En este artículo, exploraremos las capacidades avanzadas del SLG47011V para medir corriente, tensión y potencia, destacando la importancia de aprovechar su lógica configurable y sus características especializadas para satisfacer los requisitos específicos de las aplicaciones de monitorización modernas.
Monitorización de corriente, tensión y potencia
Como uno de los últimos miembros de la familia GreenPAK, el SLG47011 destaca por la integración de varios bloques funcionales clave:
■ Un ADC SAR de 14 bits capaz de alcanzar velocidades de hasta 2,35 Msps en modo de 8 bits.
■ Un amplificador de ganancia programable (PGA) que admite seis configuraciones de amplificador, con ajustes de ganancia que van desde 1x hasta 64x, lo que proporciona flexibilidad en el procesamiento de señales analógicas.
■ Un DAC integrado de 12 bits, que funciona a velocidades de muestreo de hasta 333 ksps, lo que permite la generación precisa de señales de salida analógicas.
■ Otra característica destacable es la unidad matemática de hardware (MathCore), que admite operaciones de multiplicación, suma, resta y división, lo que facilita el procesamiento eficiente de datos sin necesidad de recurrir a procesadores externos.
■ Memoria dinámica integrada para 4096 palabras.
Con estos bloques integrados, el SLG47011V ofrece un enfoque versátil para monitorizar la corriente, la tensión, la potencia y la temperatura. El uso de estos bloques internos reduce el número de componentes externos necesarios. Por ejemplo, el bloque PGA integrado elimina la necesidad de un amplificador diferencial externo para las mediciones de corriente. Además, ofrece ventajas adicionales, ya que este bloque configurable permite un ajuste flexible de sus parámetros durante el proceso de medición, incluido el ajuste de la ganancia, lo que a su vez aumenta el rango de medición.
Esta combinación de bloques analógicos y digitales altamente integrados en el SLG47011V simplifica considerablemente el diseño del sistema y mejora su funcionalidad. La capacidad de realizar mediciones y procesar datos en un solo chip no solo reduce la complejidad general del sistema, sino que también mejora la fiabilidad al minimizar los posibles puntos de fallo asociados al uso de otros componentes externos. Este nivel de integración, junto con la flexibilidad de sus funciones programables, lo hace especialmente adecuado para crear soluciones de monitorización compactas y eficientes.
La naturaleza configurable de este dispositivo permite adaptarse dinámicamente a los requisitos de medición cambiantes sin necesidad de modificaciones de hardware. Esta adaptabilidad es especialmente valiosa en aplicaciones en las que las condiciones de medición pueden variar significativamente, lo que permite al sistema mantener un rendimiento óptimo en diferentes escenarios operativos.
Figura 1. Diseño típico para la medición de tensión, corriente y potencia
El diseño que se muestra en la figura 1 está pensado para interactuar con un MCU a través de I²C y se puede dividir conceptualmente en los siguientes bloques:
Bloque A: Responsable de digitalizar las señales analógicas entrantes. Cabe destacar que el amplificador de ganancia programable (PGA) se puede reconfigurar a través de I²C, lo que permite ajustar individualmente la ganancia de cada canal de medición en función de las características específicas de las señales que se miden.
Bloque B: Gestiona la lógica de control del ADC, garantizando el inicio correcto del ADC. El SLG47011V también ofrece capacidades de compensación de offset para mediciones diferenciales. Este bloque supervisa la sincronización y el funcionamiento correcto de la compensación de offset durante la medición de corriente.
Bloque C: Se encarga del almacenamiento y el procesamiento de los datos digitalizados. Los buffers 0 a 3 almacenan los datos digitalizados (procedentes del ADC) y funcionan como filtros actualizando los datos según un principio de media móvil. El MathCore realiza cálculos de potencia multiplicando las salidas digitales de la tensión y la corriente.
Los resultados de cada buffer pueden leerse a través de I²C y, posteriormente, mostrarse a través del MCU o conectarse a un ordenador para establecer un sistema de monitorización.
La solución que se muestra en la figura 2 permite medir tensiones de hasta 20 V y corrientes de hasta 4 A, siempre que la ganancia del PGA se cambie a través de I2C en función de la corriente, es decir: x32 para corrientes de hasta 1 A, x8 para corrientes de 1 A a 3 A y x4 para 4 A.
De lo contrario, este circuito puede medir corrientes de hasta 1 A con una ganancia de x32. Es posible reducir la ganancia a x16, aumentando así la corriente máxima medida a 2 A. Sin embargo, dado que el diseño inicial se basa en sobrescribir la ganancia a través de I2C, es importante que la ganancia se sobrescriba tanto para el canal 3 (que se encarga de medir la corriente) como para el canal 2, ya que este se encarga de calibrar el offset del canal 3.
