请大神帮看看我的高电压检测系统还有哪些不足

天涯海角sr

请大神帮看看我的高电压检测系统还有哪些不足 [复制链接]

 

1、下图是我设计的一个高压直流检测系统，功能应该是能实现的。如5000V直流，检测端约2.5V，请问这种检测方式有没有什么危险？有什么需添加的元件？
2、假设下图细线框内就是两张PCB的布局布线，在电路稳定性、抗干扰方面、元件的先后顺序上，还有哪些需要修改的地方啊？哪些多余？
3、单片机的VCC/GND、串口屏的VCC/GND、AD芯片的VCC/GND、以及AD芯片的正/负基准电源，这4个，哪些是模拟电源，哪些是数字电源？

lyzhangxiang

加隔离吧
互感器或者光耦
或者什么磁隔离，随便找个专业的资料看看
比如ti有关这方面的参考设计，还是很多的

leo121

高压直流的不太清楚,交流是接在电压电流互感器的二次侧,也就是楼上说的安全隔离措施,最好找搞高压的问问,不能这么直接去测量的

maychang

5kV对电子设备来说是相当高的电压。
图中画了一条虚线，不知道是什么意思。此线绝对不可少。
除非确信待测高压电源负端良好接地，否则不允许这样直接测量。

gmchen

如同4楼所述，这样直接测量是十分危险的，只要两侧的地电位一出问题，所有器件立刻玩完。
建议用差动法测量，高压测浮空（不浮空也无妨），用差动放大器将被测电压（可以先用电阻分压）变换为单端输出再接入AD变换。
另外，强烈建议将高压部分与低压部分放在分开的电路板上，防止发生表面爬电现象。实在不能分开则需要在两部分之间割出一些长条形的孔作为隔离。

吴下阿蒙

楼上的建议都很好，我有两点补充建议

1、电阻分压后输入到运放，再由运放输出到AD芯片，这样发生意外时， 让运放挡子弹，减少损失。
2、使用带隔离的AD芯片，确保安全。

天涯海角sr

maychang 发表于 2016-12-4 08:45
5kV对电子设备来说是相当高的电压。
图中画了一条虚线，不知道是什么意思。此线绝对不可少。
除非确信待 ...

那条线是说不与交叉相连，图已修正。

除非确信待测高压电源负端良好接地...
这里的接地是，是接交流的地线？还是AD芯片的负基准电压端？

天涯海角sr

gmchen 发表于 2016-12-4 09:43
如同4楼所述，这样直接测量是十分危险的，只要两侧的地电位一出问题，所有器件立刻玩完。
建议用差动法测 ...

两侧地电位出问题是说的哪两个地呢？高压的负极和AD芯片的负基准电压？
另外，差动法测量能稍微提示一下吗？新手不太懂。（我这里的被测电压是直流，不知单端输出是何意）

maychang

天涯海角sr 发表于 2016-12-4 11:26
那条线是说不与交叉相连，图已修正。

除非确信待测高压电源负端良好接地...
这里的接地是，是接交流 ...

“这里的接地是，是接交流的地线？还是AD芯片的负基准电压端？”
我的意思是高压电源负端接真实大地。

maychang

天涯海角sr 发表于 2016-12-4 11:26
那条线是说不与交叉相连，图已修正。

除非确信待测高压电源负端良好接地...
这里的接地是，是接交流 ...

注意5楼gmchen的回复：“建议用差动法测量……”。以及“强烈建议将高压部分与低压部分放在分开的电路板上，防止发生表面爬电现象”。

天涯海角sr

吴下阿蒙 发表于 2016-12-4 10:27
楼上的建议都很好，我有两点补充建议

1、电阻分压后输入到运放，再由运放输出到AD芯片，这样发生意外时 ...

现在只有开关电源的5V和0V，能驱动运放吗？（好像有些运放电路是需要负压的，我使用运放还没经验）

我使用哪一种运放电路啊，反相比例还是同相比例？

long521

这样搞太危险了，检测高压电，不要这样搞，请注意安全

gmchen

天涯海角sr 发表于 2016-12-4 11:37
两侧地电位出问题是说的哪两个地呢？高压的负极和AD芯片的负基准电压？
另外，差动法测量能稍微提示一下 ...

两侧地电位是指高压侧与低压电路侧，现在你改动后的电路中，这两侧的地是连在一起的，理论上那样是没有问题的，但是如果一旦有接触不良等什么意外情况，那么加到低压侧的电位就是一个不确定的值，由于高压侧有5000伏的高压，所以只要有一点漏电或者什么的，就有可能使得加到低压侧的电位上升到足以毁坏器件的程度。

gmchen

天涯海角sr 发表于 2016-12-4 11:37
两侧地电位出问题是说的哪两个地呢？高压的负极和AD芯片的负基准电压？
另外，差动法测量能稍微提示一下 ...

