Utilisation d’un shunt et translation d’une plage de tension

[Jeec]

Bonjour,

Je souhaite suivre en temps réel et enregistrer les variations d’un courant qui circule dans un sens ou l’autre dans un circuit à courant continu et forte intensité. Pour cela j’envisage l’utilisation d’un shunt et d’une carte Arduino. On aurait aux bornes du shunt + ou – 50mV à l’intensité maximum, selon le sens du courant et 0mV en son absence. L’utilisation du convertisseur analogique numérique de l’Arduino ne permet pas d’injecter un signal pouvant prendre des valeurs négatives, aussi la solution pourrait être de translater la plage – 50mV +50mV en 0mV + 100mV entre le shunt et l’entrée analogique.
Quel circuit électronique permettrait de faire cette translation?
Jean
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[Jeec]

Peut être faut il simplement isoler les deux parties (circuit shunt et circuit Arduino), un peu comme on le ferai en alternatif avec un transfo?

[penthode]

ça n'est pas trivial

dés qu'il y a une tension négative à traiter , y faut disposer aussi d'une alim négative

[Antoane]

Bonjour,
Il y a de diverses facons de faire :
- circuit discret à base de somateur : https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_4.html
- amplificateur d'isolement : https://www.ti.com/product/AMC1200
- ADC isolé : https://www.ti.com/lit/ds/symlink/am...252FAMC1106E05
- current sense amplifier : https://www.analog.com/en/products/ad8410.html
- etc.
... voire utilisation d'un capteur Hall plutôt qu'un shunt.

Il faudrait en savoir plus sur le système et son environement pour conclure :
- shunt référencé à la masse, au Vcc, ou flottant ?
- tension d'alimentation de la charge ?
- amplitude du courant à mesurer ?
- bande passante demandée ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[gienas]

Bonjour Jeec et tout le groupe

... aussi la solution pourrait être de translater la plage – 50mV +50mV en 0mV + 100mV entre le shunt et l’entrée analogique ...

À moins de niveaux ”simplement” logiques (+max, 0, -max), je pense que 50mV ou 100 mV, ce n’est pas assez. Il faut amplifier pour au maximum, voisiner les 5V et au mini voisiner le zéro volt. Il faut un ampli additionneur.

[Jeec]

Merci pour vos réponses, effectivement, ce n'est pas trivial.
Pour apporter des précisions, le courant maxi est de 100A sous 12 V, le shunt sera inséré au niveau de la borne négative de la batterie.
La carte Arduino sera alimentée par une petite carte convertisseur 12V/5V branché elle même sur la batterie.
J'ai bien noté qu'une amplitude de 100mV ne sera pas suffisante.

[Antoane]

Bonjour,

S'il n'y a que le capteur comme connection entre la batterie et le montage Arduino, j'utiliserais un simple montage à AOP avec un décalage d'échelle, du genre :

(sans prendre en compte le filtrage)

Sinon, j'utiliserais un ampli différentiel intégré.

Un capteur a effet hall diminuerait les pertes et simplifierait le montage. Avec un shunt, il faut soigner le routage : connexion kelvin/4fils, protection contre les inductions parasites, etc.

[Qristoff]

Bonjour à tous,
@Antoane: avec une alimentation asymétrique de l'AOP, je ne suis pas sûr que la sortie puisse atteindre 0mV ! mais en rail/rail, il y a toujours du déchet qui dépend de la charge !

[Antoane]

Bonjour,

Avec un bon AOP rail-to-rail moderne, éventuellement aidé d'une résistance de pull-down, on doit pouvoir arriver à un montage quasi-idéal -- surtout si la charge est un puits plutôt qu'une source de courant (ie charge connectée entre la sortie et la masse).

