設(shè)計目標

設(shè)計說明

該電路利用 AMC3330 隔離放大器和分壓器電路執(zhí)行分接抽頭線間隔離式電壓檢測測量。線間測量是在兩個具有 120° 相位差的 277V_AC 電源之間進行的。分壓器電路將線間電壓從 ±480V 降至 ±1V，從而與 AMC3330 的輸入電壓范圍相匹配。AMC3330 可以 2V/V 的固定增益測量 ±1V 的差動信號。AMC3330 的差動輸入阻抗為 1.2Gω，輸入偏置電流低至 2.5nA，支持高電壓應(yīng)用中的低增益誤差和低漂移誤差信號檢測。

通過在平衡的三相交流電壓系統(tǒng)上使用分接抽頭配置，兩次線間電壓測量足以通過推導(dǎo)來測量所有三線至中線電壓。

設(shè)計說明

1. AMC3330 非常適合電壓檢測應(yīng)用，因為它具有高輸入阻抗和低輸入偏置電流，這兩種情況都可以更大限度地減小直流誤差。AMC3330 具有集成的隔離式電源和雙極輸入電壓范圍，非常適合交流線間電壓檢測。
2. 驗證系統(tǒng)線性運行是否具有所需的輸入信號范圍。此驗證通過使用直流傳輸特性 部分中的仿真來執(zhí)行。
3. 確保電阻分壓器電路中使用的電阻器能夠?qū)⒃礃O輸入電壓降至 ±1V 的 AMC3330 輸入電壓范圍。
4. 確保電阻分壓器電路中使用的電阻器具有足夠的工作電流和電壓額定值。
5. 驗證 AMC3330 輸入電流是否小于數(shù)據(jù)表的絕對最大額定值表中所述的 ±10mA。

設(shè)計步驟

1. 計算兩個以 120° 為間隔的 277V_AC 之間的總線間電壓 (V_LL)。
   $V_{LL}=\sqrt{3}\times 277 V=480 V$
2. 計算分壓器電路的線間電壓與 AMC3330 輸入電壓的比率。
3. $Ratio=\frac{{1 V}_{AMC330,input}}{480 V}=0.0020833$
4. 為 R₁、R₂、R_1’ 和 R_2’ 選擇 1MΩ 電阻。使用上一步驟中的比率和下面的分壓器公式，求解將 AMC3330 輸入電壓降低到 ±1V 所需的等效檢測電阻 R_sense。
   $0.0020833=\frac{R_{sense}}{R_1+R_2+R_{1\text{'}}+R_{2\text{'}}+R_{sense}}=\frac{R_{sense}}{4 M\mathrm{\Omega }+R_{sense}}$
   $R_{sense}=\frac{8333.2 \mathrm{\Omega }}{1-0.0020833}=8350.6 \mathrm{\Omega }$
5. 分接抽頭配置需要兩個等效檢測電阻 R_S 和 R_S'。使用模擬工程師計算器來確定 R_S 和 R_S' 的最接近標準值。
   $R_S=R_{S\text{'}}=\frac{R_{sense}}{2}=\frac{8350.6 \mathrm{\Omega }}{2}=4175.3 \mathrm{\Omega }=4.17 k\mathrm{\Omega }$
6. 計算從電壓源流經(jīng)分壓器電路的電流，以確保功率耗散不超過電阻器的額定值。有關(guān)更多詳細信息，請參閱高電壓測量注意事項。
   $I_{AMC330,input}=\frac{V}{R}=\frac{480 V}{4\times 1 M\mathrm{\Omega }+2\times 4.17 k\mathrm{\Omega }}=0.039 mA$
7. 由于分壓器的增益為 $\frac{1}{480}$ AMC3330 的增益為 2，在 480V 輸入電壓下，可以使用傳遞函數(shù)公式計算輸出電壓，
   方程式 37. $V_{OUT}=Gain\times V_{IN}$
   $V_{OUT}=\frac{1}{480}\times 2\times 480 V=2 V$

直流傳輸特性

下圖所示為 ±800V 輸入下的 AMC3330 仿真差動輸出。在 480V 輸入電壓下，根據(jù)上一頁的計算結(jié)果，輸出電壓約為 2V。

交流傳輸特性

仿真增益為 –47.6 dB，這與分壓器和 AMC3330 的預(yù)期增益非常接近。

仿真結(jié)果

以下仿真顯示了 AMC3330 的輸入和輸出信號。

設(shè)計參考資料

1. 隔離式放大器電壓檢測 Excel 計算器
2. 模擬工程師電路設(shè)計指導(dǎo)手冊
3. TI 精密實驗室 - 運算放大器
4. TI 精密實驗室 - 模數(shù)轉(zhuǎn)換器

設(shè)計精選隔離運算放大器

設(shè)計備用隔離運算放大器