Carga electrónica

[micro_pepe]

Estoy probando una carga electrónica, que quiero que funcione desde 0.1A hasta 3A. Utilizo como sensor de corriente una resistencia de 100mHom (R3), con lo cual la caida de voltaje es de 10mV a 300mV, y aqui es donde viene el problema, a bajas corrientes el voltaje es muy bajo y el operacional no regula bien.

El motivo de usar una resistencia baja, es para evitar grandes caidas de voltaje, y el tener que poner R3 de gran potencia, ademas dispongo de resistencias de 100mHom del 1% lo que en teoria me evitaria ajustes.

¿Que operacional tengo que poner? o que otra forma hay de solucionarlo.

Saludos!!!

[migsantiago]

Hola Pepe

Mis tips:

+ No alimentes con 12V la G, ponle algo menor como 3V o similar a través de una R en serie de unos 100 ohms. Si quieres bájalo con un divisor de voltaje.

+ Necesitas forzosamente un opamp comparador con histéresis o con memoria. Cuando detectas más de tu nivel de comparación, R3 baja a 0V y el opamp vuelve a prender G. Armaste un muy bonito oscilador.

+ El LM358 tiene 2mV de Input offset, lo cual no afecta a tu comparación mínima de 10mV... se me hace extraño que falle a voltajes bajos. ¿Cómo estás generando la referencia de la entrada no inversora?

+ Mueve el MOSFET N abajo de R3. G se activa dependiendo del voltaje de S. Si sumas el voltaje de R3 a S, G puede estarse activando antes de tiempo, no lo sé bien.

Saludos. 

[Chaly29]

Hola micro_pepe, te doy algunos consejos, ese circuito lo e usado bastante últimamente y conozco bastante bien como funciona y se comporta.

Hola migsantiago, si me permite te corregiré algunos errores que as comentado, esto si ánimos de ofender, solo con la idea de no confundir a micro_pepe, perdón si te ofendo  

Para más exactitud puedes usar un micro de precisión tal como el OP77 y familiares   estos necesitan fuente partida.
Te recomiendo el uso de fuente partida y uso de protección en el gate del IRFZ44.
Nunca vallas a usar un amplificador o comparador con histéresis, ya que de usarlo el circuito automáticamente empezaría a oscilar.
Coincido con migsantiago que no deberías de tener problemas con los 100mA, de hecho yo lo estoy usando con 100mA y una resistencia de 0.11 ohms y no tengo ningún tipo de problemas.
No muevas nunca el mosfet debajo del R3, ya que es muy probable que empiece a oscilar por la alta resistencia del mosfet en su zona lineal.
Lo más probable es que tengas problemas con la referencia de tensión que estas usado, si esta no es muy estable puede estarte provocando los problemas que comentas, por eso te paso el siguiente circuito:



Como verás este circuito hace uso del TL431 que es un integrado muy estable para usar como referencia de tensión, a su salida entrega 2.5V y con los condensadores es filtrado muy fuertemente para evitar cualquier espurea.
El resistor variable superior es un simple preset, este es el encargado de fijar el límite superior de la corriente que va a circular por la carga artificial.
El  resistor variable inferior es un simple potenciómetro lineal y con este controlarás manualmente la intensidad a circular por la carga.
Este circuito no posee límite inferior, pero fácilmente puedes colocarle un resistor de valor adecuado para conseguirlo.

Cualquier duda me la consultas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[elgarbe]

Hola micro_pepe, te doy algunos consejos, ese circuito lo e usado bastante últimamente y conozco bastante bien como funciona y se comporta.

Hola migsantiago, si me permite te corregiré algunos errores que as comentado, esto si ánimos de ofender, solo con la idea de no confundir a micro_pepe, perdón si te ofendo  

Para más exactitud puedes usar un micro de precisión tal como el OP77 y familiares   estos necesitan fuente partida.
Te recomiendo el uso de fuente partida y uso de protección en el gate del IRFZ44.
Nunca vallas a usar un amplificador o comparador con histéresis, ya que de usarlo el circuito automáticamente empezaría a oscilar.
Coincido con migsantiago que no deberías de tener problemas con los 100mA, de hecho yo lo estoy usando con 100mA y una resistencia de 0.11 ohms y no tengo ningún tipo de problemas.
No muevas nunca el mosfet debajo del R3, ya que es muy probable que empiece a oscilar por la alta resistencia del mosfet en su zona lineal.
Lo más probable es que tengas problemas con la referencia de tensión que estas usado, si esta no es muy estable puede estarte provocando los problemas que comentas, por eso te paso el siguiente circuito:



Como verás este circuito hace uso del TL431 que es un integrado muy estable para usar como referencia de tensión, a su salida entrega 2.5V y con los condensadores es filtrado muy fuertemente para evitar cualquier espurea.
El resistor variable superior es un simple preset, este es el encargado de fijar el límite superior de la corriente que va a circular por la carga artificial.
El  resistor variable inferior es un simple potenciómetro lineal y con este controlarás manualmente la intensidad a circular por la carga.
Este circuito no posee límite inferior, pero fácilmente puedes colocarle un resistor de valor adecuado para conseguirlo.

