差分输入大电阻隔离母线电压检测

文件编号：INVT0_013_0024_CBB_01

CBB规范

差分输入大电阻隔离母线电压检测

电路(VER: V1.0)

拟制：惠时间：2010-5-14

批准：安时间：2010-5-25

文件评优级别：□A优秀□B良好□C一般

1 功能介绍

本电路通过大电阻串联隔离高压母线电压与弱电，并组成差分输入检测母线电压。该电路具有结构简单，检测精度高的特点，在我司全系列变频器中已经批量运用。依据380v三相变频器系统的母线电压和检测信号之比为：1000V:10V的统一定标规范，设计电路参数，以下只针对380v系统，其他电压等级的系统类似。

2 详细原理图

图1 电路原理图

3 器件功能

电阻R1~R10：母线正电压隔离电阻；

电阻R14~R23：母线负电压隔离电阻；

电阻R11、R12：两个电阻并联，方便配置电阻，和其他电阻组成差分电路；

电阻R24、R25：两个电阻并联，方便配置电阻，和其他电阻组成差分电路；

电容C1、C2：滤去母线来的高频干扰, 滤除信号上的尖峰和毛刺；

电容C3、C4：运放TL082的芯片电源旁路电容，滤除±15V电源来的高频干扰；

二极管D1、D2：嵌位运放TL082的输入电压范围，使不超过TL082的芯片电源，保护TL082芯片；

电阻R13：运放TL082信号输出限流电阻，防止输出短路过热损坏运放芯片；

电阻R26：抗干扰用。

4 参数计算

图2差分检测电路示意图

12V V V

R R +-=

（1） 34

out

V V V V R R ---=

（2） 13R R R ∂== （3）

24R R R β== （4）

由（1）（2）（3）（4）四式得：

()out R V V V R βα

+-=

⋅- （5）

由（5）式可知，配置好电阻R β与R α的比值，可以检测输入的母线电压。

4.1 运放U1：

选用公司一直采用的运放芯片TL082(TI)宽带宽高速运算放大器。 4.2 电阻R1~R10和R14~R23：

这些电阻的选取主要需要考虑到在系统做冲击电压测试时，不烧毁这些电阻，因为做

冲击电压测试时，冲击电压比母线电压要高很多，根据我司的安规测试规范，强电对用户端子需要打耐压为3000VAC ，这里选用10个510K 欧姆±1%精度电阻串联，下面计算当打冲击电压为3000V AC 时，电阻的损耗。

忽略电阻R11、R12和R24、R25电阻的分压，电阻R1~R10串联，总电阻为5100K 欧姆，通过的电流为：

30000.5885100R VAC

I mA k

=

=

每个510k 电阻的功率损耗为：

2

10.5885100.176R P m

A K W

=⋅= 选用的为1210封装电阻，额定功率损耗为1/3W ，功率降额为：

0.176

531/3

=% 可知，在60s 测试时间内电阻不会烧毁。 保证检测精度，选用1%精度电阻。 4.3 电阻R11、R12和R24、R25

图1中的R11与R12并联做为图2中R2，图1中的R24与R25并联做为图2中R4，

即11122425////R R R R R β==，依据1000v 母线对应10v 的比例关系，又由4.2小节，可知：

105105100R K k α=⋅=Ω，

所以

1010

51005110001000

R R k k βα=⋅

=Ω⋅=Ω 由于该电阻功率损耗很小，可选用0603封装，122451R R k ==Ω,R11与R25不焊接器件。 4.4 电容C1、C2

C1和C2的作用是滤去母线来的高频噪声。

母线上的纹波主要是100HZ 工频，高频主要是开关管工作载频（依据功率等级最低1KHZ ），依据滤波原理，必须选用的滤波参数能滤去100HZ 频率低频，即滤波参数的截止频率要小于100HZ 。

选定电容为0.01uF,和电阻组成两个积分环节，其总的积分常数为:

51000.0112.7522

K uF

ms τ=

⋅= 截止频率为：

11

12.481002212.75c f HZ HZ ms

πτ

π=

=

=<⋅⋅⋅⋅

满足要求。

考虑到C1和C2上的纹波电流和损耗很小，选用常用的0603封装贴片电阻。 4.5 电容C3、C4

C3和C4的作用是与PCB 上的寄生电感和电阻组成高频滤波回路，滤去±15V 电源来的高频噪声，选用常用的0.1uF/50V0603封装贴片电容。

4.6二极管D1、D2

二极管D1和D2的作用是把运算放大器的差分输入信号钳位在运算放大器的工作电源之内，防止损坏运放，选用公司通用的MMBD7000LT1G ，两二极管串联的封装，容量为200mA/100V 。 4.6 电阻R13

R13的作用是在运算放大器输出短路的情况下，可以限制运放的输出电流，不至于烧毁。 当输入对-15V 短路的情况下，输出电压最高为10V ,则通过R13的电流为；

1313

10(15)

40R V V I mA R --=

<

其中40mA 为运放TL082的输出短路大电流 可知：

1325

6250.04

R >

=Ω 只有当R13大于625Ω才能不触发运放的输出过流短路保护。

还需要考虑到电流输出能力，这里考虑10ma 的输出能力，由TL082的芯片资料（见附件）可知，当带2K 欧姆电阻（最大6mA ）,输出电压会降低到10V ,又380V 变频器系统的母线过压为800V,通过1000V:10V 的比例，需要输出8V 的检测电压，所以：

1310820010V V

R mA

-<

=Ω

由于当输出10mA 电流时，输出电压没有10v ，考虑一定裕量，选取100Ω电阻。 输出短路保护主要靠TL082芯片本身的保护，13R 电阻起到一定的限流作用,当输出短路时，由于芯片的短路过流保护最大电流为40mA,此时13R 的功率损耗为：

13221340401000.6R P mA R mA W =⋅=⋅=

为了保护芯片在短路情况下不过热烧坏，需要切断短路输出，通过烧短电阻13R 的方法来保护芯片，选用0603贴片电阻，额定耗散功率最大为0.1W ，当短路时，功率达到0.6W ，经过一段时间后电路13R 即烧断，从而保护了芯片TL082。

应该注意的是，由于运放的深度负反馈的作用，电阻13R 的加入，在运放的高增益下，对检测精度基本上没有影响。 4.7 电阻R26

R26主要作用是，当输出电压不受控制时，例如当R13在输出短路后烧断，可以把输出电压拉低到GND ，保护后续电路的安全。

考虑总的输出电流为最大10mA ，保证电路可靠拉地，需要选用较小阻值的电阻，选用2K 欧姆电阻。

此时R26的最大分流为：