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HCPL电流检测
文件编号:
INVT0_013_0011_CBB_01
HCPL-7840电流检测
拟制:
时间:
2010-05-22
批准:
时间:
2010-05-22
文件评优级别:
□A优秀□B良好□C一般
1
芯片介绍
HCPL-7840是美国AGILENT公司推出的用于检测电机电流的线性光藕。
光藕的初级接收一组待测的模拟电压信号,次级输出一对差动的电压信号。
输入与输出之间在一定范围内是一种线性的当量关系,HCPL-7840增益偏差为5%,线性度为1%。
HCPL-7840包含有一个
A/D转换器,同时还匹配有一个D/A转换器,工作原理如图1所示,输入直流信号经过
调制器送至编码器量化、编码,在时钟信号控制下,以数码串的形式传送到发光二极管,驱动发光二极管发光。
由于电流强度不同,发光强度也不同,在解调端有一个光电管会检测出这一变化,将接收到的光信号转换成电信号,然后送到解码器和D/A转换器还原成模拟信号,经滤波后输出。
干扰信号因电流微弱不足以驱动发光二极管发光,因而在解调端没有对应的电信号输出,从而被抑制掉。
所以在输出端得到的只是放大了的有效的直流信号。
图1
功能框图:
图2
主要性能参数介绍:
parameter
symbol
MIN
TYP
MAX
UNIT
供电电压
VDD1,VDD2
V
增益(Vout/Vin)
G
V/V
输入电压(线性范围)
VIN+,VIN-
-200
+200
mV
输入失调电压
Vos
mV
输入阻抗
RIN
500
k?
输出阻抗
ROUT
15
?
延时时间
TPD50
us
典型应用介绍:
图3
图3中,RSENSE:
采样电阻
HCPL-7840:
线性光藕
78L05:
稳压管
MC34081:
运算放大器
HV+、HV-:
直流母线电压
GATEDRIVECIRCUIT:
驱动电路
HCPL-7840的初级电源由被检电流的上桥电源经5V稳压管提供,次级电源直接由控制电路电源5V供给。
当电机电流流过采样电阻时,电阻两端产生模拟电压,将此电压作为被测信号送入光藕的初级。
光藕的另一端送出一对差动的电压信号,若再经过运算放大器以后,可输出单端模拟电压信号。
当采样电阻阻值给定后,电机电流的变化引起电阻两端电压的变化。
由于HCPL-7840的传输线性度相当高,即使初级电压有毫伏级的变化,次级输出的差动电压也会随之改变。
因此作为被检测的电机电流值,和线性光藕的输出电压值之间有了一一对应的关系。
2目前公司典型应用介绍
图4
图5
图4中通过采样电阻(R226、R227、R228、R229)将W相输出电流信号送至HCPL-7840输入端,此阶段增益为G1=
;图5中将采样电流经过HCPL-7840输出,此阶段增益为G2=8;信号经过运放TL082放大后送至控制板,此阶段增益为G3;系统总增益为
G=G1*G2*G3。
以为例:
输出额定电流为37A,电流定标为:
倍额定电流峰值对应3VDC。
则要求驱动板采样系统总增益为G=
=。
每相采样电阻为4个6mohm/3W并联,电阻采样增益为G1=
=;
HCPL-7840增益G2=8;
后级运放设置增益为G3;则需设计G3=
=
=。
3参数计算
3.1电流采样电阻RSENSE选取:
RSENSE选取要考虑HCPL-7840的输入电压线性范围(-200mV—200mV)。
RSENSE<
=Ω
实际选取4个6mΩ/3W并联,
=Ω。
按150%额定电流计算采样电阻损耗:
PRSENSE=
*RSENSE=
功率降额
*100%=%
采样电阻应具有以下特点
①低阻值
②低感抗
③高精度
实际选取4个Ω/3W并联,料号3-24-10-016,精度1%,低感值电阻。
3.2HCPL-7840供电电源设计:
HCPL-7840采用78L05稳压供电,C23、C10、C11为滤波电容,选取贴片电容。
78L05输出后并联两个电容为了增大电容值,降低电源纹波。
※建议:
78L05前级输入可以考虑增加RC滤波。
