उच्च वोल्टेज डीसी वोल्टेज को मापने के लिए सर्किट (1000 वी तक)

Question

मैं एक अंतिम वर्ष ई और ई छात्र हूं और मैं एक बिजली मीटर बनाने की कोशिश कर रहा हूं जो 1000 वी डीसी तक काफी उच्च डीसी वोल्टेज को मापने में सक्षम होना चाहिए। मैं एक साधारण 12-बिट एडीसी के साथ माप रहा हूं जिसमें 0 - 2.5 V की एक इनपुट वोल्टेज रेंज है। क्या एक साधारण वोल्टेज डिवाइडर और ऑप-एम्पी बफर आवेदन के लिए पर्याप्त होगा या क्या किसी अन्य प्रकार के फ्रंट एंड एनालॉग सर्किटरी की आवश्यकता है क्योंकि वोल्टेज है कि उच्च?

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आपके लिए यह देखना शैक्षिक हो सकता है कि 1000 वी के लिए तैयार किए गए मल्टीमीटर कितने उचित हैं। ये उच्च वोल्टेज श्रेणियों के लिए एक वोल्टेज विभक्त का भी उपयोग करते हैं। सुरक्षित हाई वोल्टेज सर्किट के उदाहरणों को देखने के लिए EEVBlog के कुछ वीडियो देखें। "ईवब्लॉग मल्टीमीटर फाड़" के लिए Google और आपको कई मिलेंगे।

— बिम्‍पेल्रेककी

@ ईदुना शुदा: क्या मि। इनपुट प्रतिबाधा आप सहन कर सकते हैं? यह एक महत्वपूर्ण डिजाइन की आवश्यकता हो सकती है।

— दही

उम्मीद है कि आपकी पढ़ाई के हिस्से के रूप में, आपको उच्च वोल्टेज से निपटने के लिए उचित प्रशिक्षण दिया गया है। उन लोगों के लिए जो Google खोजों से इस प्रश्न पर आ रहे हैं: घर पर इसे आज़माएं नहीं!

— Cort Ammon - मोनिका

विभक्त स्ट्रिंग के निचले भाग के पास जमीन से एक लार्ज वाटेज जेनर जोड़ें। Vzener उस बिंदु पर 2 x वोल्ट अधिकतम के बारे में। यह आपके इलेक्ट्रॉनिक्स को बचा सकता है जब चीजें गलत हो जाती हैं।

— रसेल मैकमोहन

Answer 1

एक अवरोधक विभक्त वही करेगा जो आप चाहते हैं, लेकिन इस वोल्टेज में कुछ ऐसे मुद्दे हैं जिन्हें आप सामान्य रूप से अनदेखा कर सकते हैं:

1. शीर्ष रोकनेवाला को 1 केवी को संभालने में सक्षम होना चाहिए। वे "साधारण" प्रतिरोधों की तुलना में कठिन हैं, और अक्सर उच्च अंत में वोल्टेज के साथ रैखिक नहीं होते हैं।

2. शक्ति का अपव्यय। यहां तक ​​कि आम तौर पर 1 M diss की तरह "बड़ा" अवरोधक क्या होगा, जब 1 kV इसे लागू किया जाता है, तो एक पूरे वाट को नष्ट कर देता है।

3. आपको दो बिंदुओं के बीच भौतिक दूरी की आवश्यकता होती है जो सुरक्षा के लिए और हवा के माध्यम से उत्पन्न होने से रोकने के लिए उनके बीच केवी है।

इन सभी कारणों के कारण, मैं श्रृंखला में कई और अधिक साधारण प्रतिरोधों के साथ वोल्टेज विभक्त के शीर्ष रोकनेवाला को लागू करूंगा। उदाहरण के लिए, 0805 प्रतिरोधों को आमतौर पर 150 वी (डेटाशीट की जांच करने के लिए आपकी नौकरी) के लिए रेट किया गया है। श्रृंखला में दस 1 M laid 0805 रोकनेवाला, शारीरिक रूप से निर्धारित अंत से 1 kV 10 M5 रोकनेवाला के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। प्रत्येक रोकनेवाला में वोल्टेज 100 V या उससे कम होगा, जो उन्हें कल्पना के भीतर रखता है।

सभी एक साथ, प्रतिरोधों के 10 MΩ स्ट्रिंग केवल 100 mW का विघटन करते हैं, इसलिए प्रत्येक व्यक्ति प्रतिरोधक केवल 10 mW होता है। यहाँ कोई समस्या नहीं है।

10 M of के शीर्ष अवरोधक के साथ, विभक्त का निचला अवरोधक आदर्श रूप से 25.06 kΩ होगा जो कि 1000 V के साथ 2.50 V को बाहर निकालने के लिए होगा। आप 1000 V के अधिकतम इनपुट वोल्टेज युक्ति के ऊपर थोड़ा हेडरूम रखना चाहते हैं, इसलिए 24Ω Ω या यहां तक ​​कि थोड़ा कम नीचे रोकनेवाला इसे करना चाहिए।

