2 详细说明

本应用手册的设计注意事项基于 TIDA-010985 参考设计硬件。为方便起见，TIDA-010985 系统方框图如图 2-1 所示。

如图 2-2 所示，TIDA-010985 模拟前端 (AFE) 的关键系统元件包括：

1. 机械连接器，用于连接 DC+、DC– 和保护地 (PE)
2. 准平衡电阻网络，可提供多种测试电阻组合（RsN、R1、RsP）。
3. TPSI2240 双向固态开关（SW1，SW2），用于替代电阻网络
4. 单电源反相放大器，用于检测 VDC– 相对于 PE 的电压。电压按比例缩小至 ADC 电平 (Vn)。需要计算 RisoN 和 RisoP。
5. 单电源电压缓冲器，用于检测 VDC+ 相对于 PE 的电压。电压按比例降低到 ADC 电平 (Vp)。需要计算 RisoN 和 RisoP。
6. 微控制器用于控制这些开关，（同时）对模拟输出进行采样并计算绝缘电阻。

图 2-3 展示了连接目标系统时的简化原理图。所有 Riso 和 Ciso 无源器件都是 IMD 需要解决的未知因素。

电阻网络由并联电阻和串联电阻的组合构成，如图 2-4 所示。这里主要考虑因素包括

• 额定功率 — 必须考虑最坏情况，例如在非对称故障期间，将整个 Vbus 施加至一侧。对于每侧 500kΩ 为 1kV，即每个阶梯阶跃（例如 R8 和 R20）需要支持 0.4W（最坏情况）。每个电阻器的额定功率为 0.25W，实际上每个梯形阶跃为 0.5W。在正常情况下，每个梯形步长耗散约 0.1W。
• 元件精度容差 – 为了更大程度地减小电阻器容差产生的误差，选择了 0.1%的电阻器容差。这样会产生大约 0.03%的电压比测量误差。如果使用 0.5% 的电阻器，误差会上升到大约 0.167%。如果使用 1% 的电阻器，误差会上升到大约 0.33%。
• 影响测量时间的电阻值 – 由于电阻会影响时间常数，因此应适当调整该值的大小。绝缘正常时，趋稳时间最长（MΩ 级）。当电阻电桥处于活动状态时，有效电阻降低。
• 对地泄漏电流 – 电阻电桥的电阻不能过低，从而导致漏电流过高。对于 1kV 总线，假设开关接通时每侧有 500kΩ，如果有人站在大地上触摸其中一个 HV 电源轨，则泄漏电流为 2mA。

图 2-5 和图 2-6 中显示了确切的 TIDA-010985 电压检测电路实现。可以根据需要修改 RC 滤波器以符合系统要求。图 2-6 中显示的默认 RC 值 (R33 C19) 实际上是用于电荷桶功能。建议降低噪声，从而进一步限制 BW（例如 500Hz）。另一种选择是在 U3A 的反馈环路（引脚 2 及引脚 1）和 U3B 的正输入端（引脚 5 和 GND）添加一个小型电容器。