Amplificación de alto voltaje nA Corriente

Este sería el esquema en el que Olin estaba pensando, con algunas bonificaciones.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Los zeners pueden tener una corriente de fuga bastante alta, y usted necesita una protección con fugas muy bajas, ya que la corriente que desea medir es muy pequeña.

Entonces, D3 creará una referencia de 3V con la capacidad de derivar el exceso de corriente a tierra. D1 / D2 se encenderá, solo si algo sale mal. D1 y D2 son diodos de silicio normales, que debe seleccionar para baja corriente de fuga.

El editor de esquemas utilizó 1N4148 pero, según la hoja de datos, la fuga es bastante alta. Puede probar 1N3595 que tiene una fuga mucho menor. Seleccioné una parte de orificio pasante a propósito, porque es más fácil tener una baja fuga con orificio pasante debido al mayor espacio entre los pasadores ...

C1 proporciona algunos filtros de paso bajo, si es necesario. Si no elimina R5 / C1.

Tenga en cuenta que esto solo estará totalmente protegido contra un cortocircuito en R1 si R3 es capaz de soportar 1kV sin arcos o quemaduras, o si la fuente se apaga debido a sobrecorriente, etc.

Si su suministro de 1kV solo puede generar unos pocos mA, entonces los diodos D2-D3 protegerán el ADC de su micro, pero R2 / R3 se arqueará y morirá. Piezas no muy caras, por lo que su elección de sobre diseño o no.

Quiere medir hasta 500 µA con un microcontrolador. Una resistencia de detección de corriente de lado bajo parece ser la opción obvia a menos que haya restricciones que no nos está diciendo. Con 1 kV, debería ser aceptable dejar caer un voltio o unos pocos.

Digamos que desea 3.0 V a 500 µA. Haz las matematicas. (3.0 V) / (500 µA) = 6 kΩ. Con eso entre el extremo inferior de la carga y el terreno, obtendrá una señal de 0 a 3.0 V que indica 0 a 500 µA.

Con el gran voltaje alrededor, pondría algo de protección entre esta señal de 3 V y el A / D. Agregue un poco de resistencia en serie seguida de un recorte de diodo a tierra y 3.3 V o algo así.

Con un A / D de 12 bits (fácil de conseguir hoy en día incorporado en un microcontrolador), obtiene una resolución de aproximadamente 122 nA. Si eso no es lo suficientemente bueno, use un A / D externo, como delta-sigma si su ancho de banda es lo suficientemente bajo.

Añadido

La ubicación de los diodos y R4 no tiene sentido en su esquema.

Esto es lo que describí anteriormente:

R2 es el convertidor de corriente a voltaje. Produce 3.0 V a 500 µA. D1 y D2 recortan el resultado a un nivel seguro, y R1 proporciona la impedancia para que puedan trabajar.

Un inconveniente del recorte es que la impedancia de OUT se vuelve alta. La SALIDA que se muestra arriba se debe almacenar antes de conducir una entrada A / D. Esto se podría hacer con un opamp como seguidor de voltaje.

Como de todas formas terminas con un opamp, puedes considerar bajar R2 y usar el opamp para amplificar. Si eso tiene sentido depende de varias compensaciones de las que no nos ha hablado.

Una opción es usar un optoaislador en serie con la carga:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Esto tiene la ventaja de que puede aislar completamente el alto voltaje de su microcontrolador.

El principal inconveniente es que la relación de transferencia de corriente (CTR) de los optoaislantes varía, por lo que necesitará cierta calibración. Dependiendo de la precisión de la medida que necesite, puede usar algún modelo genérico con 100% -1000% CTR, pero de alguna manera respuesta no lineal. Si necesita precisión adicional, hay optoaisladores lineales, pero su CTR es de solo un 1%, lo que significa que, en lugar de amplificar, ha atenuado la señal y debería agregar un amplificador operacional en el lado de baja tensión.