1、HCPL7840电流检测HCPL-7840电流检测文件编号： INVT0_013_0011_CBB_01HCPL-7840电流检测拟制： 时间： 2010-05-22 批准： 时间： 2010-05-22 文件评优级别： A优秀 B良好 C一般 1 芯片介绍HCPL-7840是美国AGILENT公司推出的用于检测电机电流的线性光藕。光藕的初级接收一组待测的模拟电压信号，次级输出一对差动的电压信号。输入与输出之间在一定范围内是一种线性的当量关系，HCPL-7840增益偏差为5%，线性度为1%。HCPL-7840包含有一个A/D转换器，同时还匹配有一个D/A转换器，工作原理如图1所示, 输入直流信
2、号经过调制器送至编码器量化、编码,在时钟信号控制下，以数码串的形式传送到发光二极管，驱动发光二极管发光。由于电流强度不同，发光强度也不同，在解调端有一个光电管会检测出这一变化，将接收到的光信号转换成电信号，然后送到解码器和D/A转换器还原成模拟信号，经滤波后输出。干扰信号因电流微弱不足以驱动发光二极管发光，因而在解调端没有对应的电信号输出，从而被抑制掉。所以在输出端得到的只是放大了的有效的直流信号。 图1功能框图：图2主要性能参数介绍：parametersymbolMINTYPMAXUNIT供电电压VDD1, VDD24.55.5V增益(Vout/Vin)G7.608.008.40V/V输入电
3、压（线性范围）VIN+, VIN-200+200mV输入失调电压Vos-3.00.33.0mV输入阻抗RIN500k输出阻抗ROUT15延时时间TPD503.475.6us典型应用介绍：图3图3中， RSENSE:采样电阻HCPL-7840：线性光藕78L05:稳压管MC34081:运算放大器HV+、HV-：直流母线电压GATE DRIVE CIRCUIT:驱动电路HCPL-7840的初级电源由被检电流的上桥电源经5V稳压管提供，次级电源直接由控制电路电源5V供给。当电机电流流过采样电阻时，电阻两端产生模拟电压，将此电压作为被测信号送入光藕的初级。光藕的另一端送出一对差动的电压信号，若再经过运
4、算放大器以后，可输出单端模拟电压信号。当采样电阻阻值给定后，电机电流的变化引起电阻两端电压的变化。由于HCPL-7840的传输线性度相当高，即使初级电压有毫伏级的变化，次级输出的差动电压也会随之改变。因此作为被检测的电机电流值，和线性光藕的输出电压值之间有了一一对应的关系。2目前公司典型应用介绍图4图5图4中通过采样电阻（R226、R227、R228、R229）将W相输出电流信号送至HCPL-7840输入端，此阶段增益为G1= ；图5中将采样电流经过HCPL-7840输出，此阶段增益为G2=8；信号经过运放TL082放大后送至控制板，此阶段增益为G3；系统总增益为G=G1*G2*G3。以CHE
5、200-18.5KW为例：输出额定电流为37A，电流定标为：2.5倍额定电流峰值对应3VDC。则要求驱动板采样系统总增益为G= =0.0229。每相采样电阻为4个6mohm/3W并联，电阻采样增益为G1= =0.0015；HCPL-7840增益G2=8；后级运放设置增益为G3；则需设计G3=1.9028。3参数计算3.1 电流采样电阻RSENSE选取：RSENSE选取要考虑HCPL-7840的输入电压线性范围（-200mV200mV）。 RSENSE=1.529m实际选取4个6m/3W并联，=0.0015。按150%额定电流计算采样电阻损耗： PRSENSE= *RSENSE =4.62W功率
6、降额*100%=38.5%采样电阻应具有以下特点 低阻值 低感抗 高精度实际选取4个0.006/3W并联，料号3-24-10-016，精度1%，低感值电阻。3.2 HCPL-7840供电电源设计：HCPL-7840采用78L05稳压供电，C23、C10、C11为滤波电容，选取0.1u贴片电容。78L05输出后并联两个0.1u电容为了增大电容值，降低电源纹波。建议：78L05前级输入可以考虑增加RC滤波。在一些机型测试中发现78L05供电被干扰，在78L05前增加RC滤波后干扰消除。这主要因为78L05从驱动电源取电，引线较长，容易被干扰。如图6，其中78L05在白线最下方。为达到较好的滤波效果
7、， RC时间常数越大越好；同时RC时间常数要小于上电时控制板复位和初始化时间，一般为200ms。 HCPL-7840典型输入电流为10mA，考虑到电流较小，可在前增加1uF电容；78L05前面的电阻，按保证78L05输入电压为10V来选即可，即：R*10mA(16-10)V，得R600，取R=510。电阻功耗为10mA*10mA*510=0.051W，T=RC=0.51ms200ms。实际选取R为510/0603，C=1uF/0805， 如图8。通过后续对该RC滤波电路的验证，来作为修改CBB此处的依据。图6图83.3 R84，C111 设计：HCPL-7840输入阻抗为500K，一般R84选
8、取较小阻值，使得R84分压可以忽略不计。此处R84取68欧。R84与C111一起构成低通滤波环节，用于抑制高频干扰。C111取10nF，RC低通滤波器截止频率为fp=234KHz；RC延时时间常数为T=R11*C111=0.68us。考虑到RC滤波器对电流信号的延时影响不能太大，RC时间常数一般设计小于1us。3.4 运放电路设计：运放增益G3=1.9028运放电路增益G3=。选取R86=R109=2K，R81=R110=4.7K，R120=R135=20K。R204为输出信号防短路电阻，取100欧姆。R136作用为干扰信号提供一较低阻抗通路，降低对后级的影响，一般取2K。C114、C115、
9、C118为滤高频杂波信号电容，均取330P；RC时间常数为2K*330P=0.99us（RC时间常数一般设计小于1us）。建议：C115可以考虑去掉。对于C115，一些实验表明C115作用不大。在一般的差分运放电路中也很难见到该位置的电容。增加C115可以认为对滤波效果的加强，但可以通过增大C114，C118的容值达到一样得效果；同时增加C115也会增加电路的延时时间。通过后续对去掉C115的电路的验证，来作为修改CBB此处的依据。后附滤波电容仿真分析报告。4 器件清单序号料号名 称型 号数 量位号12-15-01-840光耦;HCPL-7840/DIP-8HCPL-78401U1123-24
10、-10-016低值电阻;6m1-3W;P=10mmFLQ50-3W-6m-F/P=10mm4R226，R227，R228，R22932-15-11-805稳压器;5V/100mA/5%/SOT-89FH78L051U1043-08-97-104片状电容;100nF10%-50V-0603-X7RC1608X7R1H104KT6C109，C11053-08-97-103片状电容;10nF10%-50V-0603C1608X7R1H103KT1C11163-24-90-680片状电阻;1/10W-681%-060368F-06031R8473-24-90-202片状电阻;1/10W-2K1%-06
11、032KF-06033R86，R109，R13683-24-90-472片状电阻;1/10W-4.7k1%-06034.7KF-06032R15.R1693-24-90-203片状电阻;1/10W-20k1%-060320KF-06032R120，R135103-24-90-101片状电阻;1/10W-1001%-0603100F-06031R204113-08-99-331片状电容;330pF5%(10%)-50V-0603C1608COG1H331JT4C114，C115，C118122-15-11-082运放;双单元/SOIC-8TL082CDR1U95 关键器件资料6 滤波电容仿真分析报告
