High-Side-Strommessung mit einem schienengebundenen Instrumentenverstärker?

Ich weiß, dass Strom-Shunt-Monitor-ICs und Differenzverstärker mit hoher Gleichtaktspannung wie INA117 und AD629 existieren, aber ich würde gerne wissen, ob es möglich ist, einen normalen Instrumentenverstärker zu verwenden, dessen Eingangsbereich durch seine Stromversorgung begrenzt ist (z. B. AD623 , INA177 ) und dämpfen die Gleichtaktspannung mit diskreten oder semidiskreten Bauelementen vor.

Ich dachte, dass es funktionieren würde, einen Spannungsteiler am Eingang zu verwenden und dann den Verstärkungsfaktor proportional zu kompensieren, wenn der In-Amp ein ausreichend hohes CMRR für den gewünschten Eingangsbereich hat. Ich vermute leicht, dass es nicht so einfach ist. Wenn ja, gibt es andere (bessere) Möglichkeiten, dies zu tun? Ich habe etwas über die Verwendung eines Stromspiegels gelesen, aber ich verstehe nicht wirklich, wie das in diesem Fall gilt.

Wenn Sie die Eingänge vordämpfen, ist die Präzision der Widerstände der Spannungsteiler sehr wichtig. Bist du dir dessen bewusst ?
Sie können Widerstände mit einer Toleranz von 0,1 % heutzutage günstig kaufen oder mit einer Toleranz von 0,025 % für jeweils 20 USD bis 75 USD (bis zum Äußersten). Verwenden Sie dann 100-Ohm-Trimmpotis mit 25 Umdrehungen, um Fehler auszugleichen. An diesem Punkt wird Ihr aktueller Messwiderstand zum größten Problem. Ich persönlich würde die hochwertigeren Teile von Analog Devices anderen vorziehen.

Antworten (2)

Ein besserer Weg ist die Verwendung eines Präzisions-Operationsverstärkers mit Rail-to-Rail-Eingang und eines Transistors.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Führen Sie eine Fehlerbudgetberechnung für Ihren vorgeschlagenen hausgemachten Differenzverstärker durch, und ich denke, Sie werden feststellen, dass "Oh, so liegt der Wahnsinn". Die obige Schaltung erfordert keine angepassten Teile. Die Spannung an R1 beträgt 10 mV/A und an R3 1 V/A. Für eine etwas bessere ideale Genauigkeit kann anstelle von Q1 ein MOSFET oder Darlington verwendet werden. Die Hauptgrenzen für die Genauigkeit sind die Toleranz der Widerstände und die Offset-Spannung des Operationsverstärkers. Ein Fehler von 1 % in einem beliebigen Widerstand führt zu einem Fehler von 1 % im Ausgang. Eine Offset-Spannung von 10 uV entspricht einem Fehler von 1 mA im Ausgang.

Angenommen, wir teilen die 12 V auf 6 V an jedem Eingang herunter. Wir haben immer noch die gleiche Empfindlichkeit gegenüber R1, aber ein Fehler von 1 % in einem der vier Widerstände verursacht einen Fehler von 30 mV am Eingang des Eingangsverstärkers. Das entspricht einem Fehler von 60 mV an R1, was einem Fehler von 6 A entspricht!

Ja, Sie könnten die Widerstände trimmen, um den größten Teil des Fehlers für eine Weile bei einer Temperatur zu beseitigen, aber sie würden schnell außerhalb der Spezifikation liegen. Selbst 0,01-%-Widerstände für 25 US-Dollar würden kein so gutes und stabiles Ergebnis liefern wie die 0,1-Cent-1-%-Widerstände. Das ist Ingenieurskunst.

