浅谈电压电流测量隔离电路设计与应用
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摘要:搭配分流电阻,隔离放大器在具有高开关噪声的功率变换器中亦可提供精确的电流测量;当和电阻分压电路配套使用时,还可以作为精确的电压传感器。这些电流和电压信息可以提供给控制器进行计算和实施有效控制,帮助小型发电系统取得最佳的转换效率。具备高共模噪声抑制比、高隔离电压、内置安全绝缘以及超小尺寸等特性,微型化隔离放大器为小型发电涡轮机提供了一个理想的电流/电压检测方案。
1 前言
通常用电负载如电动机变化状况是通过电路上所接电压表和电流表上的数值来确定, 然而一些特殊要求, 需要采用电子数字记录仪或是电脑系统对用电负载变化进行记录监测时, 就要在这些测系统输入端与高电压大电流的负载电路之间配置合适的隔离电路端口了。
2 电压电流测量隔离电路设计
2.1 电路结构原理图
附图1 所示测量隔离电路为电子测量系统设置了一个供检测负载电流的端点OP1、一个供检测负荷在线电压的端点OP2和公共接地端。电路中电阻R1和二极管D1是降压整流电路。C1、R2、C2组成滤波电路, C1端电压为18V。直流电压分别经R3、R4加到光电祸合器OC1、OC2内发光二极管正极上, 流过的电流约1mA。电源交流电由负载RL, 和电流取样电阻R5分压后, 经R6和C3输入到OC1, 调制发光二极管上的直流电流, 产生一个与负载电流成正比例线性变化关系的调制信号:
2.2 工作过程与分析
交流电源经R7降压输入OC2, 调制OC2发光二极管上的直流电流, 产生的调制信号与负载在线电压也是成正比例线性变化关系。在隔离电路的另一侧,OC1、OC2的光敏三极管极分别通过VR1、VR2接至电源的正极(+V), 其输出信号分别经C4、C5输出到OP1、OP2端点。DP1的输出随输入信号幅值与负载电流成正比例线性关系, OP2输出信号幅值与负载在线电压成正比例线性关系。电路中R8、R9是直流分压电阻R10、R11和ZD1、ZD2构成限流、稳压电路。
当OP1输出电压为2.5V时, 相应地负载电流是1A;OP2输出电压为2.5V时, 即负载在线电压是240V。在校核光电祸合隔离电路时, 首先测量负载电流值VR1, OP1然后调整, 至使的电压值与负载电流成相对应的比例值测负载在线电压, 再调整VR2, 至OP2的电压值与负荷在线电压为相对应的比例值。
调整R5可以改变光电祸合隔离电路所适配的负载电流测量范围, R5的电阻值由0.5IV来选定;其承受功率应大于0.5IMax。调整R7能改变负载在线电压的测量范围, R7电阻值由Vmax/250选定。Vmax是电源电压的最高值, IMax是负载的最大电流值。
该光电祸合隔离测电路结构简单、可靠, 输出的电压和电流变化与输入的电压、电流保持良好的线性特性, 并且没有损耗给计带来误差.
利用隔离放大器测量电流和电压虽然会有分流电阻功率损耗的缺点,具备高线性度、低成本和设计灵活等优势的分流电阻电流检测是进行电流测量一个经常使用的方法。随着更佳散热性能和更低阻值分流技术的发展,功率损耗可以通过降低分流信号的大小降到最低。
3. ACPL-C78X系列应用方法
特别面向满足功率转换系统严格的要求设计,ACPL-C78A/C780/C784微型化隔离放大器可以接受±200mV的信号,非常适合接连基于分流方式的电流感应应用。通过选择适合的分流电阻大小便可进行由低于1A到超过100A广大范围的电流监测应用。
ACPL-C78X系列采用先进的sigma-delta模数转换技术和全差分方式实现1%的增益误差(ACPL-C78A)、0.004%的超低非线性,以及直流到100kHz宽广的带宽,请参考图三。采用延展型SSO-8封装供货,拥有8mm爬电距离和电气间隙,ACPL-C78X提供有稳固的电气隔离,并取得IEC/EN/DIN EN 60747-5-2的1140V工作电压安全认证、UL 1577规定的5kVrms/1min双重保护,以及15kV/μs的共模抑制能力。