Circuito de detecção e monitoramento de precisão de corrente usando IC NCS21xR

Se você estiver procurando por monitores shunt atuais ou amplificadores de detecção de corrente, você está na página certa.

O monitor shunt atual é um amplificador de instrumentação que sente a corrente através de um resistor de derivação em um sistema e o converte em uma saída de sinal lógico para acionar um dispositivo de comutação como um relé, transistor ou um SCR.

O dispositivo de chaveamento é usado para desligar ou desligar a causa da corrente crescente através do resistor shunt, garantindo assim a proteção do dispositivo que está sendo monitorado pelo amplificador de detecção.

Por que precisamos do sensor de corrente e onde podemos usar os monitores de derivação de corrente:

• Gerenciamento de energia em Conversores DC-DC e baixa evasão (LDO) reguladores de tensão
• Notebook, tablets e outros dispositivos de comunicação.
• Veículos elétricos
• Carregadores de bateria para monitorar a carga e descarga .
• Para ajustar o posicionamento correto do solenóide nos circuitos
• Para monitorar os requisitos de energia do motor e controlar a velocidade no sistema de controle do motor.
• Sinta a corrente para proteger um súbito anormal onda de corrente no sistema, o que pode danificá-lo.
• Sinta o fluxo da corrente e meça a potência através do wattímetro.

Seja você um amador, eletricista, estudante ou engenheiro profissional, o “NCS21xR e NCV21xR” família de CIs da ON Semiconductor são a melhor solução para você.

Estes são os monitores de saída de tensão e shunt de corrente que podem monitorar as tensões no resistor de shunt.

Independentemente da fonte de alimentação, o amplificador operacional NCS21 pode medir a tensão de -0,3 a 26 V no modo comum. Para medir ou sentir a corrente em um circuito, você tem duas opções:

A detecção do lado baixo é a técnica mais fácil e barata em que você pode conectar um amplificador operacional .

O circuito de detecção de corrente pode ser conectado entre a carga e o aterramento. Em amplificadores operacionais discretos (Op Amp), conectar o shunt ao aterramento pode introduzir o ruído, mas esse problema foi resolvido no NCS21xR.

Durante a detecção de corrente no lado alto, o circuito do monitor deve ser conectado entre a alimentação e a carga.

O IC NCS21xR é muito útil para detectar a corrente de ambas as técnicas, lado alto e lado baixo.

A série NCS21xR ICs são monitores shunt de corrente de alta sensibilidade, que podem ser usados ​​para aplicações precisas de detecção de corrente.

Características importantes:

Algumas características principais de NCS21xR e NCV ICs são as seguintes:

• Tensões de operação + 2,2 V a + 26 V
• Faixa muito diversificada de temperatura operacional (-40 ° C a + 125 ° C)
• Consumo de corrente 40µA a 80µA IC mais adequado para dispositivos operados por bateria (sensores, notebook etc.)
• Uma boa faixa dinâmica de saída rail-to-rail (RRO) para o amplificador trabalhar nos sinais.
• O desvio de deslocamento baixo (0,5 µ V / ° C) o torna ideal para uma variedade de aplicações de precisão e portáteis.
• Requer tensão de deslocamento muito baixa ± 35 µ V na entrada para fazer com que a saída seja 0.

Funcionalidades e configuração do PIN:

Os ICs NCS21xR e NVC21xR estão disponíveis em dois pacotes de configuração, SC70-6 e UQFN10, conforme mostrado na imagem.

Os pinos IN- e IN + devem ser conectados ao resistor shunt no circuito. Os pinos Vs e GND são para fornecer energia ao IC para operação.

O pino OUT é designado para o sinal de saída do amplificador.

O pino REF deve ser conectado ao aterramento em operação unidirecional e em operação bidirecional REF deve ser conectado ao circuito de referência de tensão.

Como selecionar o resistor Shunt:

A seleção do resistor de derivação é o fator chave para obter a medição precisa da corrente.

A precisão da medição de corrente depende do tamanho e valor do resistor de derivação.

Se você selecionar o valor maior do resistor, poderá obter uma medição mais precisa, mas a resistência maior pode introduzir as perdas de corrente.