差动法是将运放的两个输入端通过两个电阻Rs接到高压侧，那样高压电位对于低压侧来说就是一个共模信号，只要运放输入端接入的电阻Rs足够大，这个信号就不会造成影响。而被测信号是差模信号可以正常放大。

考虑楼主对于模拟电路十分不熟悉，建议找一本大学模拟电路教材看一下。

天涯海角sr

gmchen 发表于 2016-12-4 13:33
差动法是将运放的两个输入端通过两个电阻Rs接到高压侧，那样高压电位对于低压侧来说就是一个共模信号，只 ...

刚才看了书上的，如果Rf=R1=R2=R3，就构成了减法器，我的设计也按这么来，这样可以不再进行比例计算，应该没问题吧？
如果可以，这几个阻值我弄到1MΩ可以吗？多大功率合适？
运放用哪种好？ 我看了UA741CP，感觉这个的摆率0.5V/us比一般的稍好点。

Aragorn

上面有人说用差分放大，高压侧浮空。非隔离方案下，这样根本不行好不？理想情况下，运放的IN+和IN-输入电流都为0，但实际情况是，IN+和IN-必须要有电流输入，无论输入多小，这个输入都有，而且必须有，否则电路工作不正常。看看下图描述的（摘自：运算放大器应用技术手册 / 1.4.2 输入偏置电流 / 第4段）：
如果理解了上面所说的，那么好，5000V要产生电流进入到IN+或IN-，那他们的地必须是相连的，这样才能形成回路。如果浮空的，就形成不了回路，那么就没有电流流向运放，那么电路工作肯定就不正常了。所以非隔离情况下，必须共地。



不过，上面有人说的对，这种非隔离的方式有点危险，容易损坏电路。个人建议用线性光耦做隔离放大，原理参考如下图所示：

这只是一个参考图，注意电阻取值，让光耦工作在放大区。也可以采用其他方式，不过核心都一样，就是让线性光耦做隔离放大。另外，高压输入端也做些保护等。

gmchen

呵呵，回复上面两个楼层（15、16）的疑问。
15楼的电路有两个问题，如果RF与R1，R2，R3都相同，确实就是减法器，但是在这里有个问题：万一高压侧出现什么问题，在这种情况下低压侧的器件还是会玩完。所以一定要使得放大器的共模耐压极高才行。第二个问题是uA741在单5V条件下几乎没法工作，所以楼主要寻找一个可以工作在单5伏条件下的运放。好在现在这种运放不难找，例如AD629，它可以工作在单5伏，且它本身就是一个差动放大器，可以耐受280V的共模。当然，能够承受5000伏的运放大概是没有的，所以还要在前面再增加适当的保护措施（其实让高压侧浮空就是一个保护措施，对于直流信号来说，只要有足够高的绝缘电阻，那么浮空的高压对于测量电路来说其共模电压几乎是零）。
关于16楼的质疑，我要说的只是：这个电路不存在没有让Ib泄放的问题，高压浮空并不与运放存在Ib相悖。
当然，采用线性光耦也是一个方法，尤其是对于运放不很熟悉的设计者来说，可以避免很多麻烦。但是只用一个普通线性光耦的线性度较差，要作测量的话可能难以达到需要的精度。如果采用精密线性光耦就需要在光耦原边辅以反馈电路，那样这个反馈电路的耐压就又成为一个问题。

gmchen

如果流过光耦的电流过小那么线性度会变差很多。由于5000V高压，1mA电流就是5W，所以被测的高压是否能够提供足够的电流是一个问题。

天涯海角sr

gmchen 发表于 2016-12-4 19:35
呵呵，回复上面两个楼层（15、16）的疑问。
15楼的电路有两个问题，如果RF与R1，R2，R3都相同，确实就是减 ...

运放确实是很深的知识啊。。。
像LM358P这种很普遍的运放倒是单电源吧，不过应该如你所说：不能够承受较高的共模。
AD629挺贵的，有性价比高点的推荐吗？安全也很重要，实在 没有就这个也行。
几个电阻我选同一个阻值有缺陷吗？刚才没怎么看懂。

还有最后一个问题，就是楼上说的，运放的地和高压电路的地（黄色虚线），感觉是要相连吧？

天涯海角sr

Aragorn 发表于 2016-12-4 16:41
上面有人说用差分放大，高压侧浮空。非隔离方案下，这样根本不行好不？理想情况下，运放的IN+和IN-输入电流 ...

1、有很大电阻限流的情况下，假设某一刻电压是反向的，光耦会损坏不呢？
2、还想请教一点关于PCB的问题：单片机VCC/GND、ADC的VCC/GND、ADC的正负参考电压、运放的电源电压，这四组哪些是模拟电源，哪些是数字电源？
      接上面，只要同是一种性质的电源，就可以共地以及覆铜连结吗？
3、单片机的串口通信线（RXD、TXD）还有ADC的通信线(CLK、DATE IN、DATE OUT)，这些应该远离地线覆铜区域是吗？