簡(jiǎn)述一種新型電流隔離檢測系統的設計方案

3 應用電路原理及設計

3.1 工程背景

基于TR2175的電流傳感器，可應用于交流電動(dòng)機、三相逆變器、PWM整流器等場(chǎng)合，其典型應用電路如圖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的模擬輸入信號為采樣電阻R2兩端的壓降ui，可以對回路中電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并根據采樣值判斷是否過(guò)流。當采樣電壓VIN+超過(guò)-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(guò)流信號。IR2175的PO端輸出的是一個(gè)占空比隨電壓變化的PWM波形。

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

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

3.3 濾波及運算電路的原理

IR2175的PO端輸出一個(gè)占空比可調的單極性的PWM波形，對于輸出信號的處理本文采用由濾波器濾掉載波信號從而重構模擬電流信號的方法，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結果。

檢測到的輸入信號ui是交流信號，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結果，設計兩路RC濾波電路分別對反相位的A和B兩路輸出PWM信號進(jìn)行RC濾波;再由差分運算放大器求取二者的差值。

濾波參數的選擇要在檢測系統的精度和頻帶之間折衷。為了使輸出Vo紋波較小，設計了二階濾波器。若取較小的時(shí)間常數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，則會(huì )限制檢測信號頻帶。

4 實(shí)驗結果

經(jīng)過(guò)實(shí)驗驗證，可以得到輸入交流信號時(shí)，PO端口輸出占空比可調的PWM波形(如圖5，6，7)。圖中1號為輸入交流信號，2號為輸出單極性的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)。

當檢流電阻上的壓降超過(guò)-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(guò)流信號(圖8)。圖1號為輸入交流信號，2號為鎖存電路的輸出，3號為OC端輸出的2μs的過(guò)流信號。實(shí)驗結果說(shuō)明電路發(fā)生故障過(guò)流時(shí)，鎖存電路能夠迅速的將低電平信號鎖住。

以上實(shí)驗結果是在工頻50Hz的基礎上得到的。本文利用李沙育圖對電路輸出特性的線(xiàn)性度和延遲角進(jìn)行了實(shí)驗研究。通過(guò)觀(guān)察示波器上李沙育圖形的形狀來(lái)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)驗結果表示電路在低頻狀況下具有很好的線(xiàn)性度，且有較小的延遲角，本文所設計的檢測電路的帶寬可以達到約6kHz。

5 結論

本文設計的主電路電流隔離檢測電路，具有電路簡(jiǎn)單，響應速度快，成本低等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗表明，本設計的檢測結果具有良好的線(xiàn)性度和較大的帶寬，且可以實(shí)現快速過(guò)流檢測。