1、文件編號： INVT0_013_0011_CBB_01HCPL-7840電流檢測擬制： 時間： 2010-05-22 批準： 時間： 2010-05-22 文件評優(yōu)級別： A優(yōu)秀 B良好 C一般 1 芯片介紹HCPL-7840是美國AGILENT公司推出的用于檢測電機電流的線性光藕。光藕的初級接收一組待測的模擬電壓信號，次級輸出一對差動的電壓信號。輸入與輸出之間在一定范圍內(nèi)是一種線性的當(dāng)量關(guān)系，HCPL-7840增益偏差為5%，線性度為1%。HCPL-7840包含有一個A/D轉(zhuǎn)換器，同時還匹配有一個D/A轉(zhuǎn)換器，工作原理如圖1所示, 輸入直流信號經(jīng)過調(diào)制器送至編碼器量化、編碼,在時鐘信號控制下

2、，以數(shù)碼串的形式傳送到發(fā)光二極管，驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。由于電流強度不同，發(fā)光強度也不同，在解調(diào)端有一個光電管會檢測出這一變化，將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后送到解碼器和D/A轉(zhuǎn)換器還原成模擬信號，經(jīng)濾波后輸出。干擾信號因電流微弱不足以驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光，因而在解調(diào)端沒有對應(yīng)的電信號輸出，從而被抑制掉。所以在輸出端得到的只是放大了的有效的直流信號。 圖1功能框圖：圖2主要性能參數(shù)介紹：parametersymbolMINTYPMAXUNIT供電電壓VDD1, VDD24.55.5V增益(Vout/Vin)G7.608.008.40V/V輸入電壓（線性范圍）VIN+, VIN-200+200m

3、V輸入失調(diào)電壓Vos-3.00.33.0mV輸入阻抗RIN500k輸出阻抗ROUT15延時時間TPD503.475.6us典型應(yīng)用介紹：圖3圖3中， RSENSE:采樣電阻HCPL-7840：線性光藕78L05:穩(wěn)壓管MC34081:運算放大器HV+、HV-：直流母線電壓GATE DRIVE CIRCUIT:驅(qū)動電路HCPL-7840的初級電源由被檢電流的上橋電源經(jīng)5V穩(wěn)壓管提供，次級電源直接由控制電路電源5V供給。當(dāng)電機電流流過采樣電阻時，電阻兩端產(chǎn)生模擬電壓，將此電壓作為被測信號送入光藕的初級。光藕的另一端送出一對差動的電壓信號，若再經(jīng)過運算放大器以后，可輸出單端模擬電壓信號。當(dāng)采樣電阻阻

4、值給定后，電機電流的變化引起電阻兩端電壓的變化。由于HCPL-7840的傳輸線性度相當(dāng)高，即使初級電壓有毫伏級的變化，次級輸出的差動電壓也會隨之改變。因此作為被檢測的電機電流值，和線性光藕的輸出電壓值之間有了一一對應(yīng)的關(guān)系。2目前公司典型應(yīng)用介紹圖4圖5圖4中通過采樣電阻（R226、R227、R228、R229）將W相輸出電流信號送至HCPL-7840輸入端，此階段增益為G1= ；圖5中將采樣電流經(jīng)過HCPL-7840輸出，此階段增益為G2=8；信號經(jīng)過運放TL082放大后送至控制板，此階段增益為G3；系統(tǒng)總增益為G=G1*G2*G3。以CHE200-18.5KW為例：輸出額定電流為37A，電

5、流定標為：2.5倍額定電流峰值對應(yīng)3VDC。則要求驅(qū)動板采樣系統(tǒng)總增益為G= =0.0229。每相采樣電阻為4個6mohm/3W并聯(lián)，電阻采樣增益為G1= =0.0015；HCPL-7840增益G2=8；后級運放設(shè)置增益為G3；則需設(shè)計G3=1.9028。3參數(shù)計算3.1 電流采樣電阻RSENSE選取：RSENSE選取要考慮HCPL-7840的輸入電壓線性范圍（-200mV200mV）。 RSENSE<=1.529m實際選取4個6m/3W并聯(lián)，=0.0015。按150%額定電流計算采樣電阻損耗： PRSENSE= *RSENSE =4.62W功率降額*100%=38.5%采樣電阻應(yīng)具有以

