电路故障电流检测中使用分流电阻的优化方法

第二种检测方法是利用分流电阻检测电流。分流电阻检测原理是采用在电动机的主电路输出侧中串联分流电阻，通过检测分流电阻上的电压降来检测电流的方法。如图6-4所示，在PWM方式的逆变驱动电路模式下，如果把分流电阻串联到电动机的主电路中检测电流，由于PWM的上桥臂a导通和下桥臂b导通，电流按虚线所指从开关a流经分流电阻R_s、电动机定子绕组、开关b，返回到地。R_S两端会产生0～300V的瞬间变化（AC220V电源的场合），在这样具有强电的电路检测中，是不能用简单的放大电路来检测电阻两端电压的，一般常用的方法是利用隔离放大器来实现这种检测。

图6-4 分流电阻检测原理

图6-5是安捷伦公司的一款集成隔离放大器（HCPL-7840）的检测电路。通过分流电阻R_S取其两端的电压输入HCPL-7840的引脚2、引脚3，经过隔离调制后输出差分电压信号，通过运算放大器可实现差分放大，最后接入A-D模块。R₁和C₁组成低通滤波器对检测信号进行适当滤波。HCPL-7840的供电电源要分清楚：引脚4是强电侧（一次侧）基准电位，引脚1需要以这个电位为基准的5V电压；引脚5是弱电侧（二次侧）基准电位，与其对应的引脚8也需要5V电压。

图6-5 HCPL-7840隔离放大器电流采样电路

HCPL-7840包含有一个∑-Δ型的A-D转换器，同时还匹配有一个D-A转换器，其工作原理如图6-6所示。输入直流信号经过∑-Δ调制器送至编码器进行量化、编码，再在时钟信号控制下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可检测出这一变化，并将接收到的光信号转换成电信号，然后送解码器和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而不足以驱动发光二极管发光，因此在解调端没有对应的电信号输出。所以在输出端得到的只是放大了的有效直流信号。

图6-6 HCPL-7840隔离原理框图(www.xing528.com)

另一种隔离采样电路仅采用HCPL-7840工作原理前部分隔离功能，而检测器电路直接通过A-D转换器送出。这种隔离型A-D转换器能直接将模拟信号转化为数字量输出，作为DSP的数字信号输入。它具有波形稳定、输入数字量偏差小以及数据准确度较高等优点。图6-7是采用该工作原理的一种较为典型的电流检测电路。图中，HCPL-7860/0872是一组用于隔离ADC转换的IC，其中HCPL-7860为隔离调制部分，HCPL-0872为数字接口部分，它们共同组成一套隔离可编程双芯片A-D转换器。HCPL-7860将输入的低带宽模拟电压信号转化为高速串行数据流，HCPL-0872将其转化为15位的字输出，输出支持同步串行接口协议，可与带有SPI接口的微处理器直接连接。

图6-7 隔离型A-D转换器电流采样电路

采用图6-5和图6-7这两种电路进行电流检测时，分流电阻的阻值通常会因为功耗的原因，而选取得很小，通常在十几毫欧以内，甚至更低，检测出的电压也同时相应降低到很低。因此，必须注意分流电阻的精度选择和布线问题，因为对具有低阻值的分流电阻来说，一个很微小的变化就会引起较大的测量误差。

影响阻值准确度的客观因素主要有材料特性、器件规格和生产工艺等方面。要选择具有低温度系数、低热电动势且长期稳定性的阻值材料，例如锰镍铜合金（Manganin）。同时，尽可能选择低热内阻、四端子电路设计的电阻器。在低阻值电阻器的情况下，不能忽略端子及引线的影响，必须直接连接电阻材料两端的附加端子来进行电压检测。

在设计印制电路板时，对分流电阻两端引出的信号线布线要缜密地考虑，如图6-8所示。引向放大器的两条S线围成的区域越小越好，尽量或者最好在PCB的不同层面之间平行布线，这样S和电阻器就不会构成环状的天线结构，从而避免了因电流通过产生的磁场和外围磁场而形成的感应电压。

图6-8 印制电路板表贴分流电阻器推荐布线