在一些机型测试中发现78L05供电被干扰,在78L05前增加RC滤波后干扰消除。
这主要因为78L05从驱动电源取电,引线较长,容易被干扰。
如图6,其中78L05在白线最下方。
为达到较好的滤波效果,RC时间常数越大越好;同时RC时间常数要小于上电时控制板复位和初始化时间,一般为200ms。
HCPL-7840典型输入电流为10mA,考虑到电流较小,可在前增加1uF电容;78L05前面的电阻,按保证78L05输入电压为10V来选即可,即:
R*10mA<(16-10)V,得R<600Ω,取R=510Ω。
电阻功耗为10mA*10mA*510=,T=RC=<200ms。
实际选取R为510Ω/0603,C=1uF/0805,如图8。
通过后续对该RC滤波电路的验证,来作为修改CBB此处的依据。
图6
图8
3.3R84,C111设计:
HCPL-7840输入阻抗为500K,一般R84选取较小阻值,使得R84分压可以忽略不计。
此处R84取68欧。
R84与C111一起构成低通滤波环节,用于抑制高频干扰。
C111取10nF,RC低通滤波器截止频率为fp=
=234KHz;RC延时时间常数为T=R11*C111=。
考虑到RC滤波器对电流信号的延时影响不能太大,RC时间常数一般设计小于1us。
3.4运放电路设计:
运放增益G3=
=
=
运放电路增益G3=
=
。
选取R86=R109=2K,R81=R110=,R120=R135=20K。
R204为输出信号防短路电阻,取100欧姆。
R136作用为干扰信号提供一较低阻抗通路,降低对后级的影响,一般取2K。
C114、C115、C118为滤高频杂波信号电容,均取330P;RC时间常数为2K*330P=(RC时间常数一般设计小于1us)。
※建议:
C115可以考虑去掉。
对于C115,一些实验表明C115作用不大。
在一般的差分运放电路中也很难见到该位置的电容。
增加C115可以认为对滤波效果的加强,但可以通过增大C114,C118的容值达到一样得效果;同时增加C115也会增加电路的延时时间。
通过后续对去掉C115的电路的验证,来作为修改CBB此处的依据。
后附《滤波电容仿真分析报告》。
4器件清单
序号
料号
名称
型号
数量
位号
1
2-15-01-840
光耦;HCPL-7840/DIP-8
HCPL-7840
1
U11
2
3-24-10-016
低值电阻;6mΩ±1%-3W;P=10mm
FLQ50-3W-6mΩ-F/P=10mm
4
R226,R227,R228,R229
3
2-15-11-805
稳压器;5V/100mA/5%/SOT-89
FH78L05
1
U10
4
3-08-97-104
片状电容;100nF±10%-50V-0603-X7R
C1608X7R1H104KT
6
C109,C110
5
3-08-97-103
片状电容;10nF±10%-50V-0603
C1608X7R1H103KT
1
C111
6
3-24-90-680
片状电阻;1/10W-68Ω±1%-0603
68Ω±F-0603
1
R84
7
3-24-90-202
片状电阻;1/10W-2KΩ±1%-0603
2KΩ±F-0603
3
R86,R109,R136
8
3-24-90-472
片状电阻;1/Ω±1%-0603
Ω±F-0603
2
9
3-24-90-203
片状电阻;1/10W-20kΩ±1%-0603
20KΩ±F-0603
2
R120,R135
10
3-24-90-101
片状电阻;1/10W-100Ω±1%-0603
100Ω±F-0603
1
R204
11
3-08-99-331
片状电容;330pF±5%(10%)-50V-0603
C1608COG1H331JT
4
C114,C115,C118
12
2-15-11-082
运放;双单元/SOIC-8
TL082CDR
1
U9
5关键器件资料
6滤波电容仿真分析报告
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- HCPL 电流 检测