Amplifikasyon Yüksek Gerilim nA Akım

Temelde sadece bir Arkino kullanarak ölçmeye çalıştığım 0.1nA ila 500uA aralığında akan çok yüksek bir dirence ( temel devre anahattı ) bağlı 1kV DC kaynağı olan bir devrenim var (akım değişiyor çünkü direnç dış etkenlere bağlı olarak değişir). Bir Arduino'ya bağlı (veya benzeri) kullanma fikrim vardı: https://www.adafruit.com/product/904

Bununla birlikte, bu 26V'a kadar çalışır ve sadece 0.8mA çözünürlüğe sahiptir.

Bunu çözmek için önce INA219'un gerilimi ~ 13V'a düşürülmüş , düşük dirençli dirençleri olan devrenin paralel bir bölümüne sahip olmak için potansiyel bir bölücü kullanmayı düşündüm .

Ancak şimdi bu bölümdeki akımı INA219'un ölçebileceği bir değere yükseltmem gerekiyor. I yukarı şeyler baktıktan sonra bunun için iyi bir fikir Darlington çifti olacağını düşündük ve şu şekilde uygulanan: Darlington çifti ile . Ancak bunun için bir amplifikasyon yok. Darlington çiftini yanlış mı uyguluyorum yoksa bu küçük akımlar için işe yaramıyor mu, yoksa Darlington çifti buradaki akımı yükseltmek için tamamen yanlış bir fikir mi? Bu konuda yanlış bir yol varsa, bu düşük akım yüksek volt devresinin bir Arduino ile akımını ölçmenin iyi bir yolu nedir?

Düzenleme: Ben Olin Lathrop cevabı tarafından tarif olduğunu düşünüyorum diyagram şematik dahil

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Bu, birkaç bonusla Olin'in düşündüğü şematik olurdu.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Zeners oldukça yüksek kaçak akıma sahip olabilir ve ölçmek istediğiniz akım küçük olduğundan çok düşük kaçak korumasına ihtiyacınız vardır.

Böylece, D3 aşırı akımı toprağa çevirebilen bir 3V referans oluşturacaktır. D1 / D2 sadece bir şeyler ters giderse açılır. D1 ve D2, düşük kaçak akım için seçmeniz gereken normal silikon diyotlardır.

Şematik editör 1N4148 kullandı ancak veri sayfasına göre sızıntı oldukça yüksek. Daha düşük sızıntıya sahip 1N3595'i deneyebilirsiniz . Bilerek delikli bir parça seçtim, çünkü daha geniş pim aralığı nedeniyle delikten düşük sızıntı yapmak daha kolay ...

C1, gerekirse düşük geçişli filtreleme sağlar. Değilse, R5 / C1'i çıkarın.

Bunun, R3'ün ark veya yanma olmadan 1kV'ye dayanabilmesi veya aşırı akım nedeniyle besleme kesilmesi vb. Durumunda, R1'deki kısa devreye karşı tam olarak korunacağını unutmayın.

1kV kaynağınız yalnızca birkaç mA çıkış yapabiliyorsa, D2-D3 diyotları mikro ADC'nizi koruyacaktır, ancak R2 / R3 yaylanıp ölecektir. Çok pahalı parçalar değil, bu yüzden aşırı tasarım veya seçim değil.

Mikrodenetleyici ile 500 µA'ya kadar ölçüm yapmak istiyorsunuz. Düşük taraf akım algılama direnci, bize söylemediğiniz kısıtlamalar olmadığı sürece bariz bir seçim gibi görünüyor. 1 kV ile, bir volt veya birkaçını düşürmek kabul edilebilir olmalıdır.

Diyelim ki 500 µA'da 3,0 V istiyorsunuz. Matematik yap. (3.0 V) / (500 uA) = 6 kΩ. Yükün alt ucu ile toprak arasında bu olduğunda, 0 ila 500 µA'yı gösteren 0 ila 3.0 V sinyali alırsınız.

Etraftaki büyük voltajla, bu 3 V sinyali ile A / D arasına biraz koruma koyardım. Seri direnç ve ardından toprağa diyot kırpılması ve 3,3 V falan ekleyin.

12 bit A / D (günümüzde bir mikrodenetleyiciye kolayca yerleştirilebilir) ile yaklaşık 122 nA çözünürlük elde edersiniz. Bu yeterince iyi değilse, bant genişliğiniz yeterince düşükse delta-sigma gibi harici bir A / D kullanın.

Katma

Diyotların ve R4'ün yerleşimi şemanızda bir anlam ifade etmiyor.

Yukarıda tarif ettiğim şudur:

R2, akım-gerilim dönüştürücüsüdür. 500 uA'da 3,0 V yapar. D1 ve D2 sonucu güvenli bir seviyeye çeker ve R1 onlara karşı çalışma empedansı sağlar.

Kırpmanın bir dezavantajı, OUT empedansının yüksek olmasıdır. Bir A / D girişi kullanılmadan önce yukarıda gösterilen OUT'ın arabelleğe alınması gerekir. Bu, voltaj takipçisi olarak bir opamp ile yapılabilir.

Zaten orada bir opamp ile sonuçlandığından, R2'yi düşürmeyi ve yükseltmek için opamp'ı kullanmayı düşünebilirsiniz. Bunun mantıklı olup olmadığı, bize söylemediğiniz çeşitli ödünleşmelere bağlıdır.

Bir seçenek, bir optoizolatörü yükle seri olarak kullanmaktır:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Bunun avantajı, mikrodenetleyicinizden yüksek voltajı tamamen izole edebilmenizdir.

Ana dezavantajı, optoizolatörlerin akım transfer oranının (CTR) değişmesidir, bu nedenle bir miktar kalibrasyona ihtiyaç duyacaktır. Ne kadar doğru ölçüme ihtiyacınız olduğuna bağlı olarak,% 100 -1000% TO'ya sahip, ancak bir şekilde doğrusal olmayan yanıtla bazı genel modelleri kullanabilirsiniz. Ekstra doğruluğa ihtiyacınız varsa, doğrusallaştırılmış optoizolatörler vardır, ancak TO'ları sadece yaklaşık% 1'dir, bu da yükseltmek yerine sinyali zayıflattığınız ve düşük voltaj tarafına operasyonel bir amplifikatör eklemeniz gerektiği anlamına gelir.