设计目标

设计说明

该电路利用 AMC3330 隔离放大器和分压器电路执行分接抽头线间隔离式电压检测测量。线间测量是在两个具有 120° 相位差的 277V_AC 电源之间进行的。分压器电路将线间电压从 ±480V 降至 ±1V，从而与 AMC3330 的输入电压范围相匹配。AMC3330 可以 2V/V 的固定增益测量 ±1V 的差动信号。AMC3330 的差动输入阻抗为 1.2Gω，输入偏置电流低至 2.5nA，支持高电压应用中的低增益误差和低漂移误差信号检测。

通过在平衡的三相交流电压系统上使用分接抽头配置，两次线间电压测量足以通过推导来测量所有三线至中线电压。

设计说明

1. AMC3330 非常适合电压检测应用，因为它具有高输入阻抗和低输入偏置电流，这两种情况都可以更大限度地减小直流误差。AMC3330 具有集成的隔离式电源和双极输入电压范围，非常适合交流线间电压检测。
2. 验证系统线性运行是否具有所需的输入信号范围。此验证通过使用直流传输特性 部分中的仿真来执行。
3. 确保电阻分压器电路中使用的电阻器能够将源极输入电压降至 ±1V 的 AMC3330 输入电压范围。
4. 确保电阻分压器电路中使用的电阻器具有足够的工作电流和电压额定值。
5. 验证 AMC3330 输入电流是否小于数据表的绝对最大额定值表中所述的 ±10mA。

设计步骤

1. 计算两个以 120° 为间隔的 277V_AC 之间的总线间电压 (V_LL)。
   $V_{LL}=\sqrt{3}\times 277 V=480 V$
2. 计算分压器电路的线间电压与 AMC3330 输入电压的比率。
3. $Ratio=\frac{{1 V}_{AMC330,input}}{480 V}=0.0020833$
4. 为 R₁、R₂、R_1’ 和 R_2’ 选择 1MΩ 电阻。使用上一步骤中的比率和下面的分压器公式，求解将 AMC3330 输入电压降低到 ±1V 所需的等效检测电阻 R_sense。
   $0.0020833=\frac{R_{sense}}{R_1+R_2+R_{1\text{'}}+R_{2\text{'}}+R_{sense}}=\frac{R_{sense}}{4 M\mathrm{\Omega }+R_{sense}}$
   $R_{sense}=\frac{8333.2 \mathrm{\Omega }}{1-0.0020833}=8350.6 \mathrm{\Omega }$
5. 分接抽头配置需要两个等效检测电阻 R_S 和 R_S'。使用模拟工程师计算器来确定 R_S 和 R_S' 的最接近标准值。
   $R_S=R_{S\text{'}}=\frac{R_{sense}}{2}=\frac{8350.6 \mathrm{\Omega }}{2}=4175.3 \mathrm{\Omega }=4.17 k\mathrm{\Omega }$
6. 计算从电压源流经分压器电路的电流，以确保功率耗散不超过电阻器的额定值。有关更多详细信息，请参阅高电压测量注意事项。
   $I_{AMC330,input}=\frac{V}{R}=\frac{480 V}{4\times 1 M\mathrm{\Omega }+2\times 4.17 k\mathrm{\Omega }}=0.039 mA$
7. 由于分压器的增益为 $\frac{1}{480}$ AMC3330 的增益为 2，在 480V 输入电压下，可以使用传递函数公式计算输出电压，
   方程式 37. $V_{OUT}=Gain\times V_{IN}$
   $V_{OUT}=\frac{1}{480}\times 2\times 480 V=2 V$

直流传输特性

下图所示为 ±800V 输入下的 AMC3330 仿真差动输出。在 480V 输入电压下，根据上一页的计算结果，输出电压约为 2V。

交流传输特性

仿真增益为 –47.6 dB，这与分压器和 AMC3330 的预期增益非常接近。

仿真结果

以下仿真显示了 AMC3330 的输入和输出信号。

设计参考资料

1. 隔离式放大器电压检测 Excel 计算器
2. 模拟工程师电路设计指导手册
3. TI 精密实验室 - 运算放大器
4. TI 精密实验室 - 模数转换器

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