Schaltungsentwurf zur Strommessung bei Hochspannung

Wir arbeiten an einem Netzteil für Ionenpumpen. Meine Versorgungsspannung beträgt 2 kV bis 3 kV, wobei der Strom zwischen 0,5 mA und 1 mA variiert. Wir wollten diesen Einheiten eine High-Side-Strommessanzeige hinzufügen – eine analoge Spannung (wie 5 V für 0,5 mA). Der erste Teil der Schaltung erfasst den Strom, und bei unseren Recherchen sind wir auf die ACS-Produktlinie gestoßen, insbesondere auf das hier beigefügte ACS722KMATR-10AB-Datenblatt, das eine Isolierung für 4800 Vrms bietet. Zur Verstärkung dachten wir an die Verwendung von ADA4528, MAX4238 und AD8428. Wir wollen ein paar Dinge wissen:

A. Bezieht sich der Begriff Isolationsspannung in irgendeiner Weise auf die Nennspannung des Messwiderstands des ACS722KMA? Wenn nicht, wie hoch ist die Nennspannung des Messwiderstands?

B. Die grundlegende Isolationsbetriebsspannung für den ACS722KMA wird im Datenblatt mit 1097 Vrms angegeben. Es gibt ein wenig Verwirrung, ob der ACS722KMA in der Lage ist, konstante 2kVDC bis 3kVDC zu überstehen?

C. Ich bin auf einen anderen Artikel gestoßen . Der in diesem EEVBlog beigefügte Schaltplan schlägt eine andere einfachere Messmethode vor, aber leider konnte ich keine Strommesswiderstände mit hoher Nennspannung finden.

Wie kann ich 1 mA von einer 2-kV-Quelle messen?

In Teil A erwähnen Sie den Messwiderstand – bei dieser Art von Stromsensor gibt es keinen Messwiderstand. Es funktioniert, indem es das Magnetfeld erfasst, das der Strom erzeugt, nicht die Spannung über einem Widerstand.
Sie müssen ein paar mA messen - die Drift und Fehler von diesem Gerät werden Ihr tatsächliches Signal in den Schatten stellen.

Antworten (2)

Für die Ionenpumpenstrommessung benötigen Sie keine Geschwindigkeit. Daher ist eine Spannung-zu-Frequenz-Methode durchaus geeignet. Ein Strommesswiderstand (R1) wandelt Strom von der HV-Versorgung einfach in eine Spannung um. Ein Mikrocontroller kann eine Eingangsspannung in eine Ausgangsfrequenz (Logikpegel) umwandeln. Sogar LMC555-Schaltungen können funktionieren, oder 4046 spannungsgesteuerte Oszillatoren. Von dort übersetzt ein Optokoppler mit hoher Abstandsspannung Frequenzimpulse mit Logikpegel nach unten auf Masse.
Die Umwandlung von Frequenz zurück in Spannung erfolgt einfach durch einen Monoflop, gefolgt von einem RC-Tiefpassfilter. Oder wenn eine digitale Anzeige gewünscht wird, kann auch ein einfacher Frequenzzähler funktionieren, wobei wieder ein Mikrocontroller verwendet wird.
Wie von Jeroen3 vorgeschlagen, kann der Optokoppler anstelle von frequenzproportionalen Impulsen auch serielle UART-Daten zu einem empfangenden Mikrocontroller übertragen. Dies würde schnellere Aktualisierungen auf der ausgelesenen Anzeige liefern.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Bezieht sich der Begriff Isolationsspannung in irgendeiner Weise auf die Nennspannung des Messwiderstands des ACS722KMA?

A. Ja. Die Isolationsbarriere befindet sich innerhalb des Chips zwischen dem Leiter und dem Hall-Effekt-Sensor.
Die Nennspannung des Stromkanals spielt keine Rolle. Innen sind 0,85 Milliohm. Es wird keine nennenswerte Spannung vorhanden sein.

Die grundlegende Isolationsarbeitsspannung für den ACS722KMA wird im Datenblatt mit 1097 Vrms angegeben, es gibt ein wenig Verwirrung, ob der ACS722KMA in der Lage ist, konstante 2kVDC bis 3kVDC zu überstehen

B. Es ist für den Dauerbetrieb bei 1097 Vrms ausgelegt und kann Kurzschlüsse mit höheren Spannungen bis zu 4800 Vrms überstehen. (unter Beachtung der V/us-Grenzwerte)
Sie werden es wahrscheinlich schwer haben, 3-kV-SiO2-Isolatorchips zu finden.
Optokoppler sind die einzige Möglichkeit.

Ich konnte keine Strommesswiderstände mit hoher Nennspannung finden.

C. Sie benötigen keine hohe Nennspannung für einen Shunt-Widerstand. Die 3 kV ist die Gleichtaktspannung für den Shunt-Widerstand. Allerdings müssen Sie auf die Induktivität des Widerstands achten, da dies die Spannung vorübergehend erhöhen kann.

Wenn jemand eine andere Komponente oder Technik vorschlagen würde

D. Wenn es nur zur Indikation ist, könnten Sie vielleicht eine digitale Methode verwenden? Ein kleines Mikro, das den Shunt abtastet und UART-Frames über 1 Optokoppler sendet.
Der kompliziertere Weg besteht darin, einen Differenzverstärker zu bauen, der einen so hohen Gleichtakt zulässt. Das Konzept, wie es in Hochspannungs-Gleichtaktsonden verwendet wird.

Schaltungsentwurf zur Strommessung bei Hochspannung
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