使用光电耦合器将高端电流检测器的作业电压扩展至1kV

摘要：本使用笔记介绍了电流检测放大器与光耦的合作运用，可以将作业电压扩展至1,000V，十分合适高压使用。电路使用光耦的阻隔屏障切割1,000V体系的高端和地端。运算放大器用于消除光电二极管的非线性和温漂，供给准确的、与1kV负载成份额的输出电压。 


一般，在高压端检测直流电流十分困难。大多数商用化的高端电流检测IC可以很好地作业在30V或40V，新推出的器材(例如：MAX4080/4081)可以检测高达76V的电源。假如需求作业在更高的电压下，则可使用检放逐大器与光耦相合作的方法。高压受限于光耦可以接受的阻隔电压(图1)。

图1. 以地为参阅的输出电压V_OUT = I_SHUNT (4.80V/A)，正比于高端负载电流。当时装备下，电路可测量高达1A的负载电流。

一个精细的高端电流检测放大器(U1)和一个高线性度模仿光电耦合器(U3)可以将高端作业电压扩展至1000VDC。U3可以接受接连的1000VDC。它的UL电压可达5000V_RMS，持续时间1分钟；瞬态浪涌电压可达8000VDC，持续时间10秒(高压作业时需求留意各种安全事项)。

电路包括一个浮地单元和一个接地单元，每个单元都需求一个本地的低压电源。浮地单元检测负载电流，并驱动光耦的高压侧。接地单元监测光耦的低压侧，输出一个正比于高端负载电流的电压。所选用的光耦在高压侧有一个用于反应的光敏二极管，从根本上消除了LED的非线性和温漂。别的，两个光敏二极管的严厉匹配确保了信号在穿过阻隔层时传输函数坚持杰出的线性。

作业期间，负载电流流经检流电阻R1发生一个小电压。这个电压经过U1检测，发生一个成正比(10mA/V)的电流输出。这个正比输出电流流经R2，发生正比于主负载电流的电压。电路的其余部分用来发生了R2两头电压的“复制”，只不过是转化到了光耦的低压侧。U2检测R2两头的电压，并经过Q1驱动光耦的LED。LED宣布的光等量地照在高端和低端光敏二极管上。U4检测低端光敏二极管并输出一个正比于高端负载电流的电压。图中的曲线显现了输出电压和检测电流的函数联系(图2)。

图2. 在图1规划中，输出电压和检测电流成线性联系。

假如R3和R5取值持平，则整个传输函数为：

经过修正三个参数，可以调整电路可以检测的最大负载电流和输出电压规模。U1的最大输出电流为1.5mA，所以最大答应的检测电压为150mV。别的，最大答应的光敏二极管电流为50µA。挑选R1的阻值，使其两头的电压在流过最大负载电流时发生150mV的压降。然后，挑选一个恰当的R2阻值，使其流过1.5mA电流时发生希望得到的最大输出电压。挑选匹配的R3和R5，取值应确保在最大输出电压时流过光敏二极管的电流低于50µA：

R3 ≥ (V_{OUT_MAX})/(50 &TImes; 10^-6) 

电路的输出部分忠实地复原了R2两头的电压。挑选MAX4162运放是因为其极低的输入偏置电流(1pA)、满摆幅输入和输出、以及可以作业在9V电池的单电源电压。假如按图中所示取R1 = 150mΩ和R2 = 3.32kΩ，当检测电流I_SHUNT = 1A时，选用上述传输函数核算，输出电压为4.80V。试验成果为I_SHUNT = 1.00A时V_OUT = 4.84V，差错小于1%。

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