Elektronika modelarska

W bieżący weekend i poniedziałek 22 kwietnie firma będzie nieczynna. Świętujemy śmierć i zmartwychwstanie Jezusa Chrystusa. Zamówienia złożone w czasie świąt zostaną obsłużone we wtorek 23 kwietnia. Za utrudnienia przepraszam i życzę wesołych świąt.

 

Jeden z kolegów zapytał się mnie o czujnik prądu 100A dostosowany do OSD Misia o napięciu referencyjnym przetwornika wynoszącym 2,5V. Jeżeli będzie potrzeba to mogę wprowadzić taki czujnik do oferty, ale chciałbym przestawić tutaj sposób jak można manewrować wartościami elementów aby osiągnąć zamierzone parametry czujnika. Dotyczy to zwłaszcza doboru napięcia wejściowego przetwornika, bo każdy projekt może mieć inne wymagania. Na schemacie liczyłem wartości dla napięcia wyjściowego wynoszącego 5V.

Zaczynamy od doboru oporników pomiarowych. Pojedynczy opornik użyty w projekcie może rozproszyć do 3W mocy (5mΩ tylko 2,5W). Jeżeli zastosujemy dwa oporniki równolegle uzyskamy mniejszą oporność wypadkową. Zwiększy się też dopuszczalna moc rozpraszana, ale raczej nie dwukrotnie, bo to ciepło gdzieś musi uciekać a w takim przypadku grzejemy płytkę z obu stron.
Nie wiem dokładnie jaka będzie dopuszczalna moc rozpraszana dla dwu oporników, ale powiedzmy ze 4W, góra 5W.
Do osiągnięcia prądu 100A potrzebujemy opornika nie większego niż:
R=P/I^2
R=5W/100A^2 = 0,5mΩ

To jest górna granica, opornik może być oczywiście mniejszy, będzie się mniej grzał. Do dyspozycji mamy następujące zestawy oporników:
2x1,0mΩ = 0,5mΩ,
2x0,5mΩ = 0,25mΩ,
1,0mΩ||0,5mΩ = 0,33mΩ

Teraz trzeba dobrać rezystor R3 przy wzmacniaczu tak aby uzyskać odpowiednie napiecie wyjściowe. Wzór na wartość R3 (dla wzmacniacza INA139) jest następujacy:
R3 = Vout*1k / (I*R4)
ps. dla INA138 który był w pierwszych kilkunastu czujnikach zamiast 1k będzie 5k

więc dla I=100A:
R4=0,5mΩ  => R3=50k Najbliższy z typoszeregu to 51k
R4=0,25mΩ  => R3=100k
R4=0,33mΩ  => R3=75k

Ponieważ nie mam opornika 75k, najbliższe wartości jakie posiadam to 62k 1% i 82k 5% wiec liczę napięcie wyjściowe jakie uzyskam dla nich ze wzoru:
Vout=I*R4*R3/1k
wiec dla:
Vout(62k) = 100*0,33mΩ*62k/1k = 2,06V
Vout(82k) = 100*0,33mΩ*82k/1k = 2,73V

jeszcze zweryfikuję napięcie wyjściowe dla zaokrąglenia 50k do 51k
Vout(51k) = 100*0,5mΩ*51k/1k = 2,55V

 

Moim zdaniem najrozsądniejszy do tego będzie zestaw dwu oporników 0,5mΩ. Będzie się najmniej grzało (moc wydzielana to 2,5W).
Oporniki 100k mam w tolerancji 1%, więc uzyskamy mniejszy rozrzut parametrów niż dla typowych 5%.
Będzie też najmniejsza czułość dla mniejszych prądów, ale tak to już jest: coś za coś. :-)

ps. Nie jestem w stanie policzyć temperatury do jakiej będą nagrzewały się oporniki pomiarowe przy rozpraszaniu tych kilku watów. Oporniki liczone są do pracy w temperaturze otoczenia 80°C a mogą pracować do 170°C, więc trzeba się liczyć z tym że przy prądach zbliżonych do nominalnych czujnik będzie mocno gorący i spokojnie może przekroczyć temperaturę 100°C.
Zalecam takie umieszczenie czujnika aby mógł być chłodzony przepływającym powietrzem, oraz taki montaż przewodów, aby ciepło mogło być odprowadzane przez miedź przewodu.

Lataj bezpiecznie swoim UAV