基于TMS320F2812泄漏電流測試系統的設計

摘要：泄漏電流是電氣安全性能測試最關鍵的參數，為了設計滿足多標準、多種類型泄漏電流測試系統的要求，主要介紹了以TMS320F2812為核心的泄漏電流測試系統，講述了泄漏電流的測試原理和測試方法，詳細講述了采取單一人體阻抗網絡的泄漏電流信號調理電路，采用TMS 320F2812進行數據采集以及與計算機進行數據通信，從軟硬件方面完成整個測試系統的設計與實現。通過該測試系統的技術研究，可以節省產品成本，提高測試精度，對于我國的泄漏電流測試技術水平有著重要的意義。
關鍵詞：泄漏電流；TMS320F2812；人體阻抗；隔離

0 引言
泄漏電流是指在沒有故障施加電壓的情況下，電氣設備中相互絕緣的金屬零件之間，或帶電零件與接地零件之間，通過其周圍介質或絕緣表面所形成的電流。也包括當人觸及電器設備時，由設備經過人體到達大地的電流或由設備經人體又回到設備的電流。它是衡量電器絕緣性好壞的重要標志之一，也是產品安全性能的主要指標。
泄漏電流測試系統內部應當根據不同的標準，或者說最符合人體實際阻抗情況，具備一組或者幾組由特定阻抗值和滿足一定功率要求的電阻和電容組成的電路來模擬人體觸電。通過將人體阻抗網絡連接人體可能觸電的待測儀器部件，測量流過人體阻抗網絡的電流。

1 泄漏電流整體測試方案
為了提高測試精度和數據的采集與處理速度，滿足最新標準的要求，設計了新的泄漏電流測試系統。該測試系統以計算機和DSP芯片TMS320C2812作為測控平臺，實現了對采取單一人體阻抗網絡的泄漏電流的自動測試。測試方法如下：信號輸入為直流到1 MHz的電壓(或電流)信號，其示意圖如圖1所示。

1．1 系統硬件設計
測控系統由PC機、DSP芯片TMS320F2812控制系統以及外圍擴展功能電路、泄漏電流采集信號調理電路、DSP與PC通信接口電路構成，采集、計算、顯示和存儲進而分析被測儀器泄漏電流特征值，系統總體框圖如圖2所示。

各部分功能介紹如下：
泄漏電流調理電路：被測設備在加上220 V交流電壓通過隔離變壓器所產生的電流，流入人體阻抗網絡，第一級放大電路使電流信號轉變為電壓信號并設計阻抗匹配電路使輸入信號穩定，放大電路的作用通過調整放大增益使輸出信號在A／D采集范圍之內，光耦隔離主要是為了
使被測系統與測試系統之間實現完全的電氣隔離，減小兩者之間的干擾。
DSP控制系統：利用TMS320F2812的GPIO控制繼電器實現三種(表面對表面、表面對地、表面對電源)泄漏電流測試的切換，以及控制中斷處理，利用DSP內部集成A／D和采樣保持電路進行數據采集，通過串口或USB把數據傳輸至PC機進行分析、處理和顯示。
本系統中DSP采用TI的32位控制類定點芯片TMS320F2812。基于其高處理速度和處理精度的優勢，在電子控制系統中有著廣泛的應用，其主要特點有外部時鐘經過鎖相環倍頻后達到150MHz(時鐘周期為6．67ns)、有著豐富的外設接口(異步串行接口SCI，同步串行接口SPI，CAN，EV，ADC等)、具有多達56個可復用的GPIO口。通過DSP的SCI模塊與PC機進行數據通信和TMS320F2812內置12位16通道ADC進行高速數據采集，最高轉換速率為12．5 MSPS，可以滿足50 Hz～1 MHz泄漏電流的采樣。
1．1．1 高度放大與線性隔離電路的設計
按照對泄漏電流測試的最新標準要求，要求對50Hz～1 MHz的泄漏電流進行檢測。所以對放大器的頻帶范圍要求很高，本文選用低噪聲精密運算放大器HA7-5127-5，其通頻帶寬達8．5 MHz，滿足大于1 MHz的要求。前級電壓跟隨電路以及放大電路如圖3所示。

圖中，被測設備泄漏電流經過單一模擬人體阻抗網絡，將電流信號轉換成電壓信號，鉗形二極管電路起保護作用，防止正負電壓過高。后加跟隨放大器U1匹配阻抗和使信號穩定，放大器U2對微弱泄漏電流信號進行放大，通過RP1調整電路的放大增益，以便于觀察和采集。