DSP芯片TMS320F2812泄漏電流測試系統電路設計

　　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。

　　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。

　　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。

　　在泄漏電流隔離數據采集電路中，需要隔離的信號有ADC控制信號（直流電平）、ADC工作時鐘信號（幾兆甚至更高頻率的信號），在這樣的應用條件下，如果用普通的光耦隔離器件，只能隔離直流或者低頻信號，所以采用光耦技術很難滿足對泄漏電流隔離的需求。而磁耦隔離器件不能傳輸低頻信號以及直流信號，且磁耦隔離對數字信號的傳輸性能較好，即使傳輸模擬信號，也會引起信號的失真，解決方法就是可以對需要傳輸的模擬信號進行電平抬高，使得模擬信號的最小電流值可以驅動隔離器件工作，才會保證被傳輸信號的不失真。另外一個解決的方法就是如果將需要傳輸的低頻信號調制到高頻載波上，再用磁耦合隔離電路隔離傳輸，在接收端再用解調電路提取出低頻信號，可以實現用磁耦合隔離電路傳輸低頻信號的目的。本文設計的新型磁耦合隔離電路不用調制和解調電路就可以實現低頻和直流信號的磁耦合隔離傳輸，而且電路結構簡單、功耗小，信號傳輸延遲很小。

　　本文采用模擬隔離放大器進行隔離，實現測試系統與被測對象電氣上的隔離，選用高線性度模擬光電耦合器HCNR201，其主要參數介紹如下：具有±5％的傳輸增益誤差和±0．05％的線性誤差；具有大于1 MHz的頻帶帶寬；輸入電壓范圍為0～15 V。電路如圖5所示。

　　電路說明：光耦U2用于正極性信號的隔離，光耦U3用于負極性信號的隔離。在隔離電路中，R2調節初級運放U1輸入偏置電流的大小，C3起反饋作用，同時濾除了電路中的毛刺信號，避免HCNR201的鋁砷化鎵發光二極管LED受到意外沖擊。R1可以控制LED的發光強度，從而對通道增益起一定的控制作用。HC-NR201是電流驅動，其工作電流要求為1～20 mA。由于是隔離雙極性信號，因此采用雙電源供電的HA7-5127-5運算放大器，其輸出電流可達25 mA。R3是采樣電阻，將光耦輸出電流轉變為電壓信號，與運放U1組成電壓跟隨電路，實現輸入輸出電路的阻抗匹配。在圖5線性光耦電路中，隔離電路的隔離電壓增益，該隔離電路的隔離增益只與電阻值R3，R2有關，與光耦的電流傳輸特性無關，從而實現了電壓隔離。

　　電平抬高電路的設計

　　由于TMS320F2812內部集成的A／D采樣范圍為0～3 V，在采集信號進行光耦隔離之前，可以調節放大器的增益，使被采集的電壓信號落到-1．5～+1．5 V范圍之內，然后設計一個+1．5 V的基準電壓源將被采集信號進行電平抬高，這樣就可以保證采樣信號在0～3 V的范圍內，電路如圖6所示。

　　實現了電平抬高的目的，Ui的取值范圍是-1．5～+1．5 V，Uo的取值范圍是0～3 V。此時被采集信號在0～3 V輸入電壓范圍之內，滿足要求。