Medición de alto voltaje de rango muy amplio con aislamiento óptico

Tengo una fuente de voltaje que me gustaría medir, es de 0V a 1kV, cualquier valor en ese rango. La precisión no es tan importante, pero medir con una precisión de 1-5% sería perfecto. Esto tiene que estar aislado ópticamente, para que pueda leer el voltaje en un microcontrolador. La segunda parte no es nada difícil cuando se usan optoaisladores regulares. El problema es reducir el voltaje para poder encender el diodo del optoaislador y mantener los resultados semilineales o semilogarítmicos para poder calcular el voltaje de salida. ¿Usar divisores de voltaje con un diodo es la única opción disponible? Con un rango de voltaje de entrada tan amplio, no es posible obtener buenos resultados con ese método, porque el voltaje define qué tipos de resistencia y valores usar. ¿Algún consejo?

¿Por qué no poner el ADC en el lado de alto voltaje?
¿La medición de voltaje es de tipo diferencial, es decir, la fuente está flotando?
Estoy cambiando un IGBT con la carga en el lado bajo. Quiero medir la caída en la carga y ver su comportamiento para modelarlo.

Respuestas (5)

Si es REALMENTE cuidadoso con la elección de las piezas, puede dividir resistivamente la entrada de 1 kV en algo que pueda leer directamente. No estará aislado de esa manera, por lo que deberá encontrar algún tipo de protección en caso de que se suelte una resistencia o se le caiga un cable o algo así. ¿Quizás un amplificador de búfer de sacrificio?

Si usa un búfer activo entre la fuente y el ADC, también puede aplicar algo de ganancia y compensación para que el rango esperado para medir llene todo el rango del ADC (con algo de margen para la detección fuera de rango). Eso podría ser una buena idea por sí mismo.

Si reduce su 1kV a algo manejable, podría usarlo como entrada a un convertidor de voltaje a frecuencia en el lado HV. Luego lleve la salida del VFC a su optoaislador como un simple tren de pulsos digital. En el otro lado de su opto, use su microcontrolador para hacer una medición de frecuencia.

Si prefiere permanecer en el dominio analógico, puede probar un 'optoacoplador lineal' como un Vishay IL300. Internamente tiene 1 emisor y 2 detectores emparejados, y usas la salida de uno de los detectores para linealizar la salida del otro.

IL300 es una parte algo genérica IIRC; al menos Siemens y TI también hacen los suyos propios; este último se llama TIL300. No sé a quién se le ocurrió originalmente.
Resulta que Vishay compró la división IR de Infineon (escindida de Siemens) alrededor de 2002, así es como terminaron con el IL300. TI ha descontinuado su TIL300.

Debe usar el divisor de resistencia para reducir la escala y luego el amplificador de aislamiento. Los simples están disponibles en TI. Luego use el ADC de su MCU.

Alternativamente, puede usar un ADC I2C o SPI simple y aislar su canal de comunicación. De esta forma utilizará piezas estándar e intercambiables.

La última opción que puedo ver son los optoacopladores lineales. Personalmente no me gustan mucho.

Esto será crudo, pero podría medir la fotocorriente de un LED.

(HV->resistencia->led-> PD->corriente.)

La luz es bastante lineal con una corriente superior a 1 mA más o menos ... por debajo de eso, tendría que medir el LED. (es como una ley de potencia de 3/2 o algo así). Aquí hay una trama,

https://www.dropbox.com/s/atyo4uvsb09fgd7/LED-PD.BMP?dl=0

Pero sería fácil hacer algunos puntos de calibración (con bajo voltaje y resistencia más pequeña)

Para la medición actual, mi DMM tiene un rango de corriente uA, el dígito más pequeño es 10nA.

