem em três versões, 10v / v, 20v / v e 50v / v
Pena que é apenas em MSOP e SOIC e custos 3 para 8 euro (comprar alguns) -lo por muitos amadores é um pouco’ desconfortável.
Você sabe que eles custam menos e há mesmo DIL8?
Eu encontrei MAX4173 que também é melhor do que o LT1999
– componentes externos menos
– Comodo caso SOT23, pequeno, mas muito fácil de soldar
– comida 3 uma 28 volt
– de modo comum por 0 uma 28 volt (independente da fonte de alimentação)
– ganhar 10x, 50x ou até 100x (possível usar um pedaço de pista como um resistor)
– baixo custo 1 euro (cerca de) em lugar de 2 o LT1999
Aqui está outra pequena mudança que poderia ser útil em alguns casos.
Com dois resistores na maioria não são capazes de medir a corrente, mesmo se a voltagem do galho alto (Lado alto) Ele é maior do que a tensão do amplificador operacional fornecimento.
Com esta variante também pode ser usado não operacional Rail-To-Rail, mas apenas se tiverem a saída cai para zero volts ou quase. Por exemplo, os LM324 comuns são muito bem.
Para ser breve, talvez eu exagerada!!
Experimente o simulador ou mesmo em um teste real para alimentar o amplificador operacional com uma fonte de alimentação flutuante, enganchado ao positivo mas flutuante em relação à massa.
Talvez ainda com um díodo zéner em série com a resistência que limita à terra.
Você vai ver que, independentemente do valor da fonte de alimentação principal do circuito opera.
O transistor serve justamente para traduzir os níveis de tensão e dar referências de tensão para a terra mesmo que o teste é feito na alimentação positiva.
Vai ser fornecidos apenas para R3 um divisor que enfrentar a ver o circuito a jusante do que uma tensão máxima compatível com os circuitos a jusante
Todos Rail não-operacional para Rail, por exemplo, o LM324 e similares, Eles têm uma tensão de modo comum máxima nas entradas não exceda a tensão de alimentação menos 1.5 volt cerca de. Mas a tensão de entrada neste circuito + (e assim mais -) Eles são iguais à tensão de alimentação. Nestas condições, o primeiro transistor, que estão na entrada do operacional não-Rail para Rail, eles despolarizar e já não funcionam.
No circuito original da National este problema não realçado porque naqueles anos, era costume para alimentar o funcionamento com altas tensões, muitas vezes duais, por exemplo +/- 15 volt, mesmo se os sinais a serem tratados eram muito pequenos, por exemplo alguns volts.
Recentemente me perguntaram como medir a corrente de um servo motor, porque este artigo veio no momento certo.
Pensando nisso um pouco’ I encontrado uma variante que pode ser útil para facilitar a montagem.
O funcionamento é semelhante ao circuito original, mas substituindo o transístor com uma resistência, que é mais fácil tanto para descobrir que a ser soldada.
A necessidade operacional não necessariamente ser um LMC6482, mas deve ser um Rail-To-Rail (note que tinha que ser também no circuito original, caso contrário, a tensão nas entradas do amplificador operacional ultrapasse a máxima tensão de modo comum permitido).
Tanto o circuito Amilcare que este, Eles podem não funcionar se a tensão de alimentação é maior do que a do amplificador operacional. Mas, variando os valores das resistências talvez você pode ter sucesso. Se eu posso publicar o esquema no poste.