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请教一下常见的高压采样电路原理?

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发表于 2019-4-11 17:06:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
如题,想请教下这个电路的原理,LM324输入端串了一堆电阻的作用是什么?
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发表于 2019-4-11 17:20:12 | 显示全部楼层
这个是高压采样电路常见的电路,差分比例缩小+跟谁+钳位,将大电压转换为小电压送给MCU的AD采样口,为啥串那么多电阻,因为贴片电阻的两端有电压和功率要求啊,最多200-300V,具体可见贴片电阻的规格书,像风华,国巨等厂家

电压采样电阻要注意啥呢?
1、电阻本身的耐压
电阻本身的耐压一般都
可以(在厂家的资料里)查到,比如1206贴片电阻,一般是200V标称,你500V,应该3颗串,如果偶尔会飙到600V以上,那就4颗串,一般没有问题。但这里面还是有些区别,阻值高的一般比阻值低的耐压高一些,这是因为高阻值电阻内部有更多的刻蚀,可以增加耐压(意思是没有刻蚀的低阻值电阻可能达不到标称耐压值)。

2、布线间距
这个简单算一下就行,保持足够的间距,公式很简单,每百伏减半得到毫米,500V对应2.5mm,每级电阻最好都这样核算一下。


3、功率
电阻可能发热,核算一下发热功率是好习惯。采样电阻的发热功率建议不要超过其标称功率的四分之一。


4、温度梯度
板上总有温升,这个要影响采样精度,一般的做法是让上拉
(借用MCU术语)电阻和下拉电阻靠近布置,处于同一温度梯度上,或者让上拉的温升立刻(通过导热材料)感染到下拉,如果上下拉电阻采用相同的材质,则温飘的影响可以抵消,甚至可以不用高精度的电阻也行。

5、材质

一般采样电阻都会采用较好的材质,尽量了,没说必须。况且啥叫好材质还不一定,碳膜就一定比金属膜差?那才不一定,最起码碳这种元素可能比金属更稳定,碳的温漂可能比金属的温漂更低。我倒觉得工艺(也就是品牌)更重要。

6、阻抗匹配
一般采样端子都是高阻抗端子,容易受到干扰,因此采样的下拉电阻值决定了其输入阻抗,一般希望越低越好,但这会增加上拉电阻的功率应力,自己综合权衡了。多大合适?考验的就是陆工所说的地线问题,我一般最大控制在22KΩ以内。还有人用并电容(甚至RC)来降低阻抗、消除噪音,在采样电压变化不大(不需要对细节采样)时也是可行的。
对于ADC采样,芯片手册上对这个电阻的最大值是有规范的(比如10KΩ),必须满足,不能任性,否则你的AD采样可能是神仙读数。
此外,上拉电阻也不能阻值太大,否则容易受到(板上或湿气)绝缘电阻的影响而导致采样失准。建议单个电阻的阻值,高精度采样不要超过1MΩ,一般采样不要超过2.2MΩ,即使绝缘非常良好也要尽量控制在5MΩ以内(此时500MΩ的绝缘电阻即可引起1%的采样误差)。

——摘自21世纪电源网     电压采样电阻注意事项      关于高压直流的采样

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发表于 2019-5-3 12:05:41 | 显示全部楼层
micro-grid 发表于 2019-4-11 17:20
这个是高压采样电路常见的电路,差分比例缩小+跟谁+钳位,将大电压转换为小电压送给MCU的AD采样口,为啥串 ...

为啥要阻抗匹配?请教了大神,得到如下回答

回答一:
没那么复杂的,高压采样用的电阻阻值比较大,而我们运放一般不是理想器件,有个等效电阻一般为M级别以上,高压分压电阻阻值和等效内部电阻并联,高压分压电阻选太大,影响分压计算。

回答二:
对于交流电压来说,可能存在阻抗匹配一说,因为存在采样信号滞后与超前,采样信号经过运放以后可能会产生畸变,影响控制环路的反应速度与准确性;对于直流电压采样如果不做瞬间保护,就基本不用担心这个阻抗匹配,也就一个差分加有缘滤波电路而已,但是如果做瞬间过压保护,就需要考虑,阻抗匹配了,截止频率越大,反应速度越慢,高护点越高

一般就是,在保证能滤除干扰频率信号的前提下,能够尽量的快,最直观也就是做控制的采样要适当控制截止频率,大约在工作频率的六分之一到十分之一之间,这是一个经验值

与阻抗匹配相关的还有一个东西,就是环路补偿,这个可以通过写一写传递函数,大致建模计算一下

还有一点,对高压来说,采样比例是受限制的,受运放供电限制

除非你是几千伏那种,其他的随便搞就行

如果是差分的话,运放输出口的电压需要注意一下,采样点通过电阻分压后,输入口电压不要高过运放的VCC,这个可以通过调整电路增益或者分两级运放电路来达到预期效果




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发表于 2019-5-3 12:27:55 | 显示全部楼层
micro-grid 发表于 2019-5-3 12:05
为啥要阻抗匹配?请教了大神,得到如下回答

回答一:

按电阻构成材料

碳——碳膜电阻器
金属——金属膜,金属氧化膜
金属釉——贴片电阻,贴片排阻
其他——热敏电阻,压敏电阻,水泥电阻

电源中按电阻的用途
浪涌抑制电阻——开关电源输入
放电电阻——X电容放电
缓冲吸收电阻——RCD吸收
电流检测——反激开关电源的管子电流检测运放电路
电流噪声抑制电路——频率补偿
数字电路里面的上下拉电阻
阻尼电阻   


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发表于 2019-5-4 21:38:14 | 显示全部楼层
学习学习。
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发表于 2020-4-16 09:23:37 | 显示全部楼层
膜拜大佬
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发表于 2020-4-16 16:40:44 | 显示全部楼层
降低电压,差分电压的输入值小于运放的要求,便于后续处理,另一方面就是安规和电阻功率的考核
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发表于 2020-7-4 15:19:04 | 显示全部楼层
电压跟随器用在采样电路里,很精髓
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