Con el objeto de medir una corriente eléctrica, se utilizó un sensor de efecto Hall UGN3503, el cual fue acoplado mediante un circuito acondicionador de señal a un conversor A/D de un microcontrolador PIC 16F873. Con el fin de determinar la respuesta del sensor, se efectuaron varias mediciones con valores conocidos de corriente y se los comparó con los valores digitalizados por el conversor A/D del microcontrolador. Se obtuvieron valores de R2>0.9991 y una exactitud de ±0,1A. Asimismo, se proponen futuras correcciones para facilitar la calibración y aumentar la exactitud de las mediciones.With the intention of measuring an electrical current, a UGN3503 Hall-effect sensor was used, which was connected through a signal conditioning circuit to a A/D converter of a PIC16f873 microcontroller. With the purpose of determining the sensor behaviour, several measurements with values known current were made and with digitalized values of the A/D converter of the microcontroller were compared. Values of R2>0.9991 were obtained and an exactitude of ±0,1A. Also, to facilitate the calibration and to increase the exactitude of the measurements, future corrections were proposed.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Garnica, Javier Hernán

Manno, Roberto Horacio

Principi, Mauricio

Stoll, Rodolfo Gustavo

Spanish

SEDICI - Repositorio de la UNLP

 
 
 
 
 
MEDICIÓN DE CORRIENTE EN SISTEMAS FVs POR EFECTO HALL 
 
 
Rodolfo G. Stoll, Roberto H. Manno, Mauricio Principi, y Javier H. Garnica.   
Universidad Nacional de Río Cuarto - Facultad de Ingeniería - Departamento de Mecánica 
Ruta Nac. Nº36 Km. 601, 5800 Río Cuarto 
Tel./Fax: (0358) 4676488 - e-mail: rstoll@ing.unrc.edu.ar 
 
