Усиление высокого напряжения nA

У меня есть схема, которая по существу представляет собой источник постоянного тока 1 кВ, подключенный к очень высокому сопротивлению ( basic контур схемы ), в пределах которого ток в диапазоне от 0,1 н. до 500 мкА течет, который я пытаюсь измерить с помощью Arduino (ток изменяется, потому что сопротивление изменяется из-за внешних факторов). У меня была идея использовать это (или подобное), связанное с Arduino: https: //www.adafruit. ком /продукта /904

Однако это работает до 26 В и имеет разрешение 0,8 мА.

Чтобы решить эту проблему, я сначала подумал о том, чтобы использовать делитель потенциалов, чтобы иметь параллельный участок схемы с напряжением, уменьшенным до ~ 13 В, где может двигаться INA219 ( раздел пониженного напряжения ), с резисторами с высоким сопротивлением, поэтому по существу весь ток протекает через этот раздел.

Однако теперь мне нужно усилить ток в этом разделе до значения, которое может измерить INA219. После того, как я посмотрел вещи, я подумал, что хорошей идеей для этого будет пара Дарлингтона и реализовано так:

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

10 голосов | спросил Jack 5 TueEurope/Moscow2017-12-05T18:18:13+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowTue, 05 Dec 2017 18:18:13 +0300 2017, 18:18:13

3 ответа


7

Это будет схема, о которой думал Олин с несколькими бонусами.

schematic

имитировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Zeners могут иметь довольно высокий ток утечки, и вам нужна защита с очень низкой утечкой, так как ток, который вы хотите измерить, крошечный.

Итак, D3 создаст ссылку на 3 В с возможностью шунтирования избыточного тока на землю. D1 /D2 включается, только если что-то пойдет не так. D1 и D2 - это обычные кремниевые диоды, которые следует выбирать для низкого тока утечки.

Схематический редактор использовал 1N4148, но, согласно спецификации, утечка достаточно высока. Вы можете попробовать 1N3595 , который имеет гораздо меньшую утечку. Я специально выбрал сквозную часть, потому что легче иметь небольшую утечку с сквозным отверстием из-за более широкого расстояния между контактами ...

C1 обеспечивает некоторую фильтрацию нижних частот, если это необходимо. Если не удалить R5 /C1.

Обратите внимание, что это будет полностью защищено от короткого замыкания на R1, если R3 может выдерживать 1 кВ без дуги или горения, или если питание отключается из-за перегрузки по току и т. д.

Если ваш источник питания 1 кВ может выдавать только несколько мА, то диоды D2-D3 будут защищать АЦП вашего микроконтроллера, но R2 /R3 будет дуть и умирать. Не очень дорогие детали, поэтому ваш выбор перепроектирован или нет.

ответил peufeu 5 TueEurope/Moscow2017-12-05T21:02:03+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowTue, 05 Dec 2017 21:02:03 +0300 2017, 21:02:03
9

Вы хотите измерить до 500 мкА с помощью микроконтроллера. Чувствительный резистор с низкой стороны тока кажется очевидным выбором, если нет ограничений, о которых вы не говорите. При 1 кВ должно быть приемлемо падение напряжения или несколько.

Предположим, вы хотите 3,0 В при 500 мкА. Делай математику. (3,0 В) /(500 мкА) = 6 кОм. При этом между нижним концом нагрузки и землей вы получите сигнал от 0 до 3,0 В, указывающий от 0 до 500 мкА.

При большом напряжении вокруг, я бы поставил некоторую защиту между этим сигналом 3 В и A /D. Добавьте некоторое сопротивление серии, за которым следует обрезание диода на землю и 3.3 В или что-то в этом роде.

Благодаря 12-разрядному A /D (легкому в настоящее время встроенному в микроконтроллер) вы получаете около 122 нА разрешение. Если этого недостаточно, используйте внешний A /D, например, дельта-сигма, если ваша полоса пропускания достаточно низкая.

Добавлено

Размещение диодов и R4 не имеет смысла в вашей схеме.

Вот что я описал выше:

R2 является преобразователем тока в напряжение. Он составляет 3,0 В при 500 мкА. D1 и D2 закрепили результат до безопасного уровня, а R1 обеспечил полное сопротивление для них.

Одним из недостатков отсечения является то, что импеданс OUT становится высоким. Вышеуказанный OUT должен быть буферизирован перед вводом A /D-входа. Это можно сделать с помощью операционного усилителя в качестве последователя напряжения.

Так как вы все равно получаете операционную систему, вы можете рассмотреть возможность опускания R2 и использования opamp для усиления. Неважно, зависит ли это от различных компромиссов, о которых вы нам не говорили.

ответил Olin Lathrop 5 TueEurope/Moscow2017-12-05T18:42:58+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowTue, 05 Dec 2017 18:42:58 +0300 2017, 18:42:58
0

Один из вариантов - использовать оптиоизолятор последовательно с нагрузкой:

schematic

имитировать эту схему - Схема, созданная с использованием CircuitLab

Это имеет то преимущество, что вы можете полностью изолировать высокое напряжение от вашего микроконтроллера.

Основной недостаток заключается в том, что текущее отношение передачи (CTR) оптоизоляторов изменяется, поэтому для этого потребуется некоторая калибровка. В зависимости от того, насколько точное измерение вам нужно, вы можете использовать некоторую общую модель со 100% -1000% CTR, но несколько нелинейный ответ. Если вам нужна дополнительная точность, есть линеаризованные оптоизоляторы, но их CTR составляет всего около 1%, а это означает, что вместо усиления вы ослабляете сигнал и вам нужно будет добавить операционный усилитель на стороне низкого напряжения.

ответил jpa 5 TueEurope/Moscow2017-12-05T23:17:03+03:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowTue, 05 Dec 2017 23:17:03 +0300 2017, 23:17:03

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132