Измерение высокого напряжения в очень широком диапазоне с оптической изоляцией

У меня есть источник напряжения, который я хотел бы измерить, это от 0 В до 1 кВ, любое значение в этом диапазоне. Точность не так важна, но измерения с точностью 1-5% были бы идеальными. Затем это должно быть оптически изолировано, чтобы я мог прочитать напряжение на микроконтроллере. Вторая часть совсем не сложная, при использовании обычных оптоизоляторов. Проблема заключается в уменьшении напряжения, чтобы я мог зажечь диод оптоизолятора, и сохранении полулинейных или полулогарифмических результатов, чтобы я мог рассчитать выходное напряжение. Является ли использование делителей напряжения с диодом единственным доступным вариантом? С таким широким диапазоном входного напряжения получить хорошие результаты с помощью этого метода невозможно, потому что напряжение определяет, какие типы резисторов и номиналы использовать. Любой совет?

Почему бы не поставить АЦП на сторону высокого напряжения?
Является ли измерение напряжения дифференциальным, т. е. источник плавающим?
Я переключаю IGBT с нагрузкой на нижней стороне. Я хочу измерить падение нагрузки и увидеть его поведение, чтобы смоделировать его.

Ответы (5)

Если вы ДЕЙСТВИТЕЛЬНО осторожны с выбором деталей, вы можете резистивно разделить вход 1 кВ на то, что вы можете прочитать напрямую. Таким образом, он не будет изолирован, поэтому вам нужно будет придумать какую-то защиту на случай, если резистор ослабнет, или вы уроните на него провод, или что-то в этом роде. Может быть, жертвенный буферный усилитель?

Если вы используете активный буфер между источником и АЦП, вы также можете применить некоторое усиление и смещение, чтобы ожидаемый диапазон измерения заполнил весь диапазон АЦП (с некоторым запасом для обнаружения выхода за пределы диапазона). Это может быть хорошей идеей само по себе.

Если вы уменьшите свой 1 кВ до чего-то управляемого, вы можете использовать его в качестве входа для преобразователя напряжения в частоту на стороне высокого напряжения. Затем перенесите выход VFC на оптоизолятор в виде простой цифровой последовательности импульсов. На другой стороне вашего опто используйте микроконтроллер для измерения частоты.

Если вы предпочитаете оставаться в аналоговой области, вы можете попробовать «линейную оптопару», такую ​​как Vishay IL300. Внутри он имеет 1 излучатель и 2 согласованных детектора, и вы используете выход одного из детекторов для линеаризации выхода другого.

IL300 - это несколько общая часть IIRC; по крайней мере Siemens и TI тоже делают свои; последний называется TIL300. Я не знаю, кто придумал это изначально.
Оказывается, Vishay купила IR-подразделение Infineon (которое само по себе отделилось от Siemens) примерно в 2002 году, так что в итоге у них появился IL300. TI прекратила выпуск своих TIL300.

Вы должны использовать резисторный делитель для уменьшения масштаба, а затем изолирующий усилитель. Простые доступны от TI. Затем используйте АЦП вашего MCU.

В качестве альтернативы вы можете использовать простой I2C или SPI ADC и изолировать его канал связи. Таким образом, вы будете использовать стандартные и взаимозаменяемые детали.

Последний вариант, который я вижу, это линейные оптопары. Лично мне они очень не нравятся.

Это будет грубо, но вы можете измерить фототок светодиода.

(ВН->резистор->светодиод->PD->ток.)

Свет довольно линейный с током выше 1 мА или около того ... ниже этого уровня вам придется измерять светодиод. (это похоже на степенной закон 3/2 или что-то в этом роде.) Вот сюжет,

https://www.dropbox.com/s/atyo4uvsb09fgd7/LED-PD.BMP?dl=0

Но было бы легко сделать несколько точек калибровки (с низким напряжением и меньшим резистором)

Для измерения тока мой цифровой мультиметр имеет наименьшую цифру диапазона тока в мкА — 10 нА.

