淺談電壓電流測量隔離電路設計與應用

摘要:搭配分流電阻，隔離放大器在具有高開關噪聲的功率變換器中亦可提供精確的電流測量;當和電阻分壓電路配套使用時，還可以作為精確的電壓傳感器。這些電流和電壓信息可以提供給控制器進行計算和實施有效控制，幫助小型發電系統取得最佳的轉換效率。具備高共模噪聲抑制比、高隔離電壓、內置安全絕緣以及超小尺寸等特性，微型化隔離放大器為小型發電渦輪機提供了一個理想的電流/電壓檢測方案。

關鍵詞:電壓電流;測量隔離電路;設計;應用

1 前言

通常用電負載如電動機變化狀況是通過電路上所接電壓表和電流表上的數值來確定， 然而一些特殊要求， 需要采用電子數字記錄儀或是電腦系統對用電負載變化進行記錄監測時， 就要在這些測系統輸入端與高電壓大電流的負載電路之間配置合適的隔離電路端口了。

2 電壓電流測量隔離電路設計

2.1 電路結構原理圖

附圖1 所示測量隔離電路為電子測量系統設置了一個供檢測負載電流的端點OP1、一個供檢測負荷在線電壓的端點OP2和公共接地端。電路中電阻R1和二極管D1是降壓整流電路。C1、R2、C2組成濾波電路， C1端電壓為18V。直流電壓分別經R3、R4加到光電禍合器OC1、OC2內發光二極管正極上， 流過的電流約1mA。電源交流電由負載RL， 和電流取樣電阻R5分壓后， 經R6和C3輸入到OC1， 調制發光二極管上的直流電流， 產生一個與負載電流成正比例線性變化關系的調制信號:

2.2 工作過程與分析

交流電源經R7降壓輸入OC2， 調制OC2發光二極管上的直流電流， 產生的調制信號與負載在線電壓也是成正比例線性變化關系。在隔離電路的另一側，OC1、OC2的光敏三極管極分別通過VR1、VR2接至電源的正極(+V)， 其輸出信號分別經C4、C5輸出到OP1、OP2端點。DP1的輸出隨輸入信號幅值與負載電流成正比例線性關系， OP2輸出信號幅值與負載在線電壓成正比例線性關系。電路中R8、R9是直流分壓電阻R10、R11和ZD1、ZD2構成限流、穩壓電路。

當OP1輸出電壓為2.5V時， 相應地負載電流是1A;OP2輸出電壓為2.5V時， 即負載在線電壓是240V。在校核光電禍合隔離電路時， 首先測量負載電流值VR1， OP1然后調整， 至使的電壓值與負載電流成相對應的比例值測負載在線電壓， 再調整VR2， 至OP2的電壓值與負荷在線電壓為相對應的比例值。

調整R5可以改變光電禍合隔離電路所適配的負載電流測量范圍， R5的電阻值由0.5IV來選定;其承受功率應大于0.5IMax。調整R7能改變負載在線電壓的測量范圍， R7電阻值由Vmax/250選定。Vmax是電源電壓的最高值， IMax是負載的最大電流值。

該光電禍合隔離測電路結構簡單、可靠， 輸出的電壓和電流變化與輸入的電壓、電流保持良好的線性特性， 并且沒有損耗給計帶來誤差.

利用隔離放大器測量電流和電壓雖然會有分流電阻功率損耗的缺點，具備高線性度、低成本和設計靈活等優勢的分流電阻電流檢測是進行電流測量一個經常使用的方法。隨著更佳散熱性能和更低阻值分流技術的發展，功率損耗可以通過降低分流信號的大小降到最低。

3. ACPL-C78X系列應用方法

特別面向滿足功率轉換系統嚴格的要求設計，ACPL-C78A/C780/C784微型化隔離放大器可以接受±200mV的信號，非常適合接連基于分流方式的電流感應應用。通過選擇適合的分流電阻大小便可進行由低于1A到超過100A廣大范圍的電流監測應用。

ACPL-C78X系列采用先進的sigma-delta模數轉換技術和全差分方式實現1%的增益誤差(ACPL-C78A)、0.004%的超低非線性，以及直流到100kHz寬廣的帶寬，請參考圖三。采用延展型SSO-8封裝供貨，擁有8mm爬電距離和電氣間隙，ACPL-C78X提供有穩固的電氣隔離，并取得IEC/EN/DIN EN 60747-5-2的1140V工作電壓安全認證、UL 1577規定的5kVrms/1min雙重保護，以及15kV/μs的共模抑制能力。