prólogo
Muchas aplicaciones requieren detectar la corriente en el riel del lado alto de un bus de alimentación y convertirla en un voltaje referenciado a tierra proporcional a esta corriente (consulte la Figura 1). Este voltaje generalmente se alimenta a un microcontrolador o se usa como entrada analógica a un controlador de fuente de alimentación conmutada. Esta nota de aplicación compara varios métodos de detección de corriente de lado alto, incluidas dos técnicas simples que se pueden usar para detectar corriente en un riel de alto voltaje usando un amplificador de bajo voltaje.
Hay muchas formas de detectar la corriente del lado alto y no existe una solución “única para todos”. El ISL28006 (ver Figura 2) es una solución muy compacta para aplicaciones de hasta 28V. La versión de ganancia fija requiere pocos componentes externos y tiene una sobretemperatura de compensación máxima de 450 µV, superior a productos similares. Sin embargo, algunas aplicaciones pueden requerir un desplazamiento más pequeño para una mayor precisión o pueden necesitar detectar rieles por encima de 28V. Los amplificadores operacionales de alto voltaje se pueden usar en configuraciones de amplificadores diferenciales estándar, pero este circuito requiere una combinación de resistencias muy ajustada cuando se amplifican voltajes bajos en los rieles de alto voltaje. Por ejemplo, la detección de 10 mV en un riel de 5 V con una resistencia del 1 % se amplifica por un factor de 50, lo que genera un error en el peor de los casos de ~37 %, suponiendo una compensación de amplificador cero. La Figura 3 muestra un ejemplo numérico de la peor tolerancia posible. El voltaje en el terminal no inversor del amplificador se calcula en 4,9137 V según los valores del peor caso del divisor de resistencia de 0,99 kΩ y 50,5 kΩ, y el voltaje en el terminal inversor es el mismo debido a la virtual nulo. La corriente a través de la resistencia de 1,01 kΩ es (5 V – 4,9137 V)/1,01 kΩ = 85,4 µA. La salida es 4,9137 V menos 85,4 µA*49,5 kΩ = 683 mV. Esto es un 37% más alto que el valor nominal de 50*10mV = 500mV esperado para resistencias de 50kΩ y 1kΩ.
Una cosa importante a tener en cuenta es que la configuración del amplificador diferencial en la Figura 2 requiere el uso de un amplificador con un voltaje nominal similar al del riel alto que se está detectando. Los amplificadores operacionales de baja compensación que funcionan desde un riel de suministro nominal de 5 V están más fácilmente disponibles que aquellos que funcionan desde rieles de suministro más altos. Los mejores amplificadores de 5 V de su clase tienen compensaciones de µV. Los mejores amplificadores de alto voltaje (30-40 V) de su clase tienen compensaciones de 10 µV a 100 µV.
Circuito de detección de corriente mejorado
El resto de esta nota de aplicación describe dos técnicas de circuito que permiten el uso de amplificadores operacionales convencionales de 5 V para detectar corriente en rieles de alto voltaje. Se utiliza un esquema simple de polarización de baja potencia para alimentar el amplificador. Además, el ancho de banda de ganancia de todo el circuito puede ser mucho mayor que el ancho de banda de ganancia del propio amplificador. Esta es una gran ventaja en aplicaciones donde el objetivo es detectar corriente en fuentes de alimentación conmutadas que funcionan a cientos de kHz y poder retener armónicos de alta frecuencia.