zhangming1025 2024-06-13 09:38 采纳率: 50%
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已结题

纯运放实现隔离采样方案设计

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由于双向逆变器只用一个MCU且在前级,后级的AC及母线电压采样就需要隔离电路。不理解如何实现,前级运放的地应该与MCU共地吧?那后级的电压如何通过运放检测呢,以哪个电压做参考地呢,前后级的地如何连接呢?请哪位兄弟帮忙提供母线和AC电压的完整检测电路部分,谢谢!

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  • 专家-赤兔[在线] 全栈领域优质创作者 2024-06-13 09:38
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    引自免费微信小程序:皆我百晓生

    对于纯运放实现的隔离采样方案,可以采用光耦合器、数字隔离器或变压器耦合等技术来实现信号的隔离。这里,我将详细解释一种基于光耦合器的交流电压检测电路,该电路可以确保前后级信号地之间的电气隔离。

    电路原理

    在图32所示的电路中,主要由以下几个部分组成:

    1. 前端电压分压网络:由R91, R92, R93, R94组成的分压网络用于将交流电压Vac降至运放输入范围内。
    2. 运放放大器:U12.2作为差分放大器,用于放大分压后的信号,并提供必要的增益。
    3. 光耦合器:用于实现信号的电气隔离,其内部包含一个发光二极管(LED)和一个光电晶体管或光电三极管。
    4. 后端信号处理:包括R101和C48组成的滤波网络,以及R100和R99组成的偏置电路。

    设计步骤

    步骤1: 前级电压分压

    • Vac经过R91, R92, R93, R94分压至适合运放输入的范围。
    • R91 = R92 = R93 = R94 = 200KΩ

    步骤2: 运放配置

    • U12.2设置为差分放大器,增益由R97, R98, R95, R96决定。
    • R97 = R98 = 200KΩ, R95 = R96 = 1.69KΩ (假设)

    步骤3: 光耦合器选择

    • 选用高速光耦合器,例如HCPL-0600,其具有较高的带宽和良好的线性特性。

    步骤4: 后级信号处理

    • R101和C48组成低通滤波器,用于滤除高频噪声。
    • R100和R99用于提供直流偏置,确保输出信号在运放的线性工作区域内。

    隔离原理

    • 光耦合器内部的LED由前级电路驱动,当有信号时,LED发光,使光电晶体管导通,从而将信号传递到后级电路。
    • LED和光电晶体管之间没有电气连接,实现了信号的电气隔离。

    地线处理

    • 前级电路的地(ANAGND)与后级电路的地是电气隔离的。
    • 可以通过光耦合器的输出侧接地来间接实现前后级地的连接,但实际中应避免直接电气连接,以免破坏隔离效果。

    完整电路图描述

    +----------------+    +-----------------+   +-------------------+
    |                |    |                 |   |                   |
    |   Vac          |----|  R91   R92      |---| U12.2 (差分放大器)|---光耦合器---> 后级电路
    |                |    |                 |   |                   |
    |                |    |  R93   R94      |   |                   |
    +----------------+    +-----------------+   +-------------------+
                                                |
                                                | R101
                                                |
                                                +-- C48 --+
                                                |          |
                                                +----------+
    

    在这个设计中,光耦合器是实现隔离的关键组件。通过精心设计的信号路径和适当的元器件选择,可以确保交流电压的准确检测,同时保持电气隔离,防止高电压对敏感电子设备的影响。

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