इस तरह के उच्च अनुपात के साथ एक विभक्त का आउटपुट प्रतिबाधा मूल रूप से नीचे रोकनेवाला मूल्य है। 24 k 24 कुछ A / Ds के लिए बहुत अधिक हो सकता है, इसलिए आप इसे वोल्टेज फॉलोवर के रूप में उपयोग किए जाने वाले ओपैंप के साथ बफर करना चाह सकते हैं।

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मैंने उस समय अपने सीनियर की सलाह पर ऐसा किया है, और इसने अच्छा काम किया है। "शीर्ष" रोकनेवाला के लिए कई उच्च शक्ति अपव्यय प्रतिरोध

— फज़

Answer 2

हां, आप एक वोल्टेज विभक्त का उपयोग कर सकते हैं (वास्तव में कुछ अन्य व्यावहारिक दृष्टिकोण हैं)।

आपको उच्च मूल्य रोकनेवाला के लिए एक सटीक अवरोधक का उपयोग करने की आवश्यकता होगी जो 1000 वी पर सुरक्षित रूप से संचालित करने के लिए रेटेड है । इस विवरण को नजरअंदाज न करें। आपको लेआउट पर सिफारिशों का भी पालन करना होगा- जिसमें रेज़र के तहत एक आइसोलेशन स्लॉट मिलाना शामिल हो सकता है, जब तक कि रेज़रर स्वयं बहुत लंबा न हो, और निश्चित रूप से उच्च-वोल्टेज इनपुट पर अन्य पीसीबी विचार शामिल होंगे।

डिवाइडर का समग्र प्रतिरोध आउटपुट प्रतिबाधा द्वारा सीमित होगा जिसे आपको प्राप्त करने की आवश्यकता है, और यह एडीसी द्वारा निर्धारित किया जाएगा यदि आप सीधे एडीसी इनपुट में जाने का प्रयास करते हैं। सबसे अधिक संभावना है कि यह वांछनीय नहीं होगा क्योंकि (पूर्ण सटीकता के लिए) एडीसी को इसके इनपुट पर कुछ कश्मीर ओम देखने की आवश्यकता है। कहो कि यह 2.5K है। तब आपको उच्च मूल्य रोकनेवाला के लिए 1M (या उससे कम) का उपयोग करने की आवश्यकता होगी, और यह 1000WDC पर 1W (या अधिक) को विघटित करेगा - सटीकता के लिए महान नहीं (और यह इनपुट को काफी लोड करता है- 1mA @ 1kV)।

ADC इनपुट पर उच्च प्रदर्शन ऑप-एम्पी बफर का उपयोग करना बेहतर हो सकता है , जिससे आप 10M और 25K जैसे अधिक उपयोग कर सकते हैं।

यदि आपके सिस्टम में उच्च आपूर्ति वोल्टेज है, तो एक उच्च वोल्टेज को विभाजित करने में एक छोटा सा फायदा हो सकता है, जैसे कि 15V की आपूर्ति के साथ 10V और फिर बफरिंग और दूसरे निष्क्रिय डिवाइडर का उपयोग करके 2.5V तक नीचे जाने के लिए। केवल 12-बिट रिज़ॉल्यूशन के साथ आवश्यक। यह त्रुटि बजट में दो और प्रतिरोधों को शामिल करने की लागत पर op-amp ऑफसेट और ऑफसेट बहाव के प्रभाव को कम करेगा (लेकिन उच्च वोल्टेज एक आपकी चिंता का मुख्य स्रोत होना चाहिए)।

Answer 3

याद रखें कि हर प्रतिरोधक विभक्त का परजीवी कैपेसिटिव विभक्त होता है। इस आधार पर कि भौतिक अवरोधक डिजाइन का उपयोग किया जाता है, इस विभक्त का अनुपात प्रतिरोधक अनुपात से बहुत भिन्न हो सकता है; यह आश्चर्यजनक रूप से उच्च वोल्टेज स्पाइक्स आपके आईसी इनपुट्स पर दिखाई दे सकता है, इसलिए आपको अपने आईसी इनपुट्स को तेज डायोड के साथ सुरक्षित स्तर पर क्लैंप करना चाहिए और / या डिवाइडर को भरपाई कर सकता है (हो सकता है कि यह कम अवरोधक भर में एक बड़े संधारित्र के साथ "ओवरकम्पेनसेट")।

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.. अपने इनपुट सर्किट को तेज़ स्क्वायर वेव के साथ लोड करना और यह जांचना कि वास्तव में आपके आईसी इनपुट को ऑसिलोस्कोप पर क्या मिलता है (1: 100 या सक्रिय जांच का उपयोग करें, आप नहीं चाहते कि जांच समाई चीजों के साथ गड़बड़ हो!) - अगर वहाँ महत्वपूर्ण ओवरशूट या रिंगिंग है, इसका मतलब है कि आपके आईसी इनपुट से अधिक प्राप्त कर सकते हैं वे उस पल ले सकते हैं जब वोल्टेज विभक्त अचानक कुछ से जुड़ा होता है।