Это может сработать, если вы откалибруете конкретную деталь, которую используете. Они, как правило, имеют большие различия между частями, но сами по себе они довольно стабильны. Кроме того, 1 мА при 1 кВ рассеивается на резисторе 1 Вт. Убедитесь, что вы можете справиться с этим.
@AaronD, о, я сказал, что это грубо. Тем не менее, есть 3-4 порядка, по которым вы можете выполнить калибровку по одной точке. Я нахожу зависимость от мощности 3/2 интересной. Эти светодиоды линейны только в пределах ~1 порядка. Выше ~10 мА вы начинаете видеть эффекты нагрева. (Я думал сошлифовать часть пластика на дне и установить радиатор большего размера рядом с корпусом светодиода (детали со сквозными отверстиями, для тех, кто не посмотрел номер детали).
Осторожнее со шлифовкой корпуса. Технические характеристики зависят от светонепроницаемого корпуса. И это, вероятно, инфракрасное излучение, так что вы не можете увидеть его напрямую, чтобы убедиться, что все в порядке.
@AaronD, а? Извините, я говорил о шлифовке пластика на проводе светодиода. Таким образом, я мог бы охладить светодиодный кристалл, уменьшить эффекты нагрева (без использования ИК-излучения). (Возможно, мы говорим друг о друге?)
Это дискретное решение? Я думал о готовой оптопаре в 4-контактном DIP-корпусе.
@AaronD, да, я думал дискретно. Большинство оптовиков имеют транзисторные выходы. Те, у кого есть диоды, делают из них цепочку. И при любом подходе я согласен, что вам придется измерять/калибровать сигнал. (Я в основном использую оптопары с цифровыми сигналами, где точное выходное напряжение не так важно.)

Похоже, вы хотите линейную оптопару. Учитывая ваши требования к точности, следующая схема, взятая с http://www.avagotech.com/docs/5954-8430E , должна быть хорошим компромиссом (есть более сложные решения с более сложными и дорогостоящими схемами)

введите описание изображения здесь

Заявленная производительность следующая:

Типичные характеристики широкополосного усилителя переменного тока:

• Линейность 2% в динамическом диапазоне 1 В пик-пик

• Единичный коэффициент усиления по напряжению

• Полоса пропускания 10 МГц

• Дрейф усиления: –0,6%/°C

• Подавление синфазного сигнала: 22 дБ на частоте 1 МГц.

• Изоляция 3000 В постоянного тока

Вам все еще нужен делитель напряжения, блоки питания и т. д., чтобы завершить это. Что касается делителя, кто-то сказал выше, что вам нужно быть очень осторожным (ТМ). Что ж, вот часть предложения из «Введение в приборостроение и измерения» RB Northrop [3-е изд.]

Пробник с внешним резистивным делителем напряжения обычно используется для измерения постоянного напряжения от 1 до 40 кВ. Такой пробник образует внешний делитель напряжения с входным сопротивлением вольтметра постоянного тока. Например, высоковольтный пробник Fluke модели 80K-40 предназначен для использования с любым вольтметром постоянного тока, имеющим входное сопротивление 10 МОм. Он представляет собой делитель напряжения 1000:1, поэтому 1 кВ, приложенный к щупу, дает 1 В на измерителе. Пробник и измеритель представляют собой нагрузку 1000 МОм для высоковольтной цепи CUT [испытываемая цепь]; следовательно, пробник и измеритель потребляют 1 мкА/кВ от CUT.

Так что да, делители 1000:1 для 1 кВ (фактически до 40 кВ) сделаны (Fluke); таблица данных: http://www.farnell.com/datasheets/1816372.pdf утверждает точность +/- 2% для постоянного тока. Даже есть видео фанатов/пользователей: https://www.youtube.com/watch?v=kXq4FCQ0C38 На самом деле вы можете купить гораздо более точные (до 0,01%) в таких местах, как Ross Eng. , но я подозреваю, что они стоят соответственно.

Измерение высокого напряжения в очень широком диапазоне с оптической изоляцией
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v