 
RESUMEN: Con el objeto de medir una corriente eléctrica, se utilizó un sensor de efecto Hall UGN3503, el cual fue 
acoplado mediante un circuito acondicionador de señal a un conversor A/D de un microcontrolador PIC 16F873. Con el fin 
de determinar la respuesta del sensor, se efectuaron varias mediciones con valores conocidos de corriente y se los comparó 
con los valores digitalizados por el conversor A/D del microcontrolador. Se obtuvieron valores de R2>0.9991 y una exactitud 
de ±0,1A. Asimismo, se proponen futuras correcciones para facilitar la calibración y aumentar la exactitud de las mediciones.  
Palabras clave: Fotovoltaico, Sensor de efecto Hall, medición de corriente, PIC, microcontrolador. 
INTRODUCCIÓN  
La utilización intensiva de combustibles fósiles que se da especialmente en los países industrializados, trae asociado graves 
problemas. Entre los más importantes se pueden citar: el calentamiento global debido al efecto invernadero producido 
fundamentalmente por el incremento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, los problemas geopolíticos 
derivados de la desigual distribución de estos recursos entre las distintas regiones, la contaminación del aire en las grandes 
ciudades y la lluvia ácida.  
Ante el daño ambiental ocasionado por el uso extendido de los combustibles fósiles y su agotabilidad, resulta impostergable 
programar un cambio hacia otras fuentes de energía. Dentro de las fuentes alternativas, las energías renovables como la de 
biomasa, eólica, solar, geotérmica, mareomotriz, la energía de las olas, etc., aparecen como componentes necesarios dentro 
de una canasta diversificada de fuentes de energía respetuosas del medio ambiente.  
Entre las energías renovables, la energía solar fotovoltaica está considerada como una de las que posee mayor aplicabilidad 
en lo inmediato. Desarrollada inicialmente para aplicaciones espaciales, la tecnología fotovoltaica ha demostrado suficiente 
madurez, eficiencia y competitividad para su utilización en distintas aplicaciones terrestres, ya sea en sistemas aislados, 
híbridos o conectados a red. Las cualidades que la caracterizan son: no es contaminante durante la operación, la 
contaminación generada durante la producción es insignificante, no plantea grandes problemas en la ocupación de espacios, 
no genera tensiones geopolíticas, su implementación genera nuevas fuentes de trabajo, es modular adaptándose a distintos 
tamaños de generadores, no requiere agua para la operación del sistema, la confiabilidad es muy alta debido a la ausencia de 
partes móviles, requieren poco mantenimiento y su vida útil es elevada. 
El mercado fotovoltaico mundial está signado por un crecimiento sostenido desde el nacimiento de la tecnología. Hoy por 
hoy, la potencia nominal anual de los generadores fotovoltaicos conectados a red representan más del 80% del mercado 
fotovoltaico mundial; concentradas en Europa (especialmente en Alemania) y en Japón. La escasez del silicio purificado de 
calidad solar, materia prima para la fabricación de celdas fotovoltaicas, es un escollo momentáneo, que solo ha retrasado 
parcialmente la disminución permanente de precios de la instalaciones fotovoltaicas. Según previsiones confiables, esta 
situación se vería resuelta en el año 2008 cuando comiencen su producción varias fábricas que se encuentran actualmente en 
construcción. 
Actualmente en Argentina, los sistemas fotovoltaicos (SFVs) no comprenden una manera viable para suplir la demanda de 
energía eléctrica de una vivienda y solo se considera en casos donde no se tiene acceso a la red de energía eléctrica. Además 
el costo de los SFVs está directamente asociado con la potencia instalada.  
Una premisa fundamental es determinar lo más fehacientemente el perfil de carga del consumidor, ya que tiene influencia 
significativa en el diseño de un SFV, lo que permitiría un eficaz dimensionado del mismo, y de esta manera, obtener un 
ahorro de dinero en la instalación del sistema. 
Actualmente los registradores disponibles en el mercado no son económicamente viables. Por lo tanto sería de gran utilidad 
disponer de un equipo registrador que permitiera medir el consumo, la corriente de carga, la radiación solar y tensión de las 
baterías con una capacidad de memoria suficiente para almacenar datos durante un periodo prolongado; permitiendo así, 
caracterizar de manera económica y eficiente a cada tipo de usuario. 
              ASADES 
Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente 
Vol. 11,  2007.  Impreso en la Argentina.  ISSN  0329-5184 
08.169 
OBJETIVO  
El objetivo principal de este trabajo fue diseñar un dispositivo económico y robusto que permitiera medir y registrar la 
corriente eléctrica en sistemas fotovoltaicos de manera eficiente. 
DESARROLLO TEÓRICO 
Sensor de efecto Hall 
Para la correcta observación del sistema es necesario tener conocimiento de la corriente. Para ello se utilizará un transductor 
de efecto Hall, ya que los mismos ofrecen una buena solución para estas necesidades, y proporcionan el aislamiento 
galvánico necesario entre las etapas de potencia y de control. Además, este tipo de sensor es particularmente adecuado para la 
medida de corrientes ya tiene un diseño compacto y permite su fácil montaje en una placa de circuito impreso. 
El efecto Hall ha sido conocido por más de cien años, pero recién ha tenido un notable uso en las tres últimas décadas. Con la 
producción en masa de semiconductores, se ha difundido aún más su uso. Por primera vez, el sensor de efecto Hall y su 
electrónica asociada han sido combinados en un solo circuito integrado, consiguiéndose un pequeño dispositivo que permite 
medir el flujo en pequeños entrehierros. 
Los sensores de efecto Hall son dispositivos que traducen la intensidad del campo magnético a una tensión eléctrica 
proporcional al mismo (Pallás Areny, 2002). La ventaja inherente de estos traductores es la baja tensión de trabajo, el bajo 
consumo de energía, su linealidad y como son dispositivos que no se colocan en serie en el circuito se independizan de los 
posibles cortocircuitos que podrían presentarse en el SFV. 
En la figura 1(a) se muestra la tensión de respuesta de un sensor de efecto Hall UGN3503 (Gilbert y Dewey, 1996) en 
función  del campo magnético. La sensibilidad de estos sensores se puede incrementar utilizando núcleos de un material 
ferromagnético. En este caso se utilizó un Toroide de Ferrite T2307, el cual fue cortado para generar un entrehierro e 
introducir el sensor, como se muestra en la figura 1(b). 
 
 
 
(a) (b) 
 
Figura 1. a) Características de respuesta del sensor y b) Montaje del sensor. 
 