Le AD820 utilisé dans la simu, qui est pourtant un AOP de (grand-)papa, est spécifié pour 5 mV de tension de déchet @20 um en sink, soit une résistance de sortie de ~ 250 Ohm (~ la Rdson du mosfet low-side de l'étage de sortie de l'AOP).
Si nècessaire, étant donnée sa sortance >10 mA, on peut ajouter (avec ce montage utilisant une excursion de sortie de 0/500 mV) une résistance de pull-down de 500/10 = 50 Ohm, faisant passer la résistance équivalente de source de l'AOP à 250 // 50 ~ 42 Ohm.

L'autre solution consiste à ajouter un offset supplémentaire à la tension de sortie (eg em diminuant la R4 de mon schéma), mais au prix d'une perte de dynamique de l'ADC -- sauf à modifier la tension de ref. négative.

[Qristoff]

Après, on ne sait pas si c'est l'Arduino qui est à l'origine de la commande de courant ? si c'est le cas, il est facile de recalibrer l'offset ADC lorsque le courant est nul dans le shunt.

[Jeec]

Après, on ne sait pas si c'est l'Arduino qui est à l'origine de la commande de courant ? si c'est le cas, il est facile de recalibrer l'offset ADC lorsque le courant est nul dans le shunt.

L'Arduino n'intervient là que comme système de mesure.

Donc si je comprend bien, j'ai comme solution un AOP type AD820, ou alors rechercher un capteur de courant à effet hall (dommage, j'ai déjà commandé le shunt).
Est-ce qu'un optocoupleur conçu pour le mode analogique pourrait faire l'affaire, en sortie du shunt? A vrai dire, je n'en ai pas trouvé en faisant mes recherches.

[Jeec]

J'ai répondu un peu vite, il y a le CI AMC1200 cité par Antoane qui semble bien répondre au pb...

[Antoane]

Bonjour,

J'ai pris le AD820 car je le connais, mais il existe pléthore d'AOP qui pourraient convenir. Un simple LM358 pourrait même convenir en augmentant un peu l'offset ajouté à la mesure (en diminuant R4).

Le capteur a effet Hall a l'avantage de la simplicité, et de la non-intrusivité.

Le AMC1200, est un amplificateur d'isolation nécessitant une alimentation isolée, qui devra être plus ou moins bipolaire. Ce composant n'est pas simple à mettre en euvre et je ne l'utiliserais que si c#était nécessaire.

[Qristoff]

Bonsoir,

et forte intensité

on est sur quelle gamme de courant ? quelle précision recherchée ?

ou alors rechercher un capteur de courant à effet hall (dommage, j'ai déjà commandé le shunt).

on n'est pas sur la même gamme de prix ! c'est pour du low cost ?

[Jeec]

Bonsoir,
on est sur quelle gamme de courant ? quelle précision recherchée ?
on n'est pas sur la même gamme de prix ! c'est pour du low cost ?

Comme indiqué précédemment, c'est 100A maxi. Quant à la précision, et vu les performances de l'ADC de l'Arduino, le dixième d'A ira très bien.

[Qristoff]

Comme indiqué précédemment, c'est 100A maxi

désolé, j'avais loupé le post.
Pour cette gamme, un capteur LEM serait mieux adapté du coup (bien d'accord avec Antoine) mais un peu plus cher !

[Alex037]

Bonjour à tous,

Je me permet de me greffer a cette discussion car j'ai un problème similaire.
J'ai un Shunt +/- 75mV que j'aimerais convertir en 0 - 5 V afin de correspondre à la plage d'entrée analogique d'un arduino.
Je recherche comment faire mais j'avoue ne pas m'en sortir..
Sur quelle solution pars-tu Jeec ?

[DAT44]

Bonjour,
En solution économique tu peux utiliser un lm321 ou un lm311 en limitant l excursion à 4 v en sortie ...

[Antoane]

Bonjour,

Peux-tu répondre aux questions posées dans le message #4 ?

[paulfjujo]

bonsoir,

si tu peux mettre ton shunt coté +12V
un INA219 pourrait peut-etre faire le job ...
recupere Tension et courant ..en I2C
avec gain PGA=2 scale= +-80mV


en faisant sauter la R CMS=100 (0.1 ohm)