SL 
- Ты хочешь измерить ток.
- Ты берешь амперметр.
- Ты его измеряешь.
Хорошо, отлично, великолепно.
[ INA 228 выглядывает из помойки ]Ладно, для простоты — ситуация такова:
- Есть либо АЦП, либо вход аналоговой схемы. В любом случае — мы хотим получить значение тока в виде напряжения. Например 1 вольт за 20 ампер.
- Есть контур в котором протекает интересуемый нас ток — выход блока питания, нагрузка, или сенсор
Нам необходимо с минимальными изменениями контура получить требуемое напряжение. Для того чтобы определиться с топологией, необходимо пройти простой квиз:
| Изоляция не нужна. Можно рвать землю | Изоляция не нужна. Нельзя рвать землю | Необходима изоляция | |
| Нет постоянной составляющей | Нижний шунт | Верхний шунт | Трансформатор тока |
| Есть постоянная составляющая | Нижний шунт | Верхний шунт | Вы в жопе |
Начнем с простого, постепенно переходя к более сложному:
Нижний шунт:
Самая простая ситуация, применима когда нагрузка может быть подключена не к 0В, а к потенциалу чуть выше 0В. Зачастую это неприемлемо, но в тех случаях когда это возможно, не стоит от этого отказываться. Всего 6 компонентов:
Что может быть проще? Однако, не стоит недооценивать ситуацию, у нас есть:
- Изменение сопротивление Rsense с температурой (а он скорее всего будет греться) — TCR
- Термоэлектрический эффект в местах контакта Rsense
- Неидеальность подключения резистора Rsense
- Выход за рабочую зону ОУ
- Оффсет напряжения ОУ
- Проклято: Изменение оффсета ОУ с температурой
Всё что обсуждается здесь будет приемлемо и к другим случаем.
Фикс 1 — использовать нормальный резистор
Большинство резисторов не пригодны к использованию в качестве шунта. Если цель — получить примерные показания, то это не важно. Однако для соблюдения точности стоит использовать резисторы с низким TCR.
Вики: Константан (от лат. constans, род.п. constantis — постоянный, неизменный) — термостабильный сплав на основе меди. Имеет очень низкий TCR
Наверное хорошо было бы использовать шунт из константана, верно?
Нихрена!
Не смотря на то что сопротивление константана не меняется с температурой, при контакте с медью он генерирует бешеный термоэдс. Да, печатные платы сделаны из меди. Да, хорошие провода тоже.
Необходимо использовать материал с низким TCR и термоэдс. Одним из таких материалов является Манганин — он уже отлично подходит для точного шунта. Стоит только помнить о том что у этого материала низкая стойкость к коррозии.
Фикс 2 — четырехконтактное подключение
Также известно как подключение кельвина — это способ более точно измерить напряжение на резисторе, уменьшив вклад дорожек в измерение (у меди ужасный TCR)
Фикс 3 — rail-to-rail ОУ
Большинство ОУ перестают работать когда входные напряжения подходят к границам питания. Для корректной работы необходимо использовать так называемый rail-to-rail (поддержка полной шкалы входных напряжений). К примеру, можно использовать ОУ фирмы Gainsil, большинство их решений имеют не только полный спектр входных напряжений, но работают и сверх него (до 300мв ниже земли/выше питания).
Фикс 4 — калибровка и chopper-stabilized ОУ
Измеряя большие токи, будут большие потери. Поэтому хочется уменьшить измеряемое напряжение. Однако тогда ошибка оффсета ОУ и дрифт офсета ОУ станут проблемой. И если сам оффсет можно откалибровать при помощи подстройки или МК — дрифт не лечится (нет, измерять температуру и компенсировать не прокатит, это плохо работает). Единственное лечение дрифта — купить нормальный ОУ. Одним из таких является GS8591 (0.12$). Rail-to-rail в комплекте. Тип ОУ — чоппер — это уменьшает пропускную способность до 4.5 мегагерц, но дает 30мкВ офсета и дрифт (!) 0.01мкВ/С.
Трансформатор тока
