Diseño Frontend Diferencial para Medición de Tensión de Red

Estoy construyendo un vatímetro digital destinado a mediciones en líneas de alimentación de CA. Revisé muchas notas de aplicación y diseños de ejemplo, y me topé con un motivo ligeramente confuso que se repite en varios diseños de TI Designs de Texas Instruments.

Emplean una interfaz similar para la medición de voltaje, donde el voltaje de la red primero se reduce utilizando un divisor de voltaje. Luego, la señal de voltaje reducido se toma como diferencial y se pasa a través de un filtro de paso bajo antes de alimentarse a un amplificador de entrada diferencial o directamente a un ADC de entrada diferencial de alta resolución.

Pregunta 1

¿Cuál es el propósito de la conexión de Neutro a la tierra de referencia, si da como resultado una señal diferencial deteriorada?

esquema 1(diagrama simplificado de la sección de entrada de SimpleLink™ Wi-Fi® CC3200 Smart Plug Design Guide)

Después de ejecutar una simulación de este circuito de entrada, descubrí que la conexión a tierra en la línea neutra hace que la señal V_SENSE- sea miles de veces más pequeña que la señal V_SENSE+ y provoca una diferencia de fase que no es de 180° entre ellos, lo que resulta en un diferencial subóptimo. señal. Por el contrario, si se elimina la conexión, las señales V_SENSE+ y V_SENSE- son de la misma magnitud y 180° entre sí, creando una señal diferencial perfecta.

¿Cuál es el propósito de esta conexión de Neutro a la tierra de referencia?

Pregunta 2

¿Cuál es el propósito de usar un valor más pequeño para R5? ¿Por qué la configuración anterior usa el mismo valor tanto para R5 como para R6? ¿Cómo sé cuándo usar cuál?

esquema 2(diagrama simplificado del circuito de entrada de Smart Plug con desconexión remota y conectividad Wi-Fi)

Esto es en gran medida lo mismo que la configuración anterior. Además de las diferencias en los valores de los componentes, la diferencia más interesante está en R5, que es de 100 Ω en lugar de 1 kΩ para R6. Según el documento, la justificación del valor más pequeño es compensar la impedancia mucho mayor en V_SENSE+. Sin embargo, los resultados de la simulación muestran que las salidas son casi idénticas a las de la configuración anterior. Además, los problemas de desajuste de magnitud y ángulo de fase aún existen.

¿Cuál es el propósito de usar un valor más pequeño para R5? ¿Por qué la configuración anterior usa el mismo valor tanto para R5 como para R6? ¿Cómo sé cuándo usar cuál?

¿Has intentado contactar con TI?
Sí. De hecho, publiqué la misma pregunta en el foro de TI hace 3 días.
Aquí está el enlace a la pregunta: enlace Pero rara vez se ha leído. Este, uno de los muchos foros de TI, es tan raramente visitado que me temo que la pregunta no será respondida en el corto plazo. También noté que los técnicos de TI son más propensos a responder preguntas directamente relacionadas con sus circuitos integrados y productos.
¿A qué chip se conectan los cables V_Sence?
Se puede conectar a un ADC de entrada diferencial (VSENSE+ a entrada positiva y VSENSE- a entrada negativa) para medir directamente el voltaje. Ejemplo: ti.com/lit/df/tidrb17/tidrb17.pdf O podría alimentarse a un amplificador de instrumentación para producir una salida amplificada de un solo extremo, que de manera similar será leída por un ADC, pero esta vez sin la necesidad de un entrada diferencial. Ejemplo: ti.com/lit/df/tidrfq8/tidrfq8.pdf

Respuestas (1)

A pesar del suministro aislado galvánicamente, no puede tener tierra flotando alrededor de la línea; debe estar conectado (más o menos) a un lado de la alimentación, específicamente al lado con la derivación de corriente conectada.

Se esperaría que el voltaje de detección en el extremo inferior del divisor de voltaje sea casi cero.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Gracias por responder a mi primera pregunta. :) Pero si VSENSEP y VSENSEN son perfectamente diferenciales, ¿por qué importaría si alguna de las señales posteriores después del filtro no está referenciada al neutral? Además, si VSENSEN es casi cero, ¿cuál es el propósito del LPF formado por C7 y R8? ¿Te importaría darme una respuesta más detallada, porque soy un novato? Gracias.
Hay un rango de modo común limitado en un amplificador diferencial real, unos pocos voltios como máximo. El LPF está cortocircuitado por los dos GND, por lo que el motivo es filtrar los voltajes que aparecen en las trazas de PCB (presumiblemente por qué están usando un amplificador diferencial en lugar de un solo extremo en primer lugar)
Gracias. Ahora entiendo que la tierra de referencia evita un voltaje de modo común excesivo. Pero no entiendo "para filtrar los voltajes que aparecen en los rastros de PCB". ¿Quiere decir el voltaje desarrollado a través de los dos GND_S (uno en el neutro y el otro entre C5 y C7)? Además, ¿cuál sería la causa principal de tal voltaje de ruido? ¿Se debe a la gran corriente cercana (en la derivación)?
Sí, la corriente en la derivación podría ser una de las razones, pero si está tratando de medir con mucha precisión, incluso unos pocos mA a través de una traza o un plano de tierra pueden afectar la medición. 150V en el divisor es ~230mV en la resistencia y el 0,1% de eso es 230uV. Solo 5 mA a través de un rastro de 1 "10 mil 1 oz causará eso.
Gracias por sus respuestas. Tengo una pregunta más con respecto a este diseño de TI. De acuerdo con el esquema completo, los LMV324 se alimentan de los suministros de +3,3 V (Vcc) y -3,3 V, lo que da como resultado un total de 6,6 V en los pines de suministro del LMV324. Sin embargo, la hoja de datos de LMV324 especifica que el voltaje de suministro máximo absoluto es de 5,5 V. El diseño de referencia no podía estar equivocado (¿o sí?). ¿Qué me he perdido aquí?
Definitivamente podría estar mal. Sin embargo, no veo qué es Vcc. Una pregunta similar aquí . Les gusta usar piezas patentadas (aquellas que no son de otros fabricantes) en los diseños de referencia, pero exceder la calificación de abs max no es nada prudente, especialmente cuando no hay razón para hacerlo.
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