Ich meinte keinen hausgemachten Differenzverstärker, sondern nur die Verwendung der In-Amps-Verstärkung direkt nach dem Schutz vor Gleichtaktspannung. Vielleicht habe ich die Frage nicht richtig formuliert.
Gleiche Sache. Du teilst es auf.
Okay. Ich habe einige Probleme, Ihre Antwort zu verstehen. Im ersten Absatz schlagen Sie vor, dass der Präzisions-Operationsverstärker und -Transistor eine bessere Methode ist als die Aufteilung. Dann erläuterst du in den letzten beiden Absätzen, dass die Aufteilung Unsinn ist. Dann verstehe ich nicht ganz, wie Ihre Schaltung funktioniert, aber was den Fehler angeht, hängt es nur von den Vos von OA1 und den Widerständen ab. Ist das so ziemlich alles und ich sollte jetzt einfach die Schaltung studieren? :)
Ja. Die Versorgungsspannung geht darin nicht ein (erster Ordnung).
+1 Ich mag diese Methode eher, obwohl sie von Ihrer Interpretation von Hi-Side abhängt. Es kann eine Herausforderung sein, einen Operationsverstärker zu finden, der in diesem Modus bei hohen Spannungen funktioniert.
@Anthony der Unterschied ist, dass dies ein Stromteiler ist, kein Spannungsteiler. Dadurch werden die Fehler erheblich reduziert, da Sie mit der primären Sache arbeiten, die Sie messen, anstatt mit der sekundären Messung, der Spannung, herumzuspielen.
@Trevor OPA192 ist gut. 36V und 5uV Vos.
Ein weiterer Trick besteht darin, eine Versorgung relativ zur Hochspannungsversorgung zu schaffen (durch einen Regler, Zener + Widerstand, DC-DC-Wandler usw.), die die Verwendung eines billigeren 5-V-Operationsverstärkers ermöglicht. Nur der Transistor sieht die Hochspannung.
@Spehro Ich kann am Ende tatsächlich doppelte Versorgungen machen, aber ich möchte zuerst alle meine Optionen erkunden. Wie auch immer, ich glaube, ich verstehe diese Schaltung jetzt fast, aber ich bin mir mit dem R2 nicht klar. Wenn Q1 (anfänglich) ausgeschaltet ist, gibt es keinen Spannungsabfall, wenn OA1 kompensiert, ist es sein Ziel, 1 mV (in diesem Beispiel) über R2 abfallen zu lassen. Dazu schaltet es OA1 ein, bis sein Eingang übereinstimmt ... dies führt zu 10 uA an R3 und somit zu 100 mV. Bilden R1 und R2 einen kleinen Teiler gegen die 100 mV? Ich bekomme unterschiedliche Zahlen, je nachdem, wie ich das betrachte ...
@Anthony, der Operationsverstärker treibt die Basis des Transistors an, um an beiden Eingängen die gleiche Spannung zu erhalten. Der Laststrom verursacht einen Spannungsabfall von 0,01 Ohm * Iload. Um dies anzupassen, benötigen Sie einen Strom durch den 100-Ohm-Widerstand von Imeas = 100/0,01 * Iload oder 10.000 * Iload. Wenn man den Basisstrom ignoriert (das Beta des Transistors liegt in den Hunderten), fließt derselbe Strom durch den Kollektor, sodass die Spannung über den 10K 1 V / A beträgt. Der Trickpegel des Transistors/10K-Widerstands verschiebt das Signal auf die niedrige Seite, wo Sie es normalerweise wollen.
Ja, ich habe diesen Teil verstanden, aber ich frage mich, ob man für 1A 1 V bekommt oder ob der Widerstand von R2 und Q1 das bewirkt. CircuitLab gibt 99,59 mV Vout (für 100 mA Last).
@Anthony das ist wahrscheinlich minus dem Basisstrom. Ein Mosfet wäre für diese Schaltung besser. Immer noch unter 1% ist es ziemlich genau. Wenn Sie es im Schaltungslabor auf einen p-Kanal umschalten, gibt es 100,1 mV zurück
Doh, PNP, es wird umgeleitet!
In diesem Artikel geht es um Spehros Schaltung („Abbildung 2“) im Vergleich zu einem herkömmlichen Differenzverstärker („Abbildung 1“) über einen Shunt-Widerstand (hier fehlen die Abbildungen electronicdesign.com/power/whats-all-error-budget-stuff- wie auch immer, aber ich habe das Original gefunden sciencedirect.com/science/article/pii/B9780750686273000169 )

Natürlich kannst du.

Das sind im Grunde all diese schicken Chips ... Sie haben einfach die hochpräzisen Widerstände in das Gehäuse gepackt, damit Sie eine integriertere und zuverlässigere Lösung erhalten.

Sie können dies jedoch immer noch mit den diskreten Teilen tun, vorausgesetzt, Sie können Teile auswählen, die Ihren Genauigkeitsanforderungen entsprechen. Je höher die "High-Side" ist, desto problematischer wird es jedoch.

Übrigens: Es gibt verschiedene andere Methoden, um Strom zu messen. Stromspiegel sind jedoch normalerweise keine gute Wahl, da sie Ihren Laststrom im Grunde verdoppeln und daher besser zum Messen kleiner Ströme verwendet werden.

High-Side-Strommessung mit einem schienengebundenen Instrumentenverstärker?
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