基于TMS320F2812泄漏电流测试系统的设计

摘要：泄漏电流是电气安全性能测试最关键的参数，为了设计满足多标准、多种类型泄漏电流测试系统的要求，主要介绍了以TMS320F2812为核心的泄漏电流测试系统，讲述了泄漏电流的测试原理和测试方法，详细讲述了采取单一人体阻抗网络的泄漏电流信号调理电路，采用TMS 320F2812进行数据采集以及与计算机进行数据通信，从软硬件方面完成整个测试系统的设计与实现。通过该测试系统的技术研究，可以节省产品成本，提高测试精度，对于我国的泄漏电流测试技术水平有着重要的意义。
关键词：泄漏电流；TMS320F2812；人体阻抗；隔离

0 引言
泄漏电流是指在没有故障施加电压的情况下，电气设备中相互绝缘的金属零件之间，或带电零件与接地零件之间，通过其周围介质或绝缘表面所形成的电流。也包括当人触及电器设备时，由设备经过人体到达大地的电流或由设备经人体又回到设备的电流。它是衡量电器绝缘性好坏的重要标志之一，也是产品安全性能的主要指标。
泄漏电流测试系统内部应当根据不同的标准，或者说最符合人体实际阻抗情况，具备一组或者几组由特定阻抗值和满足一定功率要求的电阻和电容组成的电路来模拟人体触电。通过将人体阻抗网络连接人体可能触电的待测仪器部件，测量流过人体阻抗网络的电流。

1 泄漏电流整体测试方案
为了提高测试精度和数据的采集与处理速度，满足最新标准的要求，设计了新的泄漏电流测试系统。该测试系统以计算机和DSP芯片TMS320C2812作为测控平台，实现了对采取单一人体阻抗网络的泄漏电流的自动测试。测试方法如下：信号输入为直流到1 MHz的电压(或电流)信号，其示意图如图1所示。

1．1 系统硬件设计
测控系统由PC机、DSP芯片TMS320F2812控制系统以及外围扩展功能电路、泄漏电流采集信号调理电路、DSP与PC通信接口电路构成，采集、计算、显示和存储进而分析被测仪器泄漏电流特征值，系统总体框图如图2所示。

各部分功能介绍如下：
泄漏电流调理电路：被测设备在加上220 V交流电压通过隔离变压器所产生的电流，流入人体阻抗网络，第一级放大电路使电流信号转变为电压信号并设计阻抗匹配电路使输入信号稳定，放大电路的作用通过调整放大增益使输出信号在A／D采集范围之内，光耦隔离主要是为了
使被测系统与测试系统之间实现完全的电气隔离，减小两者之间的干扰。
DSP控制系统：利用TMS320F2812的GPIO控制继电器实现三种(表面对表面、表面对地、表面对电源)泄漏电流测试的切换，以及控制中断处理，利用DSP内部集成A／D和采样保持电路进行数据采集，通过串口或USB把数据传输至PC机进行分析、处理和显示。
本系统中DSP采用TI的32位控制类定点芯片TMS320F2812。基于其高处理速度和处理精度的优势，在电子控制系统中有着广泛的应用，其主要特点有外部时钟经过锁相环倍频后达到150MHz(时钟周期为6．67ns)、有着丰富的外设接口(异步串行接口SCI，同步串行接口SPI，CAN，EV，ADC等)、具有多达56个可复用的GPIO口。通过DSP的SCI模块与PC机进行数据通信和TMS320F2812内置12位16通道ADC进行高速数据采集，最高转换速率为12．5 MSPS，可以满足50 Hz～1 MHz泄漏电流的采样。
1．1．1 高度放大与线性隔离电路的设计
按照对泄漏电流测试的最新标准要求，要求对50Hz～1 MHz的泄漏电流进行检测。所以对放大器的频带范围要求很高，本文选用低噪声精密运算放大器HA7-5127-5，其通频带宽达8．5 MHz，满足大于1 MHz的要求。前级电压跟随电路以及放大电路如图3所示。

图中，被测设备泄漏电流经过单一模拟人体阻抗网络，将电流信号转换成电压信号，钳形二极管电路起保护作用，防止正负电压过高。后加跟随放大器U1匹配阻抗和使信号稳定，放大器U2对微弱泄漏电流信号进行放大，通过RP1调整电路的放大增益，以便于观察和采集。