Cualquier duda me la consultas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

A favoritos para futuras pruebas!

sds y gracias!

[Chaly29]

Hola a todos, me e olvidado de comentar:

A poner muy buen disipador, ya que el mosfet calentará de manera importante, por supuesto según sea la intensidad/tensión que este controlando.

Si bien el IRFZ44 en su datasheet dice que puede soportar lo siguiente:

Tensión      55 Volts
Corriente    49 Amperes a 25°C
Potencia     98 watts.

Yo no recomendaría que ningunos de estos valores anteriores sean superados en su 50%, por lo tanto quedaría de la siguiente manera:

Tensión      30 Volts
Corriente    20 Amperes a 25°C (encapsulado TO-220 no creo que soporte adecuadamente más intensidad por sus pines)
Potencia     50 watts.

Los valores anteriores son aproximados y los que dictan mi experiencia. En un principio pueden usarse cualquier tipo de mosfet cumpliendo las reglas anteriormente mencionadas. Usar aislación en el caso de usar mosfet en alta tensión, por ejemplo más de 80Vcc. Y tener mucho CUIDADO ya que no es un circuito aislado.

En el esquema la alimentación indicada es de 12Vcc, pero serán apto valores entre 8 y 19 Vcc, valores inferiores no excitarán el mosfet de manera adecuada (el gate necesita 5Vcc para entrar en estado ON) y valores superiores quemarán el gate del mosfet.
Tener cuidado que no todos los mosfet soportan en el gate 20Vcc como el IRFZ44.

NO ES POSIBLE EL USO DE MOSFET EN PARALELO con la idea de aumentar la potencia de la carga, ya para esto hay que usar otra configuración de drivers de salida.

Para el uso de tensiones de alimentación inferiores a 12Vcc, reemplazar la resistencia de 15K por una de 3K3.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[micro_pepe]

Gracias por las respuestas  

Efectivamente el problema como comentais está en la referencia de voltaje, viene de un PWM con un divisor de voltaje, si mido con un multimetro marca 10mV clavados, pero al enchufarle el osciloscopio es una montaña de ruido.

He probado a darle una referencia de voltaje con un potencihometro, y funciona perfectamente.

Tengo que mejorar el filtrado de ese PWM, quizas con un operacional, y a su salida el divisor de voltaje.

El PWM es de 4KHz y 5v.

Saludos!!!

[Picuino]

Para medir bajos voltajes que no están referenciados a masa (también tendrás caída de tensión en el cable de masa)
debes utilizar un amplificador de instrumentación.

Microchip tiene algunos baratos y sencillos de utilizar.
http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=11017&mid=11&lang=en


Linear Technology, Analog Devices o Texas Instruments tiene modelos más profesionales.


También puedes encontrar modelos que te hacen directamente la conversión ADC

Saludos.

[migsantiago]

Hola migsantiago, si me permite te corregiré algunos errores que as comentado, esto si ánimos de ofender, solo con la idea de no confundir a micro_pepe, perdón si te ofendo  

Hola Chaly, está bien, corrígeme para aprender más.  

Creo que entendí mal el esquemático en la parte de la conexión de la carga. Pensé que la carga iba conectada a una fuente positiva. Veo que Chaly la puso conectada a GND. Me perdí en esa parte.

Según vi, el MOSFET se abre cuando la corriente rebasa el límite propuesto por la entrada inversora del opamp. Al abrir el MOSFET, la corriente baja a 0mA. Como la corriente baja, el opamp vuelve a activar el MOSFET y deja que la sobrecorriente fluya por R3 de nuevo. El opamp vuelve a desactivar el MOSFET y así sucesivamente, por eso pensé que oscilaría el circuito.

Sobre los mOhm (Ron) que el MOSFET podría tener al ponerlo abajo de R3 también lo pensé, agregará un offset a la medición. No me preocupe porque pensé que lo compensaría con el nivel de la comparación. 

[Chaly29]

Hola migsantiago, por lo que interpreto de tu último mensaje, pues creo que se te a pasado lo peor de todo 

El mosfet en estado ON se comporta como una simple resistencia, que incluso es posible usarla para medir la corriente que pasa por el mismo, pero cuando no se encuentra ni en estado OFF ni en ON, pues el mosfet se encuentra el la zona lineal del mismo y en esta zona se comporta como una resistencia variable, desde un valor muy alto de ohms (estado OFF) a un valor muy bajo (estado ON) y este valor de ohms depende de la tensión que se encuentra en el gate.