El voltaje de entrada se aplica al pin +V_BUS y está diseñado para un rango de voltaje de 4 V a 20 V.
Los pines 7 y 8 deben conectarse entre sí, ya que son responsables de la calibración de la compensación.
El pin 16 (Sync) sirve como pin de señal que controla cuándo la MCU puede acceder al SLG47011. La comunicación con el chip a través de I2C solo es posible cuando el pin 16 está en LOW.
R3 es una resistencia en derivación desde la que se mide la corriente..
Figura 2. Circuito de aplicación típico
Los datos leídos por MathCore se convierten utilizando la siguiente fórmula:
P=((2298537⋅M⋅2048))/(285212672000⋅G_e )
donde:
M – datos leídos por MathCore
Ge – ganancia del canal
También es posible leer los valores de tensión y corriente de los buffers 0 y 3, que se promediarán de la misma manera que el buffer que sigue a MathCore. Sin embargo, dado que hay dos buffers conectados en serie para la corriente, se promedian 16 bytes en 14 bits.
El voltaje leído se convierte utilizando la siguiente fórmula:
V_bus=((ADC_Vbus/2^N⋅Vref))/((R5/(R4+R5)))
donde:
ADCVbus – datos leídos por el Buffer 1
N – resolución del ADC
La corriente leída se convierte utilizando la siguiente fórmula:
I=(〖(ADC〗_SHUNT/2^N)⋅Vref/2)/((R3/G_e))
donde:
ADCSHUNT – datos leídos por Buffer 3
Descripción funcional de la placa demo
En la placa de demostración SLG47011V Demo Board #1, que cuenta con un MCU para leer y mostrar los datos del chip, junto con los componentes necesarios para realizar mediciones precisas, se puede ver una demostración práctica de las capacidades de medición de tensión, corriente y potencia del SLG47011V. Se probaron tres placas para determinar la precisión de la medición de tensión y corriente, y los resultados se describen en la sección 3.1.
Figura 3. Placa demo SLG47011V n.º 1
Características
■ Compatible con suministro de alimentación (hasta 28 V, 5 A)
■ Mediciones de tensión, corriente, potencia y temperatura
■ Mediciones en ambas direcciones (conexión de enchufe y receptáculo)
■ Pantalla monocroma OLED de 128 x 32
En la figura 4 se muestra un diagrama funcional simplificado.
Figura 4. Diagrama de bloques funcional de la placa de demostración SLG47011V n.º 1 R1.0
Precisión de medición
Se realizaron mediciones de tensión y corriente en tres placas diferentes para recopilar estadísticas sobre la precisión (véanse las tablas 1 y 2).
Características de personalización
Como se mencionó anteriormente, el SLG47011V es un circuito integrado lógico configurable que permite implementar funciones avanzadas, como la funcionalidad de watchdog y la protección contra sobretensión/sobrecalentamiento, entre otras, a diferencia de otros chips que se utilizan normalmente en los sistemas de monitorización de parámetros eléctricos.
Este diseño mejorado se utiliza para la nota de aplicación (AN-CM-375 Monitor de tensión, corriente, potencia y temperatura).
Figura 5. Diseño con funciones OVP, OCP y OTP
Esta configuración no solo permite realizar mediciones sencillas, sino que también incluye la detección de fallos en las señales medidas y emite una señal de fallo al exterior cuando es necesario.
Otra característica es la capacidad de medir la corriente en una pastilla de cobre (consulte AN-CM-394 Detección de corriente con traza de cobre).
Además de la compensación de offset estándar disponible a través de la tabla de memoria y MathCore, también es posible medir la corriente con la capacidad de compensar la deriva de temperatura.
Figura 6. Diseño con compensación de deriva de temperatura.
Conclusión
En conclusión, el SLG47011V ofrece una solución flexible y eficiente para aplicaciones de medición de corriente, tensión y potencia. Su lógica configurable, junto con características como la compensación de offset, la corrección de la deriva de temperatura y la detección de fallos, lo convierten en una opción fiable para los sistemas de monitorización. La opción de integrar funciones adicionales, como temporizadores de vigilancia y protección contra sobretensión/sobretemperatura, aumenta su adaptabilidad. Con su programabilidad y alta integración, el SLG47011V proporciona una plataforma práctica para crear soluciones de monitorización precisas y en tiempo real para diversas aplicaciones..
Autores: Ruslan Tykhovetskyi, Application Engineer, Renesas Electronics, Lviv, Ukraine
