Neste artigo, iremos explorar as características avançadas do SLG47011V para medição de corrente, tensão e potência, destacando a importância de aproveitar a sua lógica configurável e características especializadas para satisfazer os requisitos específicos das aplicações de monitorização modernas.

Monitorização de Corrente, Tensão e Potência.
Sendo um dos mais recentes membros da família GreenPAK, o SLG47011 destaca-se pela integração de diversos blocos funcionais essenciais:
■ Um ADC SAR de 14 bits capaz de atingir velocidades até 2,35 Msps no modo de 8 bits.
■ Um amplificador de ganho programável (PGA) que suporta seis configurações de amplificador, com ajustes de ganho que variam de 1x a 64x, proporcionando flexibilidade no processamento de sinais analógicos.
■ Um DAC integrado de 12 bits, operando com taxas de amostragem até 333 ksps, permitindo a geração precisa de sinais de saída analógicos.
■ Outra característica notável é a unidade matemática de hardware (MathCore), que suporta operações de multiplicação, adição, subtração e divisão, facilitando o processamento eficiente de dados sem a necessidade de processadores externos.
■ Memória dinâmica integrada para 4096 palavras.
Com estes blocos integrados, o SLG47011V oferece uma abordagem versátil para a monitorização de corrente, tensão, potência e temperatura. A utilização destes blocos internos reduz o número de componentes externos necessários. Por exemplo, o bloco PGA integrado elimina a necessidade de um amplificador diferencial externo para medições de corrente. Além disso, oferece vantagens adicionais, uma vez que este bloco configurável permite o ajuste flexível dos seus parâmetros durante o processo de medição, incluindo o ajuste do ganho, o que, por sua vez, aumenta a gama de medição.
Esta combinação de blocos analógicos e digitais altamente integrados no SLG47011V simplifica significativamente o design do sistema e melhora a funcionalidade. A capacidade de realizar medições e processar dados num único chip não só reduz a complexidade global do sistema, como também melhora a fiabilidade, minimizando os potenciais pontos de falha associados à utilização de outros componentes externos. Este nível de integração, juntamente com a flexibilidade das suas funções programáveis, torna-o particularmente adequado para a criação de soluções de monitorização compactas e eficientes.

A natureza configurável deste dispositivo permite-lhe adaptar-se dinamicamente às alterações dos requisitos de medição sem a necessidade de modificações de hardware. Esta adaptabilidade é especialmente valiosa em aplicações onde as condições de medição podem variar significativamente, permitindo que o sistema mantenha o desempenho ideal em diferentes cenários de funcionamento.

Figura 1. Projeto típico para medição de tensão, corrente e potência

O projeto apresentado na Figura 1 destina-se à interface com um MCU via I²C e pode ser conceptualmente dividido nos seguintes blocos:
Bloco A: Responsável pela digitalização dos sinais analógicos de entrada. De salientar que o amplificador de ganho programável (PGA) pode ser reconfigurado via I²C, permitindo o ajuste individual do ganho de cada canal de medição com base nas características específicas dos sinais medidos.
Bloco B: Gere a lógica de controlo do ADC, garantindo a correta inicialização do ADC. O SLG47011V também oferece capacidades de compensação de offset para medições diferenciais. Este bloco monitoriza o tempo e o funcionamento correto da compensação de offset durante a medição de corrente.
Bloco C: Trata do armazenamento e processamento dos dados digitalizados. Os buffers 0 a 3 armazenam os dados digitalizados (do ADC) e funcionam como filtros, atualizando os dados de acordo com o princípio da média móvel. O MathCore realiza os cálculos de potência multiplicando as saídas digitais de tensão e corrente.

Os resultados de cada buffer podem ser lidos via I²C e posteriormente apresentados no MCU ou ligados a um computador para estabelecer um sistema de monitorização.
A solução apresentada na Figura 2 permite a medição de tensões até 20 V e correntes até 4 A, desde que o ganho do PGA seja alterado via I²C de acordo com a corrente: x32 para correntes até 1 A, x8 para correntes de 1 A a 3 A e x4 para 4 A.

Caso contrário, este circuito pode medir correntes até 1 A com um ganho de x32. É possível reduzir o ganho para x16, aumentando assim a corrente máxima medida para 2 A. No entanto, como o projeto inicial depende da sobrescrita do ganho através de I2C, é importante que o ganho seja sobrescrito tanto para o canal 3 (que mede a corrente) como para o canal 2, uma vez que o canal 2 calibra o offset do canal 3.
A tensão de entrada é aplicada ao pino +V_BUS e foi concebida para uma gama de tensão de 4 V a 20 V.