Etapa de acondicionamiento de señal. 
La tensión de salida de un sensor UGN3503 está desplazada en VCC/2 (tensión de alimentación del sensor) cuando la 
corriente sensada es nula. Para aumentar la resolución en la digitalización de la medición es necesaria una etapa de 
amplificación diferencial que permitirá desplazar el cero del sensor e incrementará la sensibilidad de la medición. 
En la Figura 2 a) se muestra el esquema del circuito adoptado, utilizando un amplificador operacional LM358 (Nacional 
Semiconductors, DS007787) y con un circuito integrado LM336 (Nacional Semiconductors, DS005715) se efectúa la 
referencia de tensión. La ganancia del amplificador es de 10, permitiendo medir corrientes de hasta 25 A y no sobrepasar el 
rango del conversor A/D utilizado.   
Etapa de digitalización. 
Para convertir la medición analógica en una señal digital, se utiliza un PIC 16F873 que cumple dos tareas. La primera es 
08.170 
corregir los desplazamientos que produzca la etapa de amplificación y facilitar la calibración de las mediciones por software, 
de manera de aumentar la exactitud del equipo de medición. La segunda función es transmitir la medición a una PC para su 
posterior análisis. En la figura 2 b) se muestra una imagen del prototipo realizado que sirvió como base para el análisis de 
funcionamiento del conjunto diseñado. 
 
  
(a) (b) 
 
Figura 2. a) Esquema electrónico de sensor y acondicionador de señal y b) Imagen del prototipo. 
 
DESARROLLO EXPERIMENTAL 
Análisis del sensor acoplado al acondicionador de señal 
Previamente a la digitalización de la señal provista por el sensor, fue necesario relevar la curva V-I de respuesta del mismo 
acoplado a la etapa de acondicionamiento de señal para determinar el comportamiento del conjunto, a fin de verificar que el 
núcleo de Ferrite seleccionado no se sature en el rango de funcionamiento, lo que daría lugar a mediciones incorrectas.  
Para tal fin, se utilizó una fuente regulada LG GP-4303D para variar la corriente que circula por el sensor, un multímetro 
PROVA 903 como se muestra en la figura 3 (a). Esta  corriente de ensayo fue regulada entre 0 y 2,2A, la cual era amplificada 
10 veces mediante la relacion de espiras alrededor del toroide de ferrite.  
La respuesta de la etapa de acondicionamiento de señal posee un desplazamiento de 1,3V para una corriente nula y el 
incremento de la tensión de salida es  lineal con respecto a la misma, figura 3 (b). 
 
y = 0,0543x + 1,3036
R2 = 1
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 2,5 5 7,5 10 12,5 15
[A]
[V
]
 
(a) (b) 
 
Figura 3. Esquema del equipo de calibración y curva relevada 
RESULTADOS Y DISCUSIÓN 
Calibración del sensor de efecto Hall. 
Posteriormente al relevamiento de la curva del conjunto, sensor y acondicionador de señal, se lo acopló al conversor A/D del 
microcontrolador para poder determinar la respuesta del instrumento. La calibración se efectuó variando la tensión de 
referencia de conversor A/D de manera de conseguir la mayor exactitud del mismo. Los valores digitalizados eran adquiridos 
mediante la interfaz RS232 de Niple.  
 
08.171 
Con una tensión de referencia de 5V se obtuvo una respuesta como se muestra la figura 4. La reducción de la tensión de 
referencia permitió aumentar la resolución del conversor A/D. Para una correcta visualización de los datos en amperes y no 
en bits, se efectuaron sucesivos ajustes que permitieron obtener valores enteros de bits por cada Amper medido, lo que 
facilitó la elaboración del programa que se cargó en el microcontrolador. 
Calibración Nº1
y = 11,235x + 269,05
R2 = 0,9998
0
100
200
300
400
500
600
0 5 10 15 20
Corriente [A]
B
its
 
Calibración Nº2
y = 19,648x + 370,02
R2 = 0,9995
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 5 10 15 20 25
Corriente [A]
B
its
 
(a) (b) 
Calibración Nº3
y = 19,874x + 370,4
R2 = 0,9995
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 5 10 15 20 25
Corriente [A]
Bi
ts
 
Calibración Nº4
y = 19,901x + 372,2
R2 = 0,9996
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 5 10 15 20 25
Corriente [A]
Bi
ts
 
(c) (d) 
Calibración Nº5
y = 20,355x + 369,98
R2 = 0,9991
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 5 10 15 20 25
Corriente [A]
Bi
ts
 
(e) 
 
