DSP芯片TMS320F2812泄漏電流測試系統電路設計

　　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。

　　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。

　　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。

　　在泄漏電流隔離數據采集電路中，需要隔離的信號有ADC控制信號（直流電平）、ADC工作時(shí)鐘信號（幾兆甚至更高頻率的信號），在這樣的應用條件下，如果用普通的光耦隔離器件，只能隔離直流或者低頻信號，所以采用光耦技術(shù)很難滿(mǎn)足對泄漏電流隔離的需求。而磁耦隔離器件不能傳輸低頻信號以及直流信號，且磁耦隔離對數字信號的傳輸性能較好，即使傳輸模擬信號，也會(huì )引起信號的失真，解決方法就是可以對需要傳輸的模擬信號進(jìn)行電平抬高，使得模擬信號的最小電流值可以驅動(dòng)隔離器件工作，才會(huì )保證被傳輸信號的不失真。另外一個(gè)解決的方法就是如果將需要傳輸的低頻信號調制到高頻載波上，再用磁耦合隔離電路隔離傳輸，在接收端再用解調電路提取出低頻信號，可以實(shí)現用磁耦合隔離電路傳輸低頻信號的目的。本文設計的新型磁耦合隔離電路不用調制和解調電路就可以實(shí)現低頻和直流信號的磁耦合隔離傳輸，而且電路結構簡(jiǎn)單、功耗小，信號傳輸延遲很小。

　　本文采用模擬隔離放大器進(jìn)行隔離，實(shí)現測試系統與被測對象電氣上的隔離，選用高線(xiàn)性度模擬光電耦合器HCNR201，其主要參數介紹如下：具有±5％的傳輸增益誤差和±0．05％的線(xiàn)性誤差；具有大于1 MHz的頻帶帶寬；輸入電壓范圍為0～15 V。電路如圖5所示。

　　電路說(shuō)明：光耦U2用于正極性信號的隔離，光耦U3用于負極性信號的隔離。在隔離電路中，R2調節初級運放U1輸入偏置電流的大小，C3起反饋作用，同時(shí)濾除了電路中的毛刺信號，避免HCNR201的鋁砷化鎵發(fā)光二極管LED受到意外沖擊。R1可以控制LED的發(fā)光強度，從而對通道增益起一定的控制作用。HC-NR201是電流驅動(dòng)，其工作電流要求為1～20 mA。由于是隔離雙極性信號，因此采用雙電源供電的HA7-5127-5運算放大器，其輸出電流可達25 mA。R3是采樣電阻，將光耦輸出電流轉變?yōu)殡妷盒盘?，與運放U1組成電壓跟隨電路，實(shí)現輸入輸出電路的阻抗匹配。在圖5線(xiàn)性光耦電路中，隔離電路的隔離電壓增益，該隔離電路的隔離增益只與電阻值R3，R2有關(guān)，與光耦的電流傳輸特性無(wú)關(guān)，從而實(shí)現了電壓隔離。

　　電平抬高電路的設計

　　由于TMS320F2812內部集成的A／D采樣范圍為0～3 V，在采集信號進(jìn)行光耦隔離之前，可以調節放大器的增益，使被采集的電壓信號落到-1．5～+1．5 V范圍之內，然后設計一個(gè)+1．5 V的基準電壓源將被采集信號進(jìn)行電平抬高，這樣就可以保證采樣信號在0～3 V的范圍內，電路如圖6所示。

　　實(shí)現了電平抬高的目的，Ui的取值范圍是-1．5～+1．5 V，Uo的取值范圍是0～3 V。此時(shí)被采集信號在0～3 V輸入電壓范圍之內，滿(mǎn)足要求。