差分輸入大電阻隔離母線電壓檢測

文件編號：INVT0_013_0024_CBB_01CBB標準差分輸入大電阻隔離母線電壓檢測電路(VER:V1.0)擬制：惠時間：2023-5-14安時間：2023-5-25文件評優(yōu)級別：□A優(yōu)秀□B良好□C一般1功能介紹本電路通過大電阻串聯(lián)隔離高壓母線電壓與弱電，并組成差分輸入檢測母線電壓。該電路具有結構簡單，檢測精度高的特點，在我司全系列變頻器中已經(jīng)批量運用。依據(jù)380v三相變頻器系統(tǒng)的母線電壓和檢測信號之比為：1000V:10V的統(tǒng)一定標標準，設計電路參數(shù)，以下只針對380v系統(tǒng)，其他電壓等級的系統(tǒng)類似。2詳細原理圖圖1電路原理圖3器件功能電阻R1~R10：母線正電壓隔離電阻；電阻R14~R23：母線負電壓隔離電阻；電阻R11、R12：兩個電阻并聯(lián)，方便配置電阻，和其他電阻組成差分電路；電阻R24、R25：兩個電阻并聯(lián)，方便配置電阻，和其他電阻組成差分電路；電容C1、C2：濾去母線來的高頻干擾,濾除信號上的尖峰和毛刺；電容C3、C4：運放TL082的芯片電源旁路電容，濾除±15V電源來的高頻干擾；二極管D1、D2：嵌位運放TL082的輸入電壓范圍，使不超過TL082的芯片電源，保護TL082芯片；電阻R13：運放TL082信號輸出限流電阻，防止輸出短路過熱損壞運放芯片；電阻R26：抗干擾用。4參數(shù)計算圖2差分檢測電路示意圖〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕由〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕四式得：〔5〕由〔5〕式可知，配置好電阻與的比值，可以檢測輸入的母線電壓。4.1運放U1：選用公司一直采用的運放芯片TL082(TI)寬帶寬高速運算放大器。4.2電阻R1~R10和R14~R23：這些電阻的選取主要需要考慮到在系統(tǒng)做沖擊電壓測試時，不燒毀這些電阻，因為做沖擊電壓測試時，沖擊電壓比母線電壓要高很多，根據(jù)我司的安規(guī)測試標準，強電對用戶端子需要打耐壓為3000VAC，這里選用10個510K歐姆±1%精度電阻串聯(lián)，下面計算當打沖擊電壓為3000VAC時，電阻的損耗。忽略電阻R11、R12和R24、R25電阻的分壓，電阻R1~R10串聯(lián)，總電阻為5100K歐姆，通過的電流為：每個510k電阻的功率損耗為：選用的為1210封裝電阻，額定功率損耗為1/3W，功率降額為：%可知，在60s測試時間內(nèi)電阻不會燒毀。保證檢測精度，選用1%精度電阻。4.3電阻R11、R12和R24、R25圖1中的R11與R12并聯(lián)做為圖2中R2，圖1中的R24與R25并聯(lián)做為圖2中R4，即，依據(jù)1000v母線對應10v的比例關系，又由4.2小節(jié)，可知：，所以由于該電阻功率損耗很小，可選用0603封裝，,R11與R25不焊接器件。4.4電容C1、C2C1和C2的作用是濾去母線來的高頻噪聲。母線上的紋波主要是100HZ工頻，高頻主要是開關管工作載頻〔依據(jù)功率等級最低1KHZ〕，依據(jù)濾波原理，必須選用的濾波參數(shù)能濾去100HZ頻率低頻，即濾波參數(shù)的截止頻率要小于100HZ。選定電容為0.01uF,和電阻組成兩個積分環(huán)節(jié)，其總的積分常數(shù)為:截止頻率為：滿足要求?？紤]到C1和C2上的紋波電流和損耗很小，選用常用的0603封裝貼片電阻。4.5電容C3、C4C3和C4的作用是與PCB上的寄生電感和電阻組成高頻濾波回路，濾去±15V電源來的高頻噪聲，選用常用的0.1uF/50V0603封裝貼片電容。4.6二極管D1、D2二極管D1和D2的作用是把運算放大器的差分輸入信號鉗位在運算放大器的工作電源之內(nèi)，防止損壞運放，選用公司通用的MMBD7000LT1G，兩二極管串聯(lián)的封裝，容量為200mA/100V。4.6電阻R13R13的作用是在運算放大器輸出短路的情況下，可以限制運放的輸出電流，不至于燒毀。當輸入對-15V短路的情況下，輸出電壓最高為10V,那么通過R13的電流為；其中40mA為運放TL082的輸出短路大電流可知：只有當R13大于625才能不觸發(fā)運放的輸出過流短路保護。還需要考慮到電流輸出能力，這里考慮10ma的輸出能力，由TL082的芯片資料〔見附件〕可知，當帶2K歐姆電阻〔最大6mA〕,輸出電壓會降低到10V,又380V變頻器系統(tǒng)的母線過壓為800V,通過1000V:10V的比例，需要輸出8V的檢測電壓，所以：由于當輸出10mA電流時，輸出電壓沒有10v，考慮一定裕量，選取100電阻。輸出短路保護主要靠TL082芯片本身的保護，電阻起到一定的限流作用,當輸出短路時，由于芯片的短路過流保護最大電流為40mA,此時的功率損耗為：為了保護芯片在短路情況下不過熱燒壞，需要切斷短路輸出，通過燒短電阻的方法來保護芯片，選用0603貼片電阻，額定耗散功率最大為0.1W，當短路時，功率到達0.6W，經(jīng)過一段時間后電路即燒斷，從而保護了芯片TL082。應該注意的是，由于運放的深度負反應的作用，電阻的參加，在運放的高增益下，對檢測精度根本上沒有影響。4.7電阻R26R26主要作用是，當輸出電壓不受控制時，例如當R13在輸出短路后燒斷，可以把輸出電壓拉低到GND，保護后續(xù)電路的平安?？紤]總的輸出電流為最大10mA，保證電路可靠拉地，需要選用較小阻值的電阻，選用2K歐姆電阻。此時R26的最大分流為：5測試數(shù)據(jù)表1母線電壓測試數(shù)據(jù)記錄由表1可知，該電路檢測精度很高，最高不超過0.3%，可以滿足變頻器系統(tǒng)的高精度檢測要求。6器件清單表2主要器件清單序號料號名稱型號數(shù)量位號13-08-97-104片狀電容;100nF±10%-50V-0603-X7R0.1u2C3,C423-24-90-101片狀電阻;1/10W-100Ω±1%-06031001R1333-08-97-103片狀電容;10nF±10%-50V-0603-X7R10n2C1,C243-24-90-202片狀電阻;1/10W-2KΩ±1%-06032k1R2653-24-95-514片狀電阻;1/3W-510kΩ±1％-1210510k20R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R2363-24-90-513片狀電阻;1/10