Eso puede funcionar, si calibra para la parte específica que está usando. Tienden a tener amplias variaciones entre las partes, pero son bastante estables por sí mismos. Además, 1 mA a 1 kV es 1 W disipado en la resistencia. Asegúrate de que puedes manejar eso.
@AaronD, Oh, dije que era crudo. Aún así, hay como 3-4 órdenes de magnitud sobre los que podría hacer una calibración de un solo punto. Encuentro interesante la dependencia de potencia 3/2. Estos leds son lineales solo en ~1 orden de magnitud. Por encima de ~ 10 mA, comienza a ver los efectos de calentamiento. (Estaba pensando en moler parte del plástico en la parte inferior y obtener un disipador de calor más grande al lado del cuerpo del LED. (a través de las piezas del orificio, para aquellos que no buscaron el número de pieza).
Cuidado con pulir el caso. Las especificaciones dependen de un recinto hermético a la luz. Y probablemente sea infrarrojo, por lo que no puede verlo directamente para confirmar que todavía está bien.
@AaronD, ¿eh? Lo siento, estaba hablando de quitar el plástico del cable del led. Entonces podría mantener el LED más frío, reducir los efectos de calentamiento (sin IR involucrado). (¿Quizás estamos hablando entre nosotros?)
¿Es esta una solución discreta? Estaba pensando en un optoacoplador prefabricado en un paquete DIP de 4 pines.
@AaronD, sí, estaba pensando en ser discreto. La mayoría de los opto tienen salidas de transistor. Aquellos con diodos hacen una cadena de ellos. Y cualquiera que sea el enfoque, estoy de acuerdo en que tendrías que medir/calibrar la señal. (Principalmente uso opto con señales digitales donde no te importa tanto el voltaje de salida exacto).

Parece que quieres un optoacoplador lineal. Teniendo en cuenta sus requisitos de precisión, el siguiente circuito extraído de http://www.avagotech.com/docs/5954-8430E debería ser una buena compensación (existen soluciones más sofisticadas, con esquemas más complejos y costosos)

ingrese la descripción de la imagen aquí

El rendimiento reclamado es el siguiente:

Rendimiento típico del amplificador de CA de ancho de banda amplio:

• 2 % de linealidad en un rango dinámico de 1 V pp

• Ganancia de tensión unitaria

• Ancho de banda de 10 MHz

• Deriva de ganancia: –0,6% /°C

• Rechazo de modo común: 22 dB a 1 MHz

• Aislamiento de 3000 V CC

Todavía necesita un divisor de voltaje, fuentes de alimentación, etc. para completar eso. Con respecto al divisor, alguien dijo arriba que debes tener mucho cuidado (TM). Bueno, aquí hay una sugerencia parcial de Introducción a la instrumentación y medidas de RB Northrop [3 ed.]

Una sonda divisora ​​de voltaje resistiva externa generalmente se usa para medir voltajes de CC de 1 a 40 kV. Tal sonda hace un divisor de voltaje externo con la resistencia de entrada del voltímetro de CC. Por ejemplo, la sonda de alto voltaje Fluke modelo 80K-40 está diseñada para usarse con cualquier voltímetro de CC que tenga una resistencia de entrada de 10 MΩ. Hace un divisor de voltaje de 1000:1, por lo que 1 kV aplicado a la sonda da 1 V en el medidor. La sonda y el medidor presentan una carga de 1000 MΩ al CUT de alto voltaje [Circuito bajo prueba]; por lo tanto, la sonda y el medidor extraen 1 μA/kV del CUT.

Entonces, sí, los divisores 1000: 1 para 1 kV (en realidad hasta 40 kV) están hechos (por Fluke); hoja de datos: http://www.farnell.com/datasheets/1816372.pdf afirma +/-2% de precisión para DC. Incluso tiene videos de fans/usuarios: https://www.youtube.com/watch?v=kXq4FCQ0C38 En realidad, puedes comprar videos mucho más precisos (hasta 0.01 %) en lugares como Ross Eng. , pero sospecho que cuestan en consecuencia.

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