Cyfrowy amperomierz z STM32

Produkowany przez firmę Diodes (ex-Zetex) układ ZXCT1086 jest scalonym konwerterem prąd-napięcie przeznaczonym do pomiaru natężenia prądu w obwodach zasilania. Wymaga on zastosowania zewnętrznego czujnika natężenia prądu (rezystora pomiarowego), charakteryzuje się stałą wartością wzmocnienia toru pomiarowego, szerokim pasmem AC, wyposażono go w wyjście napięciowe. Układ może pracować w obwodach o poziomach napięcia do 60V.

Podstawowe cechy i parametry układu ZXCT1086:

  • wzmacniacz różnicowy spadku napięcia na zewnętrznym rezystorze pomiarowym
  • zakres różnicowego napięcia na wejściu: 0…500 mV
  • zakres napięć w monitorowanym obwodzie: 0…60 V
  • zakres napięć zasilania: 2,7…60 V
  • typowy pobór prądu zasilania: 0,6 µA
  • współczynnik wzmocnienia toru pomiarowego: 50 V/V
  • zakres napięcia wyjściowego: 0…VS--1 V
  • impedancja wyjściowa: 125 kΩ
  • maksymalny błąd pomiaru: ±2%
  • pasmo przenoszenia: 200 kHz
  • zakres temperatur pracy: -40…+125°C

Podstawowy schemat aplikacyjny układu ZXCT1086 pokazano na rysunku 1. Układ jest wzmacniaczem o wejściu różnicowym, o ustalonej przez producenta wartości współczynnika wzmocnienia i wyjściu asymetrycznym. Układ ZXCT1086 wzmacnia napięcie pomiędzy wejściami S+ i S- (odłożone na zewnętrznym rezystorze pomiarowym RSENSE), który powinien być włączony w szereg z obciążeniem zasilanym ze źródła DC. Odczytując wartość napięcia na wyjściu układu i znając oporność rezystora pomiarowego oraz wartość wzmocnienia toru pomiarowego (w przypadku ZXCT1086 wynosi 50 V/V) można obliczyć prąd płynący w badanym obwodzie posługując się prawem Ohma.
W prezentowanym przykładzie można skorzystać ze wzoru:

ILOAD=UOUT/50*RSENSE

Dla ograniczenia strat mocy w obwodzie zasilającym oporność rezystora pomiarowego powinna być jak najmniejsza, dzięki czemu spadek napięcia na nim – proporcjonalny do natężenia płynącego prądu – będzie także niewielki.

 

Rys. 1. Podstawowy schemat aplikacyjny układu ZXCT1086

Rys. 1. Podstawowy schemat aplikacyjny układu ZXCT1086

 

Układ ZXCT1086 zapewnia wzmocnienie o wartości 50 V/V. Dostępne są także inne wersje tego układu:

  • ZXCT1084/5 – w przypadku których wartość współczynnika wzmocnienia wynosi 25 V/V,
  • ZXCT1082/3 – których współczynnik wzmocnienia jest za pomocą dodatkowych zewnętrznych rezystorów.

 

 

Układ ZXCT1086 może być stosowany w obwodach, w których napięcie w monitorowanej gałęzi może się zmieniać w przedziale od 0V do 60 V. Jednocześnie układ może być zasilany z osobnego źródła Vs o równie szerokim zakresie napięć – od 2,7V do 60V. Zakres napięć wyjściowych układu ZXCT1086 jest szeroki, wynosi bowiem 0…Vs – 1 V. Podczas przygotowywania projektu należy pamietać, że impedancja wyjściowa układu ZXCT1086 jest duża, wynosi bowiem aż 125 kΩ.

 

Rys. 2. Schemat elektryczny prostego amperomierza cyfrowego z układem pomiarowym ZXCT1086 i mikrokontrolerem STM32

Rys. 2. Schemat elektryczny prostego amperomierza cyfrowego z układem pomiarowym ZXCT1086 i mikrokontrolerem STM32

 

Przykładowy schemat aplikacyjny układu ZXCT1086 współpracującego z mikrokontrolerem STM32, który odpowiada za obsługę pomiarów i wyświetlenie ich wyników na kolorowym LCD, pokazano na rysunku 2. Wygląd zmontowanej płytki amperomierza z dołączonym wyświetlaczem LCD (KAmodTFT2) pokazano na fotografii 3.

 

Fot. 3. Wygląd zmontowanej płytki amperomierza z mikrokontrolerem STM32 z dołączonym wyświetlaczem KAmodTFT2

Fot. 3. Wygląd zmontowanej płytki amperomierza z mikrokontrolerem STM32 z dołączonym wyświetlaczem KAmodTFT2

 

Konstrukcja prezentowanego miernika umożliwia niezależne zasilanie układu ZXCT1086 i części cyfrowej z mikrokontrolerem lub – w razie takiej konieczności – zasilenia całości bezpośrednio z obwodu pomiarowego. Jeżeli korzysta się z zewnętrznego źródła zasilania dołączanego do Con2 o napięciu co najmniej +4V zwora JP1 powinna być ustawiona w pozycji 2-3. Pobierając zasilanie bezpośrednio z mierzonego obwodu należy ustawić zworę JP1 w pozycji 1-2. Ograniczeniem takiego rozwiązania jest wyłączanie się urządzenia gdy napięcie w mierzonym obwodzie będzie spadać poniżej 3,3…4V.

 

Fot. 4. Wygląd precyzyjnego rezystora pomiarowego 0,02Ω zastosowanego jako czujnik współpracujący z układem ZXCT1086

Fot. 4. Wygląd precyzyjnego rezystora pomiarowego 0,02Ω zastosowanego jako czujnik współpracujący z układem ZXCT1086

 

Układ ZXCT1086 mierzy spadek napięcia na specjalnym rezystorze pomiarowym R1 o oporze 0,02Ω (fotografia 4). Jest on włączony w badany obwód zasilania które jest doprowadzone do gniazda wejściowego Con1. Obciążenie należy dołączyć do Con2. Spadek napięcia na R1 jest wzmacniany i poprzez opornik R2 podawany na wejście przetwornika A/C mikrokontrolera. Program sterujący pracą mikrokontrolera, po konwersji napięcia na wartość liczbową, oblicza natężenie prądu płynącego w badanym obwodzie. W programie uwzględniano także wartość oporności R1 oraz współczynnik wzmocnienia ZXCT1086. Informacja o zmierzonym natężeniu prądu jest prezentowana na wyświetlaczu LCD dołączonym do gniazda Con5. W konfiguracji pokazanej na schemacie amperomierz układ może mierzyć prądy w zakresie od 0 do 3A.

Do pobrania

Autor: