DSP芯片TMS320F2812泄漏電流測(cè)試系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

　　泄漏電流是指在沒有故障施加電壓的情況下，電氣設(shè)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，通過其周圍介質(zhì)或絕緣表面所形成的電流。也包括當(dāng)人觸及電器設(shè)備時(shí)，由設(shè)備經(jīng)過人體到達(dá)大地的電流或由設(shè)備經(jīng)人體又回到設(shè)備的電流。它是衡量電器絕緣性好壞的重要標(biāo)志之一，也是產(chǎn)品安全性能的主要指標(biāo)。泄漏電流測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，或者說最符合人體實(shí)際阻抗情況，具備一組或者幾組由特定阻抗值和滿足一定功率要求的電阻和電容組成的電路來模擬人體觸電。通過將人體阻抗網(wǎng)絡(luò)連接人體可能觸電的待測(cè)儀器部件，測(cè)量流過人體阻抗網(wǎng)絡(luò)的電流。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　測(cè)控系統(tǒng)由PC機(jī)、DSP芯片TMS320F2812控制系統(tǒng)以及外圍擴(kuò)展功能電路、泄漏電流采集信號(hào)調(diào)理電路、DSP與PC通信接口電路構(gòu)成，采集、計(jì)算、顯示和存儲(chǔ)進(jìn)而分析被測(cè)儀器泄漏電流特征值。

　　高度放大與線性隔離電路的設(shè)計(jì)

　　按照對(duì)泄漏電流測(cè)試的最新標(biāo)準(zhǔn)要求，要求對(duì)50Hz～1 MHz的泄漏電流進(jìn)行檢測(cè)。所以對(duì)放大器的頻帶范圍要求很高，本文選用低噪聲精密運(yùn)算放大器HA7-5127-5，其通頻帶寬達(dá)8．5 MHz，滿足大于1 MHz的要求。前級(jí)電壓跟隨電路以及放大電路如圖3所示。

　　圖中，被測(cè)設(shè)備泄漏電流經(jīng)過單一模擬人體阻抗網(wǎng)絡(luò)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，鉗形二極管電路起保護(hù)作用，防止正負(fù)電壓過高。后加跟隨放大器U1匹配阻抗和使信號(hào)穩(wěn)定，放大器U2對(duì)微弱泄漏電流信號(hào)進(jìn)行放大，通過RP1調(diào)整電路的放大增益，以便于觀察和采集。

　　在泄漏電流隔離數(shù)據(jù)采集電路中，需要隔離的信號(hào)有ADC控制信號(hào)（直流電平）、ADC工作時(shí)鐘信號(hào)（幾兆甚至更高頻率的信號(hào)），在這樣的應(yīng)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(hào)，所以采用光耦技術(shù)很難滿足對(duì)泄漏電流隔離的需求。而磁耦隔離器件不能傳輸?shù)皖l信號(hào)以及直流信號(hào)，且磁耦隔離對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸性能較好，即使傳輸模擬信號(hào)，也會(huì)引起信號(hào)的失真，解決方法就是可以對(duì)需要傳輸?shù)哪M信號(hào)進(jìn)行電平抬高，使得模擬信號(hào)的最小電流值可以驅(qū)動(dòng)隔離器件工作，才會(huì)保證被傳輸信號(hào)的不失真。另外一個(gè)解決的方法就是如果將需要傳輸?shù)牡皖l信號(hào)調(diào)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(diào)電路提取出低頻信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)用磁耦合隔離電路傳輸?shù)皖l信號(hào)的目的。本文設(shè)計(jì)的新型磁耦合隔離電路不用調(diào)制和解調(diào)電路就可以實(shí)現(xiàn)低頻和直流信號(hào)的磁耦合隔離傳輸，而且電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗小，信號(hào)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(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)對(duì)象電氣上的隔離，選用高線性度模擬光電耦合器HCNR201，其主要參數(shù)介紹如下：具有±5％的傳輸增益誤差和±0．05％的線性誤差；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。

　　電路說明：光耦U2用于正極性信號(hào)的隔離，光耦U3用于負(fù)極性信號(hào)的隔離。在隔離電路中，R2調(diào)節(jié)初級(jí)運(yùn)放U1輸入偏置電流的大小，C3起反饋?zhàn)饔茫瑫r(shí)濾除了電路中的毛刺信號(hào)，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(qiáng)度，從而對(duì)通道增益起一定的控制作用。HC-NR201是電流驅(qū)動(dòng)，其工作電流要求為1～20 mA。由于是隔離雙極性信號(hào)，因此采用雙電源供電的HA7-5127-5運(yùn)算放大器，其輸出電流可達(dá)25 mA。R3是采樣電阻，將光耦輸出電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，與運(yùn)放U1組成電壓跟隨電路，實(shí)現(xiàn)輸入輸出電路的阻抗匹配。在圖5線性光耦電路中，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關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了電壓隔離。

　　電平抬高電路的設(shè)計(jì)

　　由于TMS320F2812內(nèi)部集成的A／D采樣范圍為0～3 V，在采集信號(hào)進(jìn)行光耦隔離之前，可以調(diào)節(jié)放大器的增益，使被采集的電壓信號(hào)落到-1．5～+1．5 V范圍之內(nèi)，然后設(shè)計(jì)一個(gè)+1．5 V的基準(zhǔn)電壓源將被采集信號(hào)進(jìn)行電平抬高，這樣就可以保證采樣信號(hào)在0～3 V的范圍內(nèi)，電路如圖6所示。

　　實(shí)現(xiàn)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(hào)在0～3 V輸入電壓范圍之內(nèi)，滿足要求。