6、下特點 低阻值 低感抗 高精度實際選取4個0.006/3W并聯(lián)，料號3-24-10-016，精度1%，低感值電阻。3.2 HCPL-7840供電電源設(shè)計：HCPL-7840采用78L05穩(wěn)壓供電，C23、C10、C11為濾波電容，選取0.1u貼片電容。78L05輸出后并聯(lián)兩個0.1u電容為了增大電容值，降低電源紋波。建議：78L05前級輸入可以考慮增加RC濾波。在一些機型測試中發(fā)現(xiàn)78L05供電被干擾，在78L05前增加RC濾波后干擾消除。這主要因為78L05從驅(qū)動電源取電，引線較長，容易被干擾。如圖6，其中78L05在白線最下方。為達到較好的濾波效果， RC時間常數(shù)越大越好；同時RC時間常數(shù)

7、要小于上電時控制板復(fù)位和初始化時間，一般為200ms。 HCPL-7840典型輸入電流為10mA，考慮到電流較小，可在前增加1uF電容；78L05前面的電阻，按保證78L05輸入電壓為10V來選即可，即：R*10mA<(16-10)V，得R<600，取R=510。電阻功耗為10mA*10mA*510=0.051W，T=RC=0.51ms<200ms。實際選取R為510/0603，C=1uF/0805， 如圖8。通過后續(xù)對該RC濾波電路的驗證，來作為修改CBB此處的依據(jù)。圖6圖83.3 R84，C111 設(shè)計：HCPL-7840輸入阻抗為500K，一般R84選取較小阻值，使得R

8、84分壓可以忽略不計。此處R84取68歐。R84與C111一起構(gòu)成低通濾波環(huán)節(jié)，用于抑制高頻干擾。C111取10nF，RC低通濾波器截止頻率為fp=234KHz；RC延時時間常數(shù)為T=R11*C111=0.68us。考慮到RC濾波器對電流信號的延時影響不能太大，RC時間常數(shù)一般設(shè)計小于1us。3.4 運放電路設(shè)計：運放增益G3=1.9028運放電路增益G3=。選取R86=R109=2K，R81=R110=4.7K，R120=R135=20K。R204為輸出信號防短路電阻，取100歐姆。R136作用為干擾信號提供一較低阻抗通路，降低對后級的影響，一般取2K。C114、C115、C118為濾高頻雜

9、波信號電容，均取330P；RC時間常數(shù)為2K*330P=0.99us（RC時間常數(shù)一般設(shè)計小于1us）。建議：C115可以考慮去掉。對于C115，一些實驗表明C115作用不大。在一般的差分運放電路中也很難見到該位置的電容。增加C115可以認為對濾波效果的加強，但可以通過增大C114，C118的容值達到一樣得效果；同時增加C115也會增加電路的延時時間。通過后續(xù)對去掉C115的電路的驗證，來作為修改CBB此處的依據(jù)。后附濾波電容仿真分析報告。4 器件清單序號料號名 稱型 號數(shù) 量位號12-15-01-840光耦;HCPL-7840/DIP-8HCPL-78401U1123-24-10-016低值

10、電阻;6m±1-3W;P=10mmFLQ50-3W-6m-F/P=10mm4R226，R227，R228，R22932-15-11-805穩(wěn)壓器;5V/100mA/5%/SOT-89FH78L051U1043-08-97-104片狀電容;100nF±10%-50V-0603-X7RC1608X7R1H104KT6C109，C11053-08-97-103片狀電容;10nF±10%-50V-0603C1608X7R1H103KT1C11163-24-90-680片狀電阻;1/10W-68±1%-060368±F-06031R8473-24-90-202片狀電阻;1/10W-2K±1%-06032K±F-06033R86，R109，R13683-24-90-472片狀電阻;1/10W-4.7k±1%-06034.7K±F-06032R15.R1693-24-90-203片狀電阻;1/10W-20k±1%-060320K±F-06032R120，R135103-24-90-101片狀電阻;1/10W-