Figura 4. Curvas de calibraciones para: a) Vref=5V, b) Vref=2,78V, c) Vref=2,76V, d) Vref=2,75V y e) Vref=2,74V. 
En las distintas curvas de calibración de la figura 4 se puede observar que el corrimiento del amplificador operacional no es 
igual en ninguna de las curvas. El mismo fue modificado a fin de alcanzar valores exactos en bits. 
Para valores de deriva menores a 1V, se observó que hay inconvenientes para detectar corrientes bajas. Por otro lado, 
superando ese voltaje, no se afecta la sensibilidad del amplificador. 
Determinación de la incertidumbre de la medición 
08.172 
Las curvas de calibración de la figura 4 permiten calcular el grado de incertidumbre de la medición realizada. Se tomó como 
criterio de exactitud que el valor que será mostrado al usuario del instrumento será por lo menos el doble del mínimo capaz 
de ser leído por el conversor.  
Por ejemplo, en el caso que la tensión de referencia del conversor A/D del microcontrolador sea de 5V, la resolución del 
mismo es de 0,0048V/bit y relacionando este valor con la ecuación lograda en la figura 3 (a) se deduce que la incertidumbre 
es de ±0,09 A/bit. Por lo cual se definió una exactitud del instrumento de ± 0,2A que es aproximadamente el doble de la 
incertidumbre.  
Posteriormente se redujo la tensión de referencia del conversor a 2,7801V logrando una resolución de 0,002715V/bit que 
corresponde a un valor de corriente de ±0,05A/Bits aproximadamente si se la relaciona con la ecuación lograda en la figura 3 
(b). En consecuencia se definió una exactitud del instrumento de ± 0,1A. 
CONCLUSIONES 
Las ideas presentadas aquí pueden ser utilizadas tal cual o adaptadas a los requerimientos de cada aplicación en particular, 
por ejemplo: seguidores del punto de máxima potencia, relevadores de curvas I-V de módulos FVs, entre otros.  
El prototipo funciona de acuerdo a lo previsto, logrando conseguir niveles de exactitud aceptables reduciendo la tensión de 
referencia del conversor A/D.  
En las mediciones realizadas hasta el momento (para distintos valores de corriente) se observó que la medición presenta una 
exactitud aceptable. La linealidad mostrada en las distintas curvas de calibración de la figura 4, expresa que el núcleo de 
ferrite seleccionado no se encuentra saturado. 
La conclusión más relevante de este trabajo es, que esta clase de dispositivo puede ser utilizado en distintos tipos de 
aplicaciones, tales como: seguidores del punto de máxima potencia, relevadores de curva I-V y todas aquellas donde sea 
necesario medir una corriente eléctrica. 
En futuras investigaciones, se propone utilizar un potenciómetro multivueltas adicional (colocado en serie con el utilizado, de 
un valor aproximadamente del 10% del actual) que permitiría un ajuste fino de la tensión de referencia. Asimismo, se 
propone evaluar los cambios sugeridos e integrar el conjunto de sensores para conseguir un dispositivo que permita 
caracterizar los distintos perfiles de carga. 
REFERENCIAS 
Pallás Areny R. (2002) Sensores y Acondicionadores de Señal Vol. 3, pp. 224–229. 
Gilbert y Dewey, (1996) Applications infanormations - linear Hall Effect sensor, Applications Notes 27702*, pp.1-8.  
Pérez García M. A., Álvarez Antón J. C., Campo Rodríguez J. C., Ferrero Martín F. J. y Grillo Ortega G. J. (2005) 
Instrumentación Electrónica. Ed. Thomson. 2º Edición. ISBN: 84-9732-166-9. 
http://www.national.com/ds/LM/LM158.pdf 
http://www.national.com/mpf/LM/LM336-2.5.html 
http://www.sensor.com.tw/lem/la25-np.pdf 
 
ABSTRACT 
With the intention of measuring an electrical current, a UGN3503 Hall-effect sensor was used, which was connected through 
a signal conditioning circuit to a A/D converter of a PIC16f873 microcontroller. With the purpose of determining the sensor 
behaviour, several measurements with values known current were made and with digitalized values of the A/D converter of 
the microcontroller were compared. Values of R2>0.9991 were obtained and an exactitude of ±0,1A. Also, to facilitate the 
calibration and to increase the exactitude of the measurements, future corrections were proposed. 
 
 
Keywords: Photovoltaic, Hall-effect sensor, Measurement of current, PIC, microcontroller. 
 
08.173 


Medición de corriente en sistemas FVs por efecto Hall

http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/93311/Documento_completo.pdf?sequence=1

Medición de corriente en sistemas FVs por efecto Hall

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