基于TMS320F2812泄漏電流測試系統的設計

摘要：泄漏電流是電氣安全性能測試最關(guān)鍵的參數，為了設計滿(mǎn)足多標準、多種類(lèi)型泄漏電流測試系統的要求，主要介紹了以TMS320F2812為核心的泄漏電流測試系統，講述了泄漏電流的測試原理和測試方法，詳細講述了采取單一人體阻抗網(wǎng)絡(luò )的泄漏電流信號調理電路，采用TMS 320F2812進(jìn)行數據采集以及與計算機進(jìn)行數據通信，從軟硬件方面完成整個(gè)測試系統的設計與實(shí)現。通過(guò)該測試系統的技術(shù)研究，可以節省產(chǎn)品成本，提高測試精度，對于我國的泄漏電流測試技術(shù)水平有著(zhù)重要的意義。
關(guān)鍵詞：泄漏電流；TMS320F2812；人體阻抗；隔離

0 引言
泄漏電流是指在沒(méi)有故障施加電壓的情況下，電氣設備中相互絕緣的金屬零件之間，或帶電零件與接地零件之間，通過(guò)其周?chē)橘|(zhì)或絕緣表面所形成的電流。也包括當人觸及電器設備時(shí)，由設備經(jīng)過(guò)人體到達大地的電流或由設備經(jīng)人體又回到設備的電流。它是衡量電器絕緣性好壞的重要標志之一，也是產(chǎn)品安全性能的主要指標。
泄漏電流測試系統內部應當根據不同的標準，或者說(shuō)最符合人體實(shí)際阻抗情況，具備一組或者幾組由特定阻抗值和滿(mǎn)足一定功率要求的電阻和電容組成的電路來(lái)模擬人體觸電。通過(guò)將人體阻抗網(wǎng)絡(luò )連接人體可能觸電的待測儀器部件，測量流過(guò)人體阻抗網(wǎng)絡(luò )的電流。

1 泄漏電流整體測試方案
為了提高測試精度和數據的采集與處理速度，滿(mǎn)足最新標準的要求，設計了新的泄漏電流測試系統。該測試系統以計算機和DSP芯片TMS320C2812作為測控平臺，實(shí)現了對采取單一人體阻抗網(wǎng)絡(luò )的泄漏電流的自動(dòng)測試。測試方法如下：信號輸入為直流到1 MHz的電壓(或電流)信號，其示意圖如圖1所示。

1．1 系統硬件設計
測控系統由PC機、DSP芯片TMS320F2812控制系統以及外圍擴展功能電路、泄漏電流采集信號調理電路、DSP與PC通信接口電路構成，采集、計算、顯示和存儲進(jìn)而分析被測儀器泄漏電流特征值，系統總體框圖如圖2所示。

各部分功能介紹如下：
泄漏電流調理電路：被測設備在加上220 V交流電壓通過(guò)隔離變壓器所產(chǎn)生的電流，流入人體阻抗網(wǎng)絡(luò )，第一級放大電路使電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘柌⒃O計阻抗匹配電路使輸入信號穩定，放大電路的作用通過(guò)調整放大增益使輸出信號在A(yíng)／D采集范圍之內，光耦隔離主要是為了
使被測系統與測試系統之間實(shí)現完全的電氣隔離，減小兩者之間的干擾。
DSP控制系統：利用TMS320F2812的GPIO控制繼電器實(shí)現三種(表面對表面、表面對地、表面對電源)泄漏電流測試的切換，以及控制中斷處理，利用DSP內部集成A／D和采樣保持電路進(jìn)行數據采集，通過(guò)串口或USB把數據傳輸至PC機進(jìn)行分析、處理和顯示。
本系統中DSP采用TI的32位控制類(lèi)定點(diǎn)芯片TMS320F2812?；谄涓咛幚硭俣群吞幚砭鹊膬?yōu)勢，在電子控制系統中有著(zhù)廣泛的應用，其主要特點(diǎn)有外部時(shí)鐘經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)倍頻后達到150MHz(時(shí)鐘周期為6．67ns)、有著(zhù)豐富的外設接口(異步串行接口SCI，同步串行接口SPI，CAN，EV，ADC等)、具有多達56個(gè)可復用的GPIO口。通過(guò)DSP的SCI模塊與PC機進(jìn)行數據通信和TMS320F2812內置12位16通道ADC進(jìn)行高速數據采集，最高轉換速率為12．5 MSPS，可以滿(mǎn)足50 Hz～1 MHz泄漏電流的采樣。
1．1．1 高度放大與線(xiàn)性隔離電路的設計
按照對泄漏電流測試的最新標準要求，要求對50Hz～1 MHz的泄漏電流進(jìn)行檢測。所以對放大器的頻帶范圍要求很高，本文選用低噪聲精密運算放大器HA7-5127-5，其通頻帶寬達8．5 MHz，滿(mǎn)足大于1 MHz的要求。前級電壓跟隨電路以及放大電路如圖3所示。

圖中，被測設備泄漏電流經(jīng)過(guò)單一模擬人體阻抗網(wǎng)絡(luò )，將電流信號轉換成電壓信號，鉗形二極管電路起保護作用，防止正負電壓過(guò)高。后加跟隨放大器U1匹配阻抗和使信號穩定，放大器U2對微弱泄漏電流信號進(jìn)行放大，通過(guò)RP1調整電路的放大增益，以便于觀(guān)察和采集。