差分输入大电阻隔离母线电压检测.doc

FUCK INVT文件编号：INVT0_013_0024_CBB_01CBB规范差分输入大电阻隔离母线电压检测电路 (VER: V1.0)拟制： 惠 时间： 2010-5-14 批准： 安 时间： 2010-5-25 文件评优级别： A优秀 B良好 C一般 1 功能介绍本电路通过大电阻串联隔离高压母线电压与弱电，并组成差分输入检测母线电压。该电路具有结构简单，检测精度高的特点，在我司全系列变频器中已经批量运用。依据380v三相变频器系统的母线电压和检测信号之比为：1000V:10V的统一定标规范，设计电路参数，以下只针对380v系统，其他电压等级的系统类似。2 详细原理图图1 电路原理图3 器件功能v 电阻R1R10：母线正电压隔离电阻；v 电阻R14R23：母线负电压隔离电阻；v 电阻R11、R12：两个电阻并联，方便配置电阻，和其他电阻组成差分电路；v 电阻R24、R25：两个电阻并联，方便配置电阻，和其他电阻组成差分电路；v 电容C1、C2：滤去母线来的高频干扰, 滤除信号上的尖峰和毛刺；v 电容C3、C4：运放TL082的芯片电源旁路电容，滤除15V电源来的高频干扰；v 二极管D1、D2：嵌位运放TL082的输入电压范围，使不超过TL082的芯片电源，保护TL082芯片； v 电阻R13：运放TL082信号输出限流电阻，防止输出短路过热损坏运放芯片；v 电阻R26：抗干扰用。4 参数计算图2差分检测电路示意图 （1） （2） （3） （4）由（1）（2）（3）（4）四式得： （5）由（5）式可知，配置好电阻与的比值，可以检测输入的母线电压。4.1 运放U1： 选用公司一直采用的运放芯片TL082(TI)宽带宽高速运算放大器。4.2 电阻R1R10和R14R23：这些电阻的选取主要需要考虑到在系统做冲击电压测试时，不烧毁这些电阻，因为做冲击电压测试时，冲击电压比母线电压要高很多，根据我司的安规测试规范，强电对用户端子需要打耐压为3000VAC，这里选用10个510K欧姆1%精度电阻串联，下面计算当打冲击电压为3000VAC时，电阻的损耗。忽略电阻R11、R12和R24、R25电阻的分压，电阻R1R10串联，总电阻为5100K欧姆，通过的电流为：每个510k电阻的功率损耗为： 选用的为1210封装电阻，额定功率损耗为1/3W，功率降额为： %可知，在60s测试时间内电阻不会烧毁。保证检测精度，选用1%精度电阻。4.3 电阻R11、R12和R24、R25 图1中的R11与R12并联做为图2中R2，图1中的R24与R25并联做为图2中R4，即，依据1000v母线对应10v的比例关系，又由4.2小节，可知：，所以由于该电阻功率损耗很小，可选用0603封装，,R11与R25不焊接器件。4.4 电容C1、C2C1和C2的作用是滤去母线来的高频噪声。母线上的纹波主要是100HZ工频，高频主要是开关管工作载频（依据功率等级最低1KHZ），依据滤波原理，必须选用的滤波参数能滤去100HZ频率低频，即滤波参数的截止频率要小于100HZ。选定电容为0.01uF,和电阻组成两个积分环节，其总的积分常数为:截止频率为：满足要求。考虑到C1和C2上的纹波电流和损耗很小，选用常用的0603封装贴片电阻。4.5 电容C3、C4 C3和C4的作用是与PCB上的寄生电感和电阻组成高频滤波回路，滤去15V电源来的高频噪声，选用常用的0.1uF/50V0603封装贴片电容。4.6二极管D1、D2 二极管D1和D2的作用是把运算放大器的差分输入信号钳位在运算放大器的工作电源之内，防止损坏运放，选用公司通用的MMBD7000LT1G，两二极管串联的封装，容量为200mA/100V。4.6 电阻R13R13的作用是在运算放大器输出短路的情况下，可以限制运放的输出电流，不至于烧毁。当输入对-15V短路的情况下，输出电压最高为10V,则通过R13的电流为；其中40mA为运放TL082的输出短路大电流可知：只有当R13大于625才能不触发运放的输出过流短路保护。还需要考虑到电流输出能力，这里考虑10ma的输出能力，由TL082的芯片资料（见附件）可知，当带2K欧姆电阻（最大6mA）,输出电压会降低到10V,又380V变频器系统的母线过压为800V,通过1000V:10V的比例，需要输出8V的检测电压，所以：由于当输出10mA电流时，输出电压没有10v，考虑一定裕量，选取100电阻。输出短路保护主要靠TL082芯片本身的保护，电阻起到一定的限流作用,当输出短路时，由于芯片的短路过流保护最大电流为40mA,此时的功率损耗为：为了保护芯片在短路情况下不过热烧坏，需要切断短路输出，通过烧短电阻的方法来保护芯片，选用0603贴片电阻，额定耗散功率最大为0.1W，当短路时，功率达到0.6W，经过一段时间后电路即烧断，从而保护了芯片TL082。应该注意的是，由于运放的深度负反馈的作用，电阻的加入，在运放的高增益下，对检测精度基本上没有影响。4.7 电阻R26R26主要作用是，当输出电压不受控制时，例如当R13在输出短路后烧断，可以把输出电压拉低到GND，保护后续电路的安全。考虑总的输出电流为最大10mA，保证电路可靠拉地，需要选用较小阻值的电阻，选用2K欧姆电阻。此时R26的最大分流为：5 测试数据表1 母线电压测试数据记录 由表1可知，该电路检测精度很高，最高不超过0.3%，可以满足变频器系统的高精度检测要求。6 器件清单表2 主要器件清单序号料号名称型号数 量位号13-08-97-104片状电容;100nF10%-50V-0603-X7R0.1u2C3,C423-24-90-101片状电阻;1/10W-1001%-06031001R1333-08-97-103片状电容;10nF10%-50V-0603-X7R10n2C1,C243-24-90-202片状电阻;1/10W-2K1%-06032k1R2653-24-95-514片状电阻;1/3W-510k1-1210510k20R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R2363-24-90-513片状电阻;1/