Replanteando la declaración del problema subyacente:
Para leer la corriente que fluye a través de una resistencia de derivación de corriente de 0.25 miliohmios en el lado alto de un circuito alimentado por batería, con una precisión de 0.1 Amperios.
Notas:
- El voltaje de la batería puede variar de 10.5 a 15 voltios
- Supuesto: se requiere una medición de corriente unidireccional, no bidireccional
- OP desea medir a una precisión inferior a milivoltios utilizando una configuración pasiva de 3 resistencias
Para una unidad de medida mínima de 0.1 amperios, voltaje a través de la derivación = 25 microvoltios. Incluso ignorando el voltaje de modo común de 10-15 voltios, un ADC de 16 bits con una referencia de 5 voltios proporciona una resolución de 76.2 microvoltios por conteo. Por lo tanto, la resolución deseada no se puede lograr con un ADC de 16 bits utilizando componentes pasivos solos. En resumen, las especificaciones en la pregunta son insostenibles a menos que se predique un ADC de 24 bits.
Soluciones prácticas:
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Efecto Hall, ruta de corriente aislada, sensores de corriente lineales:
Para medir una corriente de hasta 20 o 30 amperios a gran escala, los sensores de corriente lineal de efecto Hall, como el Allegro ACS713 proporcionan una medición de corriente de lado alto aislada y unidireccional, con una resistencia de derivación interna de 1,2 miliohmios a lo largo del trayecto actual. Para la detección de corriente bidireccional, el ACS712 proporciona la misma funcionalidad, y también tiene una opción de escala de 5 amperios.
Para un rango completo de 50 o 100 amperios, ACS756 series , similar al ACS713, ofrece una resistencia de derivación interna de 130 µΩ a lo largo de la ruta actual.
Ambos sensores de corriente proporcionan una salida ratiometric , por lo que la tensión de salida varía linealmente hasta la tensión de alimentación del CI (3 a 5 voltios), en la relación de la corriente detectada a la corriente nominal máxima (20, 30, 50 o 100 A dependiendo de la variante específica utilizada).
DadoquelatrayectoriadedeteccióndecorrienteestáaisladaeléctricamentedelrestodelIC(quesemuestraeneldiagramaanterior),lacorrientedetectadaesindependientedelatensióndelabatería,almenoshastavarioskilovoltios.Comounaventajaadicional,estossensorespuedenusarseenelladoaltoobajosinningúncambio:lasalidaestáreferenciadaatierraconunaexcursióndehastaVccde3a5voltios,segúncorresponda.
Amplificadordesentidodecorrientedeladoalto:
Estossonesencialmenteop-amperiosdevoltajediferencialespecializados,diseñadosparatolerarunaltovoltajedemodocomúnenlospinessensores,muchomásalládesusrielesdesuministro.
Porejemplo,el Texas Instruments LMP8480 (detección unidireccional) y LMP8481 (bidireccionales) los amplificadores de detección de corriente están diseñados para detección de lado alto con un rango de voltaje de modo común de 4.0V a 76V . Por lo tanto, pueden usarse para la batería indicada sin consideraciones especiales, y sin siquiera proporcionar un suministro de 5 voltios por separado: pueden funcionar directamente desde el suministro de la batería, como se muestra a continuación.
A la ganancia fija máxima admitida de 100 V / V, estos amplificadores proporcionarán una salida de 2,5 milivoltios por cada 0,1 Amperios a través de la derivación de 0,25 miliohm especificada.
Otros fabricantes de IC analógicos ofrecen otros amplificadores de detección de corriente de lado alto. Una búsqueda en la web proporcionará varias opciones.
Esto deja entonces la cuestión de digitalizar el voltaje de salida de estos sensores o amplificadores de corriente.
Para los sensores de efecto Hall mencionados, para obtener una resolución de 0,1 amperios a escala de 5 amperios, un ADC de 8 bits (256 valores) será suficiente: 5 / 0.1 = 50 valores discretos. Para una resolución de 0,1 Amperios a escala de 100 Amperios, se necesita un ADC de 10 bits (1024 valores) o preferiblemente de 12 bits: 100 / 0.1 = 1000 de valores discretos.
Para los amplificadores diferenciales mencionados, la profundidad de bits del ADC estaría determinada por el valor actual de escala completo deseado, pero como una estimación aproximada sería suficiente cualquier ADC de 12 bits.
