簡(jiǎn)述一種新型電流隔離檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

3 應(yīng)用電路原理及設(shè)計(jì)

3.1 工程背景

基于TR2175的電流傳感器，可應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)、三相逆變器、PWM整流器等場(chǎng)合，其典型應(yīng)用電路如圖2所示。圖中，由一個(gè)二極管Dbs1和一個(gè)電容器Cbs組成自舉電源。圖中從COM腳到VS腳連接有一個(gè)二極管Dbs2，因此VS腳最多可以較COM腳低一個(gè)二極管的壓降。

IR2175的模擬輸入信號(hào)為采樣電阻R2兩端的壓降ui，可以對(duì)回路中電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并根據(jù)采樣值判斷是否過流。當(dāng)采樣電壓VIN+超過-260mV～+260mV范圍時(shí)，OC端輸出一個(gè)典型寬度為2μs、低電平有效的過流信號(hào)。IR2175的PO端輸出的是一個(gè)占空比隨電壓變化的PWM波形。

當(dāng)過流時(shí)，OC端輸出一個(gè)低電平脈沖?？衫面i存電路將2μs的低電平信號(hào)持續(xù)保持在低電平，原理圖如圖3所示。

由于OC端是開漏輸出，需要接上拉電阻R1。當(dāng)采樣電壓在-260mV～+260mV范圍內(nèi)時(shí)，鎖存電路輸出喲高電平(15V);當(dāng)采樣電壓超過-260mV～+260mV范圍時(shí)，OC端輸出2μs的低電平。當(dāng)OC端的2μs低電平過后，輸出端V持低電平。圖中S為復(fù)位按鈕，選擇R3≤R4/2，可通過S使輸出V乏位為高電平，取R3=4.7kΩ。

3.3 濾波及運(yùn)算電路的原理

IR2175的PO端輸出一個(gè)占空比可調(diào)的單極性的PWM波形，對(duì)于輸出信號(hào)的處理本文采用由濾波器濾掉載波信號(hào)從而重構(gòu)模擬電流信號(hào)的方法，原理如圖4所示。這樣就避免了因兩個(gè)輸入波形幅值不同而影響檢測(cè)結(jié)果。

檢測(cè)到的輸入信號(hào)ui是交流信號(hào)，但PO端輸出為單極性的PWM波。為了得到與ui成比例的雙極性的檢測(cè)結(jié)果，設(shè)計(jì)兩路RC濾波電路分別對(duì)反相位的A和B兩路輸出PWM信號(hào)進(jìn)行RC濾波;再由差分運(yùn)算放大器求取二者的差值。

濾波參數(shù)的選擇要在檢測(cè)系統(tǒng)的精度和頻帶之間折衷。為了使輸出Vo紋波較小，設(shè)計(jì)了二階濾波器。若取較小的時(shí)間常數(shù)R6C1、R9C2、R8C3和R11C4，會(huì)使濾波電路輸出波形脈動(dòng)較大;若取較大的時(shí)間常數(shù)，則會(huì)限制檢測(cè)信號(hào)頻帶。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以得到輸入交流信號(hào)時(shí)，PO端口輸出占空比可調(diào)的PWM波形(如圖5，6，7)。圖中1號(hào)為輸入交流信號(hào)，2號(hào)為輸出單極性的PWM波。從輸出波形的局部放大圖中可以看出輸入為0時(shí)，輸出占空比為50%(圖5);輸入最大260mV時(shí)，輸出占空比為91%(圖6);輸入最小-260mV時(shí)，輸出占空比為9%(圖7)。

當(dāng)檢流電阻上的壓降超過-260mV～+260mV時(shí)，IR2175的OC端輸出一個(gè)典型值為2μs的低電平有效的過流信號(hào)(圖8)。圖1號(hào)為輸入交流信號(hào)，2號(hào)為鎖存電路的輸出，3號(hào)為OC端輸出的2μs的過流信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明電路發(fā)生故障過流時(shí)，鎖存電路能夠迅速的將低電平信號(hào)鎖住。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在工頻50Hz的基礎(chǔ)上得到的。本文利用李沙育圖對(duì)電路輸出特性的線性度和延遲角進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過觀察示波器上李沙育圖形的形狀來得到該頻率下的幅值和相位。圖9為50Hz時(shí)的李沙育圖，延遲相位角約為0°;圖10為6kHz時(shí)的李沙育圖，延遲相位角約為62°。在輸入信號(hào)幅值保持200mV時(shí)，50Hz時(shí)的輸出幅值約為4.7V，6kHz時(shí)的輸出幅值約為3.273V(圖10和圖11)，約為4.7V的0.707倍(-3dB)，因此帶寬約為6kHz。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示電路在低頻狀況下具有很好的線性度，且有較小的延遲角，本文所設(shè)計(jì)的檢測(cè)電路的帶寬可以達(dá)到約6kHz。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的主電路電流隔離檢測(cè)電路，具有電路簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，成本低等優(yōu)點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)表明，本設(shè)計(jì)的檢測(cè)結(jié)果具有良好的線性度和較大的帶寬，且可以實(shí)現(xiàn)快速過流檢測(cè)。