Uma grande quantidade de aplicações eletrônicas exige que a corrente que circula através de uma carga seja controlada dentro de limites estreitos. Isso ocorre com o controle de motores, fontes de alimentação, fontes de LEDs, controles de solenóides, etc. Para essa finalidade são usados circuitos sensores de corrente que podem apresentar diversas configurações. Nesse artigo tratamos dessas configurações e damos alguns exemplos práticos.
Os circuitos sensores de corrente têm por finalidade monitorar a corrente numa carga, fornecendo um sinal que pode ser usado por um circuito de controle ou simplesmente de desabilitação da carga, em caso de sobrecorrente ou curto-circuito.
Os circuitos sensores mais usados são os que fazem uso de um resistor ligado em série com a carga, onde a tensão que aparece sobre o resistor é proporcional à corrente que circula pela carga.
No entanto, não basta ligar o resistor sensor em série com a carga de qualquer maneira. Existem técnicas para se fazer isso, pois a tensão sobre o resistor precisa ser corretamente amplificada e entregue ao circuito de controle o monitoramento de uma forma que ele possa usar. Basicamente existem três técnicas de sensoriar corrente numa carga usando resistores.
a) Lado de Baixo (Low side)
Nessa técnica o resistor é ligado entre a carga e o terra do circuito, conforme mostra a figura 1.
Normalmente nesse tipo de sensoriamento, a corrente circula num único sentido, e a comutação ou controle da carga é feita do lado da alimentação.
Essa técnica de sensoriamento apresenta vantagens e desvantagens. As vantagens são:
* Baixa tensão de entrada no modo comum do amplificador
* Tensão de saída referenciada em relação à terra
* Fonte de alimentação simples
As desvantagens são:
* A carga deixa de ter conexão direta com a terra
* Corrente causada por um curto entre a carga e a terra não são detectadas
* A carga a ativada se houver um curto com a terra e isso não é detectado.
b) Lado de Cima (High side)
Nessa configuração o resistor sensor fica do lado da alimentação positiva da carga, assim como o amplificador usado no sensoriamento, conforme mostra a figura 2.
Nesse modo de sensoriamento, a corrente da carga normalmente é contínua e sua comutação é feito do lado de baixo do circuito, do lado da terra, para sermos mais precisos.
Nessa configuração também existem vantagens e desvantagens. As vantagens são:
* A carga está aterrada
* A carga não é ativada em caso de um curto acidental com a terra.
* Se um curto acidental com a terra ocorrer na carga isso é detectado.
As desvantagens:
* As tensões em modo comum aplicadas ao amplificador sensor são altas.
* As tensões de saída devem ser referenciadas ao positivo da alimentação.
c) Gama Total (High and low side)
Nessa configuração, a corrente na carga pode ser sensoriada independentemente de seu sentido de circulação, sendo ideal para aplicações que fazem uso de pontes, conforme mostra a figura 3.
Observe que, independentemente do sentido de circulação da corrente na carga, dado pela ação das chaves na ponte H, o circuito sensor fornecerá um sinal de saída. Essa configuração tem como principal vantagem a possibilidade de sensoriar a corrente nos dois sentidos com o amplificador atuando dos dois lados (alimentação e terra).
Como os demais, essa configuração tem suas vantagens e desvantagens.
As vantagens são:
* Apenas um resistor de sensoriamento é usado mesmo a corrente circulando nos dois sentidos.
* Conveniente para as cargas com características indutivas
As desvantagens:
* Ampla faixa de tensões de entrada em modo comum
* A rejeição em modo comum limita a precisão nas aplicações PWM
Em função do que vimos, podemos dar alguns exemplos de circuitos práticos obtidos de documentação da Linear Technology (www.linear.com).
Circuito 1 - Lado de Baixo (Low Side)
O circuito apresentado na figura 4 sensoria a corrente de uma carga alimentada por uma tensão de 5 V, no entanto, os componentes podem ser alterados para o monitoramento de correntes com tensões mais elevadas.
O resistor de 0,2 Ω fornece 0,2 V/A de correte, de modo que na saída temos uma tensão de 0,2V/A chegando a 4,3 V de excursão máxima. Transistores equivalentes ao 2N3904 podem ser usados como o BC547.
Circuito 2 - Lado de Cima (High Side)
Um circuito típico para essa topologia é mostrado na figura 5.
Esse circuito faz uso de um amplificador operacional da Linear e precisa de fonte de alimentação simétrica. O resistor de 3 mΩ fornece uma tensão de 3 mV por ampère, com uma tensão de saída máxima de 5 V, já que o amplificador é rail-to-rail.
Circuito 3 - bidirecional
Temos finalmente na figura 5 um circuito bidirecional com uma corrente máxima de 1 a, fornecendo uma tensão de saída de 0 a 5 V sendo 2,5 V a que corresponde a 0 A, conforme indicado no diagrama.
Essa configuração faz uso de três amplificadores operacionais, observando-se que a fonte de alimentação não precisa ser simétrica. Os amplificadores usados são da Linear.
Conclusão
As configurações mostradas servem de exemplo para as topologias que podem ser adotadas no sensoriamento de corrente, cada qual com suas vantagens e desvantagens. Cabe ao projetista analisar os prós e os contras de cada uma dessas configurações de modo a escolher a que melhor de adapta à sua aplicação.