— रैकैंडबॉमनमैन

Answer 4

डिवाइडर के साथ समस्या वी ² / आर (बिजली रेटिंग) होने वाली है। 1000V में, इसे 2.5V में विभाजित करते हुए, आपका डेल्टा 997.5V होने जा रहा है। यहां तक ​​कि अगर आप 1 मेगाओहम रोकनेवाला का उपयोग करते हैं, तो आप एक 1W रोकनेवाला के बारे में उपयोग करने के बारे में बात कर रहे हैं, और व्यवहार में आप एक अवरोधक नहीं चाहते हैं, क्योंकि यह आपके ऑप-एम्प इनपुट प्रतिबाधा का एक प्रशंसनीय अंश होने जा रहा है, और फेंक अपनी माप सटीकता। 100kOhms पर, आप 10W की तरह दिखने वाले हैं, और संभवतः आपको समानांतर और श्रृंखला प्रतिरोधों के संयोजन को व्यवस्थित करने की आवश्यकता होगी जो आपको बिजली के अपव्यय आवश्यकताओं को वितरित करते समय आपके लिए प्रभावी प्रतिरोध प्रदान करते हैं।

दूसरी समस्या डायनेमिक रेंज होने की है। आप 1000V को 2.5V से विभाजित करने जा रहे हैं, इसलिए 400 का एक कारक है। इसका मतलब है कि एक प्राकृतिक 1V सिग्नल आपके ADC के लिए 0.0025 सिग्नल के रूप में प्रकट होने वाला है। 2.5V @ 12-बिट ADC के साथ आपका भोले वोल्टेज का रिज़ॉल्यूशन 2.5 / 2 ¹² = 0.000610352V / LSB है, लेकिन प्रभावी बिट्स की आपकी संख्या संभवतः 10 या 0.002441406V / LSB के करीब है। इसलिए जब तक आप यह स्वीकार करते हैं कि आपके माप की निचली सीमा 1V के आसपास होने वाली है, तब तक आप अच्छे हैं। Averaging तकनीक आपके प्रभावी वोल्टेज रिज़ॉल्यूशन को बेहतर कर सकती है, आपके समय के रिज़ॉल्यूशन को कम करने / टाइम डोमेन में आपके सिग्नल को विकृत करने की कीमत पर।

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1Megohm रोकनेवाला सटीकता को कम नहीं करेगा। क्योंकि वास्तव में, जो तुलना की जानी चाहिए, वह है ओम्पैम्प का इनपुट करंट रिसाव बनाम विभक्त के माध्यम से बहने वाली विद्युत धारा। तो 1000V पर, बड़े प्रतिरोधों (10Megs या तो) के साथ ओपी ठीक होना चाहिए।

— मंद

आप 10x 100kΩ का उपयोग 1M use के बजाय 10 के कारक से बिजली अपव्यय को फैलाने के लिए कर सकते हैं। यह प्रति प्रतिरोधक 100mW बना देगा।

— Chupacabras

@ दिम: सही है। IOW, एक वोल्टेज विभक्त का उत्पादन प्रतिबाधा दो प्रतिरोधों के छोटे से हावी है । Inputs 10 kΩ पर जो jFET इनपुट के लिए एक उत्कृष्ट श्रेणी में है।

— 14

सहमत, इनपुट प्रतिबाधा एक समस्या से कम है जैसा मैंने मूल रूप से सुझाया था

— vicatcu

@leftractionabout वास्तव में, मुझे लगता है कि यह "डिवाइडर के दोनों प्रतिरोधों के समानांतर संयोजन" जैसा है । जो, यदि आपके पास एक विशाल और एक बहुत छोटा है, तो वास्तव में सबसे छोटे के बहुत करीब है।

— मंद

Answer 5

ऐसा करने का "मल्टीमीटर" तरीका एक बड़े अवरोधक के साथ संधारित्र को चार्ज करना होगा और इसे समय-समय पर नमूना करना होगा ताकि आप ड्राइविंग वोल्टेज को काम कर सकें .. जाहिर है कि आपको कैपेसिटर अधिकतम वोल्टेज रेटिंग के नीचे वोल्टेज को जकड़ने की जरूरत है और इसके लिए आपको एक तरीके की भी आवश्यकता है संधारित्र का निर्वहन करें। एक साधारण ट्रांजिस्टर (या मॉस्फ़ेट) डिस्चार्ज आदर्श परिणाम नहीं देगा क्योंकि किसी सेमीकंडक्टर में शून्य इको या डीएस वोल्टेज नहीं है। लेकिन यह शायद बहुत विस्तार में हो रहा है।

ऐसा करने का लाभ यह है कि आपको एक व्यापक व्यावहारिक वोल्टेज सीमा मिलती है, 1kV के लिए उपयुक्त एक सीधा अवरोधक विभक्त 1V मापने के लिए बहुत उपयोगी नहीं है।

मेगाोहम श्रृंखला रोकनेवाला विभक्त के लिए, एवेनिन प्रतिरोध और वोल्टेज का काम करें। संक्षेप में rth समानांतर में सिर्फ वोल्टेज विभक्त ऊपर / नीचे है और vth विभक्त आउटपुट वोल्टेज है। यह आपको opamp / adc में आउटपुट प्रतिबाधा और करंट प्रवाहित करेगा।