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[参考译文] ISO224：泄漏测量的简单、低成本解决方案

admin
Guru**** 1709640 points
Other Parts Discussed in Thread: ISO224, LOG114, ADS124S08
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1212349/iso224-simple-and-inexpensive-solution-for-leakage-measurement

器件型号：ISO224
主题中讨论的其他器件： LOG114、 ADS124S08

您好！

我必须设计一种价格低廉(尽可能多)且简单(BOM 数量小于 BOM 数量)的解决方案来测量半导体泄漏电流。 要求非常苛刻：

1-测量范围1nA 至10mA

2-对分流器进行测量(可以评估替代解决方案)

3-它必须隔离，因为与分流器串联的半导体在>1.5kV 级别

4 -通常分流器不会出现高电压、但我们需要对其进行设计、以防止 DUT 中出现短路故障、因此我们需要2KV 的输入保护

您会使用什么？

谢谢

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    TI__Guru**** 1709640 points
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    Javier、您好！

    我先回答几个问题：

    1.您更喜欢模拟或调制器比特流输出吗? 本文档对这两个选项进行了很好的深入概述： https://www.ti.com/lit/wp/sbaa359a/sbaa359a.pdf?ts=1680532506853

    然而、简而言之、模拟输出通常更易于使用。 调制器比特流将提供更高的灵活性和性能。

    2.您是否有高侧电源或者您更喜欢使用带有集成型直流/直流转换器(AMC33xx)的器件？  

    由于这些电流相对较小、您可能需要考虑使用高欧姆值分流电阻器、以便产生高 电压供隔离式数据转换器采样。 由于 ISO224具有+/-12V 输入范围(主要用于铁路、输电线路等极高电压应用)、因此它可能不是您应用的最佳选择。  

    3.短路事件期间流经分流器的短路电流预计是多少？ 这将取决于测试仪源阻抗。  

    我询问、因为所选的分流器需要能够承受功率耗散。 大多数分流电阻器在1s 内有一个短期过载技术规格(5倍标称 Pdiss)。 违反此规范可能需要更换分流电阻器或重新校准。  

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    TI__Guru**** 1709640 points
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    Javier、您好！

    测量范围为1nA 至10mA 表示范围为1：10、000、000。 只有一个分流器才有可能实现这一目标。 因此、您应该考虑现实的总测量范围是什么、以及您真正需要多少个单独的测量范围(每个范围都有自己的分流器)。 您应该考虑如何在这些分流器之间切换。 不在它们之间切换,而是有几个不同和独立的电路,每个具有非常确定的测量范围和分流器也可能是一个(便宜!) 选项。

    当涉及到高压应用中的短路保护时、您迫切需要具有输出电流限制功能的高电压源。 实现这一目标的最简单方法是直接在高压源的输出端安装一个限流电阻器、最好在高压电源单元内部实现、这样您就不会无意中将其旁路掉。

    选择限流电阻时、应确保最大测量电流导致的电阻两端压降低于测量高电压的1%。 因此、如果您的最大测量电流为1µA μ A、测量电压为2kV、则可能允许出现20V 的压降、从而导致限流电阻为

    R = 20V/ 1µA = 20M

    在发生短路事件时、短路电流限制为

    i_sh = 2kV/20M = 100µA μ A

    从而产生200mW 的热耗散。 为了使20M 电阻可以承受2kV 的电压而无需购买昂贵的 HV 电阻器、请使用10个2M 串联电阻器。 当您必须处理更高的最大测量电流时、这个技巧也特别有用。

    如果您可以将限流电阻器上的压降纳入计算(µC 等)、甚至可以选择比测量电压的1%以上更大的限流电阻器上的压降。 当您必须处理比示例中的1µA μ A 高得多的最大测量电流时、这可以极大地简化设计。

    高压应用几乎始终在输出端包含这样的纯无源短路限制电阻。

    凯

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    TI__Guru**** 1709640 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 Kai 和 Alexander：

    首先非常感谢您提供的宝贵意见。 我在其中考虑了一点、 像 LOG114这样的对数放大器似乎可以满足我在测量范围方面的需求、并降低电路复杂性、而不是使用分流器。 你怎么看？

    在本例中、对于保护电阻器、我想知道 LOG114的输入阻抗有多高、以及这对保护概念有何影响。

    顺便说一下、与测量漏电的半导体串联、我的计划是配备一个良好的支持开关、以便对过流或过压事件做出快速反应。 作为附加的安全措施。

    关于信号采集路径、我的想法是在 LOG114s 之后直接安装 ADC (例如 ADS124S08)以测量许多受测器件。 之后、我会放置一个隔离栅、以便通过 SPI 连接到主 uC。 对于电源、我会使用隔离型反激式拓扑。 我已经在其他项目中通过多个热电偶读取了 ADS124S08和隔离反激式器件、这两款器件工作得很好。

