簡述一種新型電流隔離檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案

標(biāo)簽：電流隔離電源

1 引言

電流隔離是指在主源體和接受體之間沒有電藕合(即不用導(dǎo)線連接)的情況下從主源體向接受體傳遞信號。為了在電流隔離電路之間傳遞電信號往往利用磁場能量變壓器隔離或光能(光導(dǎo)發(fā)光元件隔離)。

近幾年來，隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展和集成控制電路的大量使用，快速、準(zhǔn)確和安全地檢測系統(tǒng)中各個電參數(shù)顯得尤為重要。主電路電流的檢測和保護(hù)電路是影響系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵之一。一般主電路電參數(shù)的檢測電路需滿足如下兩方面的要求，①高精度和高線性度;②具有電氣隔離功能。

目前，市場上有許多電流隔離傳感器供用戶使用，如隔離放大器TPS5904、電流霍爾傳感器等?；魻杺鞲衅饔行阅芨?、可靠性好、測量精確的優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍比較廣，但是價格相對較貴。IR公司推出的IR2175線性電流傳感器，可以精確地檢測電流信號，隔離效果好，價格又便宜。本文采用Ir2175來實(shí)現(xiàn)主電路中電流檢測和過流保護(hù)功能的設(shè)計。

2 IR2175簡介

IR2175 ：單片電流傳感IC，最大耐壓600V，通過外接并聯(lián)電阻來感應(yīng)馬達(dá)的相位電流，從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在把信號傳輸?shù)降瓦?，輸出格式是分立的PWM，3.3V-15V，不需要A/D輸入接口，輸入電壓+/-260mV，130kHz的增益溫度漂移20ppm/度C，IGBT短路時有輸入過壓保護(hù)，共模噪音免疫性能高，漏極開路輸出，過流關(guān)斷時間2us，8引腳PDIP或SOIC封裝，可用在伺服馬達(dá)，如高速打印機(jī)，包裝機(jī)械和工具，機(jī)器人等自動化。

線性電流傳感器IR2175包括電流檢測和保護(hù)電路，可通過串聯(lián)在主電路中的檢流電阻對回路電流進(jìn)行實(shí)時采樣，不需要A/D轉(zhuǎn)換芯片就能自動將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字PWM信號輸出，其頻率典型值為130kHz，可以直接與處理器相連。同傳統(tǒng)的霍爾電流傳感器相比，IR2175具有溫漂低、數(shù)字PWM輸出、接口電路簡單、無需線性隔離光耦及A/D轉(zhuǎn)換器、8腳PDIP或SOIC封裝等優(yōu)點(diǎn)。

Ir2175的外形見圖1，其引腳定義如下，其中，高壓端與主電路相連，低壓端與控制電路相連。

IR2175的推薦工作參數(shù)如表1所列：

IR2175的輸入信號是回路中檢流電阻上的壓降信號。IR2175的輸出信號是頻率為130kHz、占空比隨電流大小變化的PWM信號。輸出占空比范圍為9%～91%;當(dāng)檢流電阻上的壓降為0時，輸出信號的占空比為50%;當(dāng)輸入電壓的變化范圍為-260mV～+260mV時，對應(yīng)于輸出電壓的變化范圍為9%～91%。當(dāng)檢流電阻上的壓降大于260mV時，輸出信號的占空比保持最大值91%;輸入小于-260mV時，輸出占空比保持最小值9%。因此，當(dāng)檢流電阻上的壓降超過-260mV～+260mV時，輸出信號就不能反映電流的變化了。

IR2175的主要特點(diǎn)如下：

(1)具有寬度為2μs的過電流關(guān)斷信號輸出，可以直接與微處理器或數(shù)字信號處理器進(jìn)行連接;

(2)IR2175采用PWM數(shù)字信號輸出，并且可以采用自舉電源取代專用輔助電源，從而可以有效減小器件尺寸，減少元件數(shù)目;

(3)隔離耐壓較高，可以直接與600V電壓的主電路連接。

(4)頻帶較寬，當(dāng)輸入在100mV之內(nèi)時，帶寬典型值為15kHz。