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(多图) 一种新型电流隔离检测设计方案

2008年08月29日 ?? 收藏0

  1 引言

  近几年来,随着电力电子技术的飞速发展和集成控制电路的大量使用,快速、准确和安全地检测系统中各个电参数显得尤为重要。主电路电流的检测和保护电路是影响系统可靠、稳定运行的关键之一。一般主电路电参数的检测电路需满足如下两方面的要求,①高精度和高线性度;②具有电气隔离功能。

  目前,市场上有许多电流隔离传感器供用户使用,如隔离放大器TPS5904、电流霍尔传感器等。霍尔传感器有性能高、可靠性好、测量精确的优点,因此应用范围比较广,但是价格相对较贵。IR公司推出的IR2175线性电流传感器,可以精确地检测电流信号,隔离效果好,价格又便宜。本文采用IR2175来实现主电路中电流检测和过流保护功能的设计。

  2 IR2175简介

  线性电流传感器IR2175包括电流检测和保护电路,可通过串联在主电路中的检流电阻对回路电流进行实时采样,不需要A/D转换芯片就能自动将输入模拟信号转换成数字PWM信号输出,其频率典型值为130kHz,可以直接与处理器相连。同传统的霍尔电流传感器相比,IR2175具有温漂低、数字PWM输出、接口电路简单、无需线性隔离光耦及A/D转换器、8脚PDIP或SOIC封装等优点。

  Ir2175的外形见图1,其引脚定义如下,其中,高压端与主电路相连,低压端与控制电路相连。

引脚定义

Ir2175的外形

  IR2175的推荐工作参数如表1所列:

  IR2175的输入信号是回路中检流电阻上的压降信号。IR2175的输出信号是频率为130kHz、占空比随电流大小变化的PWM信号。输出占空比范围为9%~91%;当检流电阻上的压降为0时,输出信号的占空比为50%;当输入电压的变化范围为-260mV~+260mV时,对应于输出电压的变化范围为9%~91%。当检流电阻上的压降大于260mV时,输出信号的占空比保持最大值91%;输入小于-260mV时,输出占空比保持最小值9%。因此,当检流电阻上的压降超过-260mV~+260mV时,输出信号就不能反映电流的变化了,此时,在IR2175的OC端将输出一个典型宽度为2μs、低电平有效的过流信号。PO是开漏的PWM输出脚,由于输出的是数字信号,因此很容易和工作电压为3.3V~15V的控制电路进行连接,使用时需要在PO端接一个上拉电阻。

  IR2175的主要特点如下:

IR2175的推荐工作参数

  (1)具有宽度为2μs的过电流关断信号输出,可以直接与微处理器或数字信号处理器进行连接;

  (2)IR2175采用PWM数字信号输出,并且可以采用自举电源取代专用辅助电源,从而可以有效减小器件尺寸,减少元件数目;

  (3)隔离耐压较高,可以直接与600V电压的主电路连接。

  (4)频带较宽,当输入在100mV之内时,带宽典型值为15kHz。

  3 应用电路原理及设计

  3.1 工程背景

  基于TR2175的电流传感器,可应用于交流电动机、三相逆变器、PWM整流器等场合,其典型应用电路如图2所示。图中,由一个二极管Dbs1和一个电容器Cbs组成自举电源。当下管Q2导通VS被下拉到0V时,自举电容Cbs通过自举二极管Dbs1从电源Vcc充电,R1用来限制充电电流,在VB和VS之间产生高压端悬浮电压VBS。当上管Q1导通VS被拉到最高电压时,VBS是浮动的,并且此时自举二极管被反向偏置。图中从COM脚到VS脚连接有一个二极管Dbs2,因此VS脚最多可以较COM脚低一个二极管的压降。

  IR2175的模拟输入信号为采样电阻R2两端的压降ui,可以对回路中电流进行实时采样,并根据采样值判断是否过流。当采样电压VIN+超过-260mV~+260mV范围时,OC端输出一个典型宽度为2μs、低电平有效的过流信号。IR2175的PO端输出的是一个占空比随电压变化的PWM波形。

  当过流时,OC端输出一个低电平脉冲。可利用锁存电路将2μs的低电平信号持续保持在低电平,原理图如图3所示。

  由于OC端是开漏输出,需要接上拉电阻R1。当采样电压在-260mV~+260mV范围内时,锁存电路输出哟高电平(15V);当采样电压超过-260mV~+260mV范围时,OC端输出2μs的低电平。采用CMOS4000系列反相器,UIA和UIB构成低电平锁存电路,其输入上阈值不大于2Vcc/3=10V,输入下阈值不小于1Vcc/3=5V。当V输出高电平15V时,为了由OC端低电平0V使输出变低,应选择R4=2R2,取R4=20kΩ,R2=4.7kΩ。当OC端的2μs低电平过后,输出端V持低电平。图中S为复位按钮,选择R3≤R4/2,可通过S使输出V乏位为高电平,取R3=4.7kΩ。


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电流隔离? 检测? IR2175? 滤波?

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