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

Se você estiver procurando por monitores de derivação de corrente ou amplificadores de detecção de corrente, então você chegou à página certa.

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

O dispositivo de comutação é usado para cortar ou desligar a causa do aumento da corrente através do resistor de derivação, 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 atuais:

  • Gerenciamento de energia em conversores DC-DC e reguladores de tensão de baixa queda (LDO)
  • Notebook, tablets e outros dispositivos de comunicação.
  • Veículos elétricos
  • Carregadores de bateria para monitorar o carregamento e descarregamento.
  • Para ajustar o posicionamento correto do solenoide nos circuitos
  • Para monitorar os requisitos de energia do motor e controlar a velocidade no sistema de controle do motor.
  • Detecte a corrente para proteger um surto súbito anormal de corrente no sistema, que pode danificar o sistema.
  • Sinta o fluxo de corrente e meça a potência através do wattímetro.

Seja você um hobista, 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 através do resistor shunt.

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

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CIRCUITO DE DETECÇÃO E MONITORAMENTO DE CORRENTE DE PRECISÃO USANDO IC NCS21XR 11
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CIRCUITO DE DETECÇÃO E MONITORAMENTO DE CORRENTE DE PRECISÃO USANDO IC NCS21XR 12

A detecção do lado baixo é uma técnica mais fácil e barata onde você pode conectar um amplificador operacional simples.

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

Enquanto estiver na detecção de corrente do lado alto, o circuito do monitor deve ser conectado entre a alimentação e a carga.

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

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

Características Salientes:

Alguns dos principais recursos dos ICs NCS21xR e NCV são os seguintes:

  • Tensões de operação +2,2V a +26V
  • Faixa de temperatura de operação muito diversificada (-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 funcionar em sinais.
  • O desvio de deslocamento baixo (0,5 µ V/°C) o torna ideal para uma variedade de aplicações portáteis e de precisão.
  • 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 figura.

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CIRCUITO DE DETECÇÃO E MONITORAMENTO DE CORRENTE DE PRECISÃO USANDO IC NCS21XR 13

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

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

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

Como selecionar o resistor de derivação:

A seleção do resistor shunt 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 poderá 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 siga os seguintes passos:

  1. Conecte a resistência de derivação e a fonte de alimentação de carga aos pinos de entrada diferencial do IC.
  2. Conecte o pino REF com o terra.
  3. Fornecer fonte de alimentação para IC através do pino Vs e 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 a corrente de curto-circuito na fonte de alimentação de carga, use a fonte de alimentação separada para o IC.

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

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

Operação Bidirecional:

No monitor de derivação de corrente bidirecional, o circuito opera em tensões de modo comum negativo e positivo.

Os circuitos de monitoramento de derivação de corrente bidirecionais são usados ​​no sistema de carregamento de bateria para detectar a corrente em ambas as direções (durante a carga e a descarga).

A saída em operação bidirecional varia entre tensões negativas e positivas em torno de uma tensão de polarização aplicada no pino REF. Para operação bidirecional os pinos do NCDS21xR devem ser conectados da seguinte forma:

  1. Conecte a resistência de derivação 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 à referência de tensão ou diretamente a qualquer fonte de tensão.
  4. Fornecer fonte de alimentação para IC através do pino Vs e GND.

Saída: Se a tensão exceder a tensão (Vs+0,3V) no pino REF, então ele irá polarizar 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 ruídos em níveis muito altos ao longo do shunt, o que pode resultar em um erro na medição de 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 do filtro conforme mostrado na figura.

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CIRCUITO DE DETECÇÃO E MONITORAMENTO DE CORRENTE DE PRECISÃO USANDO IC NCS21XR 14

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 de derivação. 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:

O NCS21xR oferece a capacidade de projetar o circuito para aplicações com tensões transitórias de modo comum superiores a 30 volts.

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

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

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CIRCUITO DE DETECÇÃO E MONITORAMENTO DE CORRENTE DE PRECISÃO USANDO IC NCS21XR 15

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

Desligando o NCS21xR:

Uma porta lógica ou chave de alimentação MOSFET, ou uma trava de transistor pode ser configurada com o pino OUT do NCS21xR para desligar a alimentação do IC e proteger o circuito associado da situação de sobrecorrente detectada.

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FONTE


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