    Br、

    Javier

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    TI__Guru**** 1709640 points
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    Javier、您好！

    顺便说一句，与测量漏电的半导体串联，我的计划是拥有一个对过流或过压事件做出快速反应的良好支持开关。 作为附加的安全措施。

    半导体可能会在几十纳秒或几百纳秒内发生故障。 在短路事件中、微秒可能意味着"永恒"。 因此、在任何情况下都必须将短路电流限制在半导体可承受更长寿命的值。 具有高热容量且需要长时间加热的功率电阻可从此类过流甚至过热开关中受益、但半导体不能从中受益。 任何熔断型保险丝都无法保护半导体免受严重短路事件的影响、即使超快熔断型保险丝也是如此。 因此、最好的补救措施是高电压源输出端的限流电阻器、我在前面进行了公式计算。 在任何情况下、都必须将进入 LOG114的电流限制为10mA。

    首先要感谢您提供的宝贵意见。 我在其中考虑了一点、 像 LOG114这样的对数放大器似乎可以满足我在测量范围方面的需求、并降低电路复杂性、而不是使用分流器。 你怎么看？

    对数放大器是处理巨大测量范围的好主意。 但请记住、由于对数时压缩非常高、与在线性工作电路中使用分流器相比、LOG114输出端的分辨率和信号精度可能会降低。 请参阅第8页 LOG114数据表中的"平均总误差"曲线。

    您是否已经绘制了可以向我们展示的示意图？

    凯

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    TI__Guru**** 1709640 points
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    尊敬的 Kai：

    感谢您的宝贵意见。 作为安全开关、我当时想到的是 MOSFET、而不是继电器或保险丝、但反应时间仍在10us 范围内、因此可能过长。 作为限流电阻器、根据我的理解是、与 LOG114串联、我必须放置一个200k Ω 的电阻器、以便在发生击穿(@2kV)时将电流限制在10mA。 您看到它的方式是一样的吗？ 我看到的问题是、在10mA 这仍是我希望测量漏电的范围时、被测半导体将看不到2kV、但几乎所有的电压都在限流电阻中。 我要执行的测试是 HTRB、因此半导体确实需要在测量范围内检测高压电源的电压。

    目前我没有要分享的原理图、我仍在概念层面选择要放置的内容。 关于精度、您是对的、我仍然需要检查是否足够、但希望是这样、因为并行使用多个分流器并对其进行切换似乎会极大地增加复杂性。 将来、我可能需要能够设计一个系统来并联100个半导体进行测试。

    此致、

    Javier

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    TI__Guru**** 1709640 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Javier、您好！

    抱歉、我不想冒犯您、但2kV 乘以10mA 可使半导体内的热耗散为20W。 这是相当多的,很容易成为爆炸. 乘以100个半导体后、得出2kV 时的总功率为2kW…… 是否确实要测量高达10mA 的电流？ 我将用10mA 的电流不再是"常用漏电流"、而是更"无限击穿"电流  

    您真的想在最大泄漏电流可高达10mA 时测量低至1nA 吗？ 这意味着范围为10、000、000：1。。

    凯

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    TI__Guru**** 1709640 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 Kai：

    没有任何冒犯,我感谢您的反馈. 10mA 实际上是最高限值、此时半导体已停产、泄漏电流大部分时间都在 nA 范围内。 20W 不是很关键、因为这发生在最后、并且 在这个测试台上、我将能够测试大功率器件(1.7kV SiC MOSFET)、其中一些器件采用具有大散热器的大封装(1.i. Pinfin 结构)、并在 需要时进行冷却。 我知道一个事实、即其他人也使用这个1nA 至10mA 的测量范围、并且我特别知道一所大学正在使用一个对数互阻抗放大器的概念来进行电流测量。 我现在的投标是更多的关于如何保护包括放大器的测量系统. 很可能是 HV 电源确实包含此电流限制、而我的保护开关凭借10us 的反应时间就足够好了、但我不确定。

    Javier

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    TI__Guru**** 1709640 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Javier、您好！

    在任何情况下、您都必须将流入 LOG114的电流限制在10mA 以下。

    假设在高压源限流电阻的帮助下将短路电流限制在100mA、从 LOG114输入到信号接地的低泄漏二极管钳位与限流电阻相结合可实现以下目的：

    e2e.ti.com/.../javier_5F00_log114.TSC

    凯