High-Side-Strommonitor für bidirektionale Hochspannungsschiene mit niedrigem Strom

Ich möchte den Strom am Ausgang eines HV-Operationsverstärkers messen, der +/- 200 V bei bis zu 15 mA und einer Ausgangsspannung im Bereich von 1 bis 10 V erzeugt. Die Schienen des HV-Operationsverstärkers liegen bei etwa +/-250 V.

Leider scheinen die meisten "Hochspannungs" -Stromsensoren tatsächlich für 60-100 V und oft nur unidirektional ausgelegt zu sein. Hall-Effekt-Sensoren sind aufgrund ihres Grundrauschens ebenfalls ausgeschlossen - der Allegro ACS722LLCTR-05AB-T zum Beispiel hat ein Stromrauschen von ~20 mA, was mehr als das Maximum ist, das ich messen möchte.

Es scheint, dass der Standardweg zum Umgang mit hohen Spannungen darin besteht, sie mit MOSFETs und / oder Zenerdioden abzuwehren, z.

Das Problem bei diesen Schaltungen ist jedoch, dass sie unidirektional sind und ich eine bidirektionale Erfassung benötige.

Ich denke, die Lösung für dieses Problem besteht darin, einen Strommonitor von der negativen Stromversorgungsschiene des HV-Operationsverstärkers mit Strom zu versorgen - unter Verwendung einer Zenerdiode und eines Widerstands zwischen dem Ausgang und der negativen Schiene, um eine gewisse Spannung (z. B. 5 V) zur Stromversorgung des Stromüberwachungs-IC abfallen zu lassen . So etwas wie der MAX4070könnte klappen. Im schlimmsten Fall beträgt die negative Versorgungsschiene -250 V und der Ausgang 200 V. Dann würde der MAX4070 mit 200 V bei Vcc und 195 V bei "GND2", der Masse des MAX4070-IC (nicht mit der Masse der Last) versorgt. Der Ausgang würde dann irgendwo zwischen 195 V und 200 V bei "Vout2" in Bezug auf reale Masse liegen. Ich könnte dies dann in einen Isolator leiten, wobei die Sekundärseite an echte Masse geklemmt ist und eine Spannung proportional zum Strom von höchstens 5 V ist. Da der MAX4070 eine 2,5-V-Referenz hat, würde der Ausgang von 0–2,5 V für negativen Strom und 2,5–5 V für positiven Strom variieren.

Hier ist ein Diagramm (hastig in CircuitLab gezeichnet - aber ich habe den MAX-IC von Hand gezeichnet und die LED / LDR soll ein Optoisolator sein):

Bidirektionaler Hochspannungs-Stromwächter

Nun ... würde das tatsächlich funktionieren, oder übersehe ich etwas?

Der Zener (D1) ist rückwärts und möchte wahrscheinlich mehr als die paar hundert Mikroampere Strom. (R4) Wenn Sie ein Problem mit der Ausrichtung von LEDs und Fotodioden nicht stört, können Sie zwei LEDs Rücken an Rücken platzieren und die Lichtleistung überwachen. Es ist ziemlich linear mit Strom von 1 mA bis ~ 20 mA (abhängig von der LED).
@GeorgeHerold, danke, gut erkannt! Ich denke, Sie meinen, dass R4 zu hoch ist, so dass nicht genug Strom vom Zener abgelassen wird? Denken Sie ein wenig mehr darüber nach: Die Verwendung von R4 = 100k würde einen Abfall von 500 uA bei -200 V Operationsverstärkerausgang und 4,5 mA bei +200 V ergeben. Das würde 0,9 W verbrauchen - nicht ideal, aber wenn R4 höher wird, nähert es sich der negativen di / dt-Steigung des Zeners. Klingt das vernünftig?
@GeorgeHerold Bei einem Ausgang von -200 V beträgt die -HV-Schiene immer noch -250 V, sodass an R4 ein Abfall von 45 V auftritt, der 450 uA durch D1 erzeugt - immer noch genug, um die 5 V zu regulieren. Oder übersehe ich etwas?
Oh, mein Fehler ... Ich werde meinen zweiten Kommentar löschen.
Sie könnten sich so etwas ansehen: ti.com/lit/ds/symlink/amc1100.pdf Sie müssen herausfinden, wie Sie die Hochspannungsseite versorgen, aber es gibt Möglichkeiten dazu.
@JohnD: das sieht sehr interessant aus - vielen Dank. Dieses Datenblatt erwähnt eine Anwendung mit einem Abwärtswandler zur Erzeugung der High-Side-5-V-Versorgung - ich werde dies untersuchen. Danke noch einmal!
+1 für den TI-Trennverstärker sieht aus wie das, was Sie brauchen. Sie können einen isolierten DC-DC verwenden, um ihn zu versorgen.

Antworten (2)

Warum verwenden Sie nicht ein isoliertes Netzteil (z. B. Murata, Meanwell, Aimtec) mit der gewünschten Widerstandsfähigkeit (von 500 bis 5,3 kV verfügbar) und einen Optoverstärker wie den erwähnten AMC1100 oder Avago ACPL78? Die Eingangsspannung beträgt normalerweise +/- 100 mV bis 200 mV, also setzen Sie für 15 mA 6-10 Ohm ein.
Für 0V und Eingangsreferenz: Beim Avago muss Pin 3 (-IN) auf 0V (Masse der Versorgung) gelegt werden und das Signal kann diese 100/200 mV unter 0V schwingen. Gezogener Eingangsstrom im Bereich von 1 uA, also nicht störend beim Lesen. Versorgungsstrom noch nicht vernachlässigbar.

Analoge Isolatoren sind scheiße. Verwenden Sie adc genau dort, wo Sie es brauchen. Zum Beispiel Ad7400 mit einer isolierten 5-V-Versorgung. Dann, wenn Sie es wirklich wirklich brauchen, können Sie seinen Ausgang wieder in ein analoges Signal umwandeln.

High-Side-Strommonitor für bidirektionale Hochspannungsschiene mit niedrigem Strom
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