Cuando se diseña un circuito electrónico, muchas veces es necesario medir la corriente que va hacia alguna etapa de nuestros sistemas electrónicos, por ejemplo: en una fuente de poder se puede requerir medir la corriente que fluye hacia la carga, en un controlador de motores, podemos requerir medir la corriente para conocer la situación en la que se encuentra nuestro mecanismo y en un cargador de baterías, la corriente que fluye hacia las celdas. En este artículo compartimos un circuito muy sencillo para sensado de corriente basado en un amplificador operacional comercial: El LM324.

¿Como encaramos el problema de sensado de corriente?

Cuando hablamos de sensado de corriente, nos encontramos con circuitos integrados especializados para detectar, amplificar y realizar la medición de corriente. En corriente directa, normalmente la medición requiere una resistencia “shunt” en la cual se genera una caída de tensión proporcional a la corriente que circula a través de ella. Dicha tensión es amplificada y procesada de acuerdo a los requisitos de la aplicación. Los circuitos utilizados en estas aplicaciones son habitualmente amplificadores de instrumentación también conocidos como amplificadores diferenciales y circuitos integrados con amplificadores de propósito específico.

Las técnicas de sensado varían dependiendo de la colocación del elemento resistivo (shunt) con respecto a la carga. Principalmente nos encontraremos con 3 situaciones:

  • Sensado de corriente en la parte alta o sensado “High-Side”
  • Sensado de corriente en la parte baja o sensado “Low-Side”
  • Sensado de rango completo (bidireccional)

En el sensado en la parte alta o “High Side” el elemento de sensado (resistor) aparece en el camino desde el voltaje positivo de la fuente de alimentación hacia la carga, como se aprecia en la siguiente imagen.

Disposición de los elementos de sensado de corriente en una aplicación de "lado alto" o "high side"

Disposición de los elementos de sensado de corriente en una aplicación de “lado alto” o “high side”

En el sensado en la parte baja o “Low Side” el elemento de sensado (resistor) aparece en el camino de retorno desde la carga hacia la tierra o masa del circuito, como se muestra a continuación:

Disposición de los elementos de sensado de corriente en una aplicación de "lado bajo" o "low side"

Disposición de los elementos de sensado de corriente en una aplicación de “lado bajo” o “low side”

El sensado de rango completo permite el monitoreo de corriente que fluye en ambos sentidos a través del resistor shunt, es común encontrar estos circuitos por ejemplo en la salida de un puente H.

Sensado de corriente bidireccional y la distribución de los elementos de sensado.

Sensado de corriente bidireccional y la distribución de los elementos de sensado.

Sensado de corriente con amplificadores operacionales comunes

En un circuito que diseñé recientemente, se requiere medir la corriente en una sola dirección pero con la limitante de que debe hacerse  en el lado alto del circuito, es decir, la corriente en el “lado positivo” de la fuente de voltaje. Como debe hacerse de manera económica y además con circuitos que se puedan conseguir fácilmente, pensé siempre en usar un opamp común y barato. La elección en esta situación nos lleva casi siempre al famoso LM324 que se puede conseguir en cualquier tienda de electrónica.

En la hoja de datos del dispositivo (National Semiconductor –  Texas Instruments) se encuentra el siguiente diagrama en la sección de Aplicaciones:

Circuito de sensado de corriente con LM324, ideal cuando se requiere hacerlo de forma barata y sin muchas complicaciones.

Circuito de sensado de corriente con LM324, ideal cuando se requiere hacerlo de forma barata y sin muchas complicaciones.

La salida de este circuito (Vo) nos puede servir para aplicarla a la entrada analógica de un microcontrolador, o bien, llevarla a otras etapas de un circuito analógico.

Conclusión

  • En este artículo aprendimos sobre las distintas posibilidades que hay para diseñar un circuito para el sensado de corriente.
  • Aprendimos que hay 3 formas de medir la corriente que consume un circuito de corriente directa: en el lado alto, lado bajo y bidireccional.
  • Aprendimos el uso de resistencias (shunts) como sensores de corriente.
  • Aprovechamos un diseño sugerido en la hoja de datos del LM324 para medir la corriente en el lado alto.
  • El diseño es muy económico y aunque tiene sus limitantes, puede servirnos bastante por tratarse de un circuito integrado muy comercial.
  • Con esta etapa como base podemos ingresar el voltaje al ADC de un microcontrolador para realizar cualquier operación digital que se requiera.

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