El circuito propuesto, lo que hace es controlar por medio de la tensión aplicada al gate, el valor en ohms que tomará el mosfet. Por lo tanto, en este circuito no funciona como "digital" solo en los estados ON/OFF, si no, que lo hace de manera análoga comportándose como una simple resistencia variable.

Las cargas artificiales son muy usadas para probar fuentes de alimentación, por lo tanto el positivo de la fuente se conecta al drain del mosfet y el negativo de la fuente al source.

Olvídate del mosfet funcionando como digital, acá actúa como un simple BJT sofisticado, y verás donde está tu problema de interpretación.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Chaly29]

Creo que entendí mal el esquemático en la parte de la conexión de la carga. Pensé que la carga iba conectada a una fuente positiva. Veo que Chaly la puso conectada a GND. Me perdí en esa parte.

migsantiago, acuérdate que este circuito es la carga, no que a este circuito se le conecta una carga.

Por lo tanto acá no controlamos una carga, si no que todo este circuito es la carga que le aplicamos al circuito que controlará una carga.

Y es por este motivo que el circuito de salida se configura de distinta manera. Por lo tanto a no confundirlo con un circuito controlador de cargas.

De más esta decir, pero por la dudas lo aclaro, que ambos circuitos no pueden compartir una misma masa 

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Chaly29]

Hola micro_pepe, aquí te paso un circuito de filtro activo, es muy bueno para fuentes de alimentación o instrumentación que no necesitan una rápida reacción a los cambios de tensión, tal como sería una carga artificial.



El circuito es muy sencillo, necesita una fuente partida, aunque no es obligación que sea simétrica para este uso. Es suficiente con una tensión de 7 o más volts para el ramal positivo y con -2 volts o superior para el ramal positivo.

El circuito en sí es un filtro activo de 2do orden, con un pre-filtrado y a su salida un seguidor de tensión, un divisor y una protección para tensiones negativas (diodo 1N5819).

Como te comentaba, para una carga artificial, donde no se espera un tiempo de respuesta muy rápido, funciona de maravillas ya que posee un retardo de aproximadamente 200 mili segundos, la salida es muy estable (por supuesto si la entrada también lo es).

Y si bien no es un circuito de mucha precisión ya que usa un LM358, puedes hacerlo mucho más exacto usando un operacional del tipo OP77 o similar. Igual será más que suficiente para la mayoría de aplicaciones.

Cualquier duda me la preguntas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[migsantiago]

Olvídate del mosfet funcionando como digital, acá actúa como un simple BJT sofisticado, y verás donde está tu problema de interpretación.

Chaly, me has iluminado jeje... no había caído en cuenta de que estaban controlando al MOSFET como la carga en sí... justamente pensaba que el MOSFET era usado como switch digital.

Gracias por la corrección. 

Pepe, disculpa el despiste. 

Saludos.

[micro_pepe]

Gracias por todas la aclaraciones Carlos.

Santiago, tranquilo un despiste lo tiene cualquiera.

Muestro los avances que hice, lo he probado muy por encima pero parece ir bien, le tengo que enchufar el osciloscopio a ver que dice, pero con el multimetro mide bien.

Lo que he echo es en lugar de dividir el voltaje del PWM por 16, multiplicar el de la resistencia "shunt" por 16, así los voltajes a comparar son mas elevados. Aunque si el "doctor" osciloscopio me detecta algo probaré ese filtro que me has pasado Carlos.

Dejo adjunto el esquemilla. Tenia un OPA2277P a mano y es muy bueno en comparación con el LM358, si pongo 160mV en la referencia me cae en la shunt 10mV (estoy amplificando: 10mV*16=160mV).

Picuino: Tendre en cuenta para otros proyectos, o este si fuese necesario, lo del amplificador de instrumentación.

Gracias por los consejos, como digo mañana le meto es osciloscopio y comento.

[Chaly29]

Hola micro_pepe, si bien el circuito que usas a mejorado en cantidad, pues hay algunas cosillas sencillas que yo cambiaría, por ejemplo:

Eliminaría C2 y R6, ya que estos tienden hacer auto-oscilar el circuito.

En paralelo a R4 colocaría un pequeño condensador de por ejemplo 10nF para evitar auto-oscilaciones.

Si bien creo que el circuito mejoro, a la hora de medir con el osciloscopio pues, verás las fluctuaciones generadas por el PWM y que el tester por tratarse de una alta frecuencia no alcanza a medir y en realidad lo que hace es un promedio. Pero allí estarán, sobre todo cuando el duty-cycle del PWM sea inferior al 50%. El condensador de 10nF recomendado anteriormente ayudará a disipar este problema.

Pero bueno, como no se la aplicación que le darás a la carga, en la mayoría de los casos esa pequeña fluctuación no impedirá realizar pruebas y mediciones muy buenas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[elgarbe]

Un pequeño aporte, no mío, sino de uno de mis ídolos:

Saludos!