É recomendado pelo fabricante usar o resistor de quatro terminais.

Ele oferecerá 2 terminais para o caminho da corrente no circuito e dois terminais para o caminho de detecção de tensão para o amplificador detectar.

Operação unidirecional:

Na operação unidirecional, a corrente flui apenas em uma direção, como fontes de alimentação e circuitos de monitoramento de corrente de carga. Para conectar o NCS21 para operação unidirecional, execute as seguintes etapas:

1. Conecte a resistência shunt e a fonte de alimentação de carga aos pinos de entrada diferencial do IC.
2. Conecte o pino REF com o aterramento.
3. Fornece fonte de alimentação para IC através de Vs e pino GND. O IC pode ser alimentado por uma fonte de alimentação separada ou pela mesma fonte de alimentação da carga.
4. Se você deseja detectar corrente de curto-circuito na fonte de alimentação de carga, use a fonte de alimentação separada para o IC.

Produto 1: Se o pino REF estiver aterrado e não houver corrente passando pela resistência shunt, a saída do NCS21xR estará dentro de 50mV.

Produto 2: Quando há corrente passando pela resistência shunt, a saída será de até 200mV da tensão de alimentação aplicada VS.

Operação bidirecional:

No monitor de shunt de corrente bidirecional, o circuito opera em tensões de modo comum negativa e positiva.

Os circuitos de monitor de shunt de corrente bidirecional são usados ​​no sistema de carregamento de bateria para detectar a corrente em ambas as direções (durante o carregamento e o descarregamento).

A saída na operação bidirecional varia entre as tensões negativa e positiva em torno de uma tensão de polarização aplicada no pino REF. Para operação bidirecional, os pinos de NCDS21xR devem ser conectados da seguinte forma:

1. Conecte a resistência shunt e a fonte de alimentação de carga aos pinos de entrada diferencial (IN- e IN +) do IC
2. O circuito de referência de tensão deve ser conectado ao pino REF, o circuito deve ser de baixa impedância.
3. O pino REF pode ser conectado em série ou em derivação para referência de tensão ou diretamente a qualquer fonte de tensão.
4. Fornece fonte de alimentação para IC através de Vs e pino GND.

Resultado: Se a voltagem exceder a voltagem (Vs + 0,3 V) no pino REF, ele irá polarizar diretamente o diodo conectado entre os pinos REF e Vs.

Filtragem de entrada e saída:

A filtragem do sinal de entrada e saída é muito importante para dispositivos e circuitos de comunicação.

Os sinais diferenciais de entrada na tensão de modo comum podem ser amplificados durante a detecção do lado alto.

Os dispositivos podem amplificar as pequenas tensões e o ruído em níveis muito altos em todo o shunt, o que pode resultar em um erro na medição da corrente.

Para melhorar a precisão da medição, é necessário filtrar o caminho de entrada do sensor de corrente.

A implementação dos filtros pode ser feita adicionando o resistor de filtro conforme mostrado na figura.

A seleção errada do resistor do filtro pode levar a um ganho impreciso. Recomenda-se que o valor do resistor de entrada seja menor ou igual a 10Ω.

Um capacitor pode ser adicionado para corresponder à constante de tempo do resistor shunt. Para filtrar um ruído de alta frequência, o valor do capacitor deve ser aumentado para um valor que forneça a filtragem necessária.

Transientes que excedem 30 Volts:

NCS21xR oferece a capacidade de projetar o circuito para as aplicações com tensões transientes de modo comum de mais de 30 volts.

PARA Diodo Zener ou diodos de supressão de tensão transiente (TVS) podem ser colocados com resistor de entrada externa de 10Ω. Você tem duas opções para consertar os diodos:

Opção um: consertar um único diodo TVS com dois diodos no amplificador, conforme destacado em verde na figura abaixo:

Opção 2: Adicionar aos diodos TVS conforme destacado em azul na figura abaixo

Desligando o NCS21xR:

PARA porta lógica ou MOSFET interruptor de alimentação, ou um travamento do transistor pode ser configurado com o pino OUT do NCS21xR para desligar a alimentação do IC e proteger o circuito associado da situação de sobrecorrente detectada.