简述一种新型电流隔离检测系统的设计方案

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。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。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。

3.3 滤波及运算电路的原理

IR2175的PO端输出一个占空比可调的单极性的PWM波形，对于输出信号的处理本文采用由滤波器滤掉载波信号从而重构模拟电流信号的方法，原理如图4所示。这样就避免了因两个输入波形幅值不同而影响检测结果。

检测到的输入信号ui是交流信号，但PO端输出为单极性的PWM波。为了得到与ui成比例的双极性的检测结果，设计两路RC滤波电路分别对反相位的A和B两路输出PWM信号进行RC滤波;再由差分运算放大器求取二者的差值。

滤波参数的选择要在检测系统的精度和频带之间折衷。为了使输出Vo纹波较小，设计了二阶滤波器。若取较小的时间常数R6C1、R9C2、R8C3和R11C4，会使滤波电路输出波形脉动较大;若取较大的时间常数，则会限制检测信号频带。

4 实验结果

经过实验验证，可以得到输入交流信号时，PO端口输出占空比可调的PWM波形(如图5，6，7)。图中1号为输入交流信号，2号为输出单极性的PWM波。从输出波形的局部放大图中可以看出输入为0时，输出占空比为50%(图5);输入最大260mV时，输出占空比为91%(图6);输入最小-260mV时，输出占空比为9%(图7)。

当检流电阻上的压降超过-260mV～+260mV时，IR2175的OC端输出一个典型值为2μs的低电平有效的过流信号(图8)。图1号为输入交流信号，2号为锁存电路的输出，3号为OC端输出的2μs的过流信号。实验结果说明电路发生故障过流时，锁存电路能够迅速的将低电平信号锁住。

以上实验结果是在工频50Hz的基础上得到的。本文利用李沙育图对电路输出特性的线性度和延迟角进行了实验研究。通过观察示波器上李沙育图形的形状来得到该频率下的幅值和相位。图9为50Hz时的李沙育图，延迟相位角约为0°;图10为6kHz时的李沙育图，延迟相位角约为62°。在输入信号幅值保持200mV时，50Hz时的输出幅值约为4.7V，6kHz时的输出幅值约为3.273V(图10和图11)，约为4.7V的0.707倍(-3dB)，因此带宽约为6kHz。

实验结果表示电路在低频状况下具有很好的线性度，且有较小的延迟角，本文所设计的检测电路的带宽可以达到约6kHz。

5 结论

本文设计的主电路电流隔离检测电路，具有电路简单，响应速度快，成本低等优点。通过实验表明，本设计的检测结果具有良好的线性度和较大的带宽，且可以实现快速过流检测。