Os pinos 7 e 8 devem ser ligados entre si, pois são responsáveis ​​pela calibração do offset.
O pino 16 (Sync) serve como pino de sinal que controla quando o MCU pode aceder ao SLG47011. A comunicação com o chip via I2C só é possível quando o pino 16 está em nível BAIXO.
R3 é um resistor shunt a partir do qual se mede a corrente.

Figura 2. Circuito de aplicação típico

Os dados lidos pelo MathCore são convertidos através da seguinte fórmula:
P=((2298537⋅M⋅2048))/(285212672000⋅G_e )
em que:
M – dados lidos pelo MathCore;
Ge – ganho do canal 

É também possível ler os valores de tensão e corrente dos buffers 0 e 3, que serão calculados em média da mesma forma que o buffer seguinte ao MathCore. No entanto, como existem dois buffers ligados em série para a corrente, são calculados 16 bytes em média em 14 bits.

A leitura da voltagem é convertida através da seguinte fórmula:

V_bus=((ADC_Vbus/2^N⋅Vref))/((R5/(R4+R5)))
em que:
ADCVbus – dados lidos pelo Buffer 1
N – resolução do ADC

A leitura atual é convertida através da seguinte fórmula:
I=(〖(ADC〗_SHUNT/2^N)⋅Vref/2)/((R3/G_e))
em que:
ADCSHUNT – dados lidos pelo Buffer 3

Descrição funcional da placa de demonstração
: A placa de demonstração SLG47011V nº 1, que apresenta um microcontrolador para leitura e exibição de dados do chip, juntamente com os componentes necessários para medições precisas, fornece uma demonstração prática das capacidades de medição de tensão, corrente e potência do SLG47011V. Foram testadas três placas para determinar a precisão das medições de tensão e corrente, e os resultados estão descritos na secção 3.1.

Figura 3. Placa de demonstração SLG47011V nº 1

Características
■ Compatível com fonte de alimentação (até 28 V, 5 A)
■ Mede a tensão, a corrente, a potência e a temperatura
■ Mede em ambos os sentidos (ligação por ficha e tomada)
■ Visor OLED monocromático de 128 x 32

A Figura 4 mostra um diagrama funcional simplificado.

Figura 4. Diagrama de blocos funcionais da placa de demonstração SLG47011V nº 1 R1.0

Precisão das medições:
Foram realizadas medições de tensão e corrente em três placas diferentes para recolher estatísticas sobre a precisão (ver Tabelas 1 e 2).

Características de personalização
Como referido anteriormente, o SLG47011V é um circuito integrado lógico configurável que permite a implementação de funções avançadas, como o temporizador watchdog e a proteção contra sobretensão/sobreaquecimento, entre outras, ao contrário de outros chips normalmente utilizados em sistemas de monitorização de parâmetros elétricos.
Este design melhorado é utilizado na nota de aplicação (AN-CM-375 Monitor de Tensão, Corrente, Potência e Temperatura).

Figura 5. Projeto com funções OVP, OCP e OTP.
Esta configuração não só permite medições simples, como também inclui a deteção de falhas nos sinais medidos e emite um sinal de falha externamente quando necessário.
Outra funcionalidade é a capacidade de medir corrente num chip de cobre (consulte AN-CM-394 Detecção de corrente com rasto de cobre).
Para além da compensação de offset padrão disponível através da tabela de memória e do MathCore, também é possível medir corrente com a capacidade de compensar a deriva térmica.

Figura 6. Projeto com compensação de deriva térmica.
Conclusão
Em conclusão, o SLG47011V oferece uma solução flexível e eficiente para aplicações de medição de corrente, tensão e potência. A sua lógica configurável, juntamente com características como compensação de offset, correção de deriva térmica e deteção de falhas, torna-o uma escolha fiável para sistemas de monitorização. A opção de integrar funções adicionais, como temporizadores watchdog e proteção contra sobretensão/sobretemperatura, aumenta a sua adaptabilidade. Com a sua programabilidade e elevada capacidade de integração, o SLG47011V fornece uma plataforma prática para a criação de soluções de monitorização precisas e em tempo real para uma variedade de aplicações.

Autores: Ruslan Tykhovetskyi, Engenheiro de Aplicações, Renesas Electronics, Lviv, Ucrânia