请教一个多路隔离模拟电压采集的方案设计

sxliujin · 发表于 2020-7-1 18:17:01

本帖最后由 sxliujin 于 2020-7-1 18:19 编辑

我现在有个需求，需要采集多路模拟电压的值，而且每一路都是要求隔离的，
所以我不能用传统的隔离电源+隔离放大器或者光耦的形式，因为路数太多，成本体积无法控制。

我现在想了两个方案，想请大家看看

第一个方案是用模拟开关，每次选择2个通道，对应一个模拟电压的电和地，然后只需要给ADC做一路隔离电源就可以，处理器和ADC通过光耦隔离，这个想法实际上是把ADC分时和各个模拟电压连接起来。

第二个方案是用飞电容的形式，通过电容作为转换的媒介，直接把源端的模拟信号通过电容传递给ADC这一侧，开关选用光MOS。

请教一下大家这两个方案是否具有可行性，谢谢。

Xujuango · 发表于 2020-7-1 18:22:00

固态继电器不了解一下？

sxliujin · 发表于 2020-7-1 18:23:22

还有一点就是我觉得用模拟开关这么搞是有问题的，感觉破坏了隔离，但是又不是特别明白，也请指正。

wangbin526 · 发表于 2020-7-1 18:24:31

信号继电器了解一下

tiny13 · 发表于 2020-7-1 18:29:25

用aqw214之类的光继电器吧，估计每通道采集速度能到毫秒级。

sxliujin · 发表于 2020-7-1 18:34:45

Xujuango 发表于 2020-7-1 18:22
固态继电器不了解一下？

继电器体积太大了

sxliujin · 发表于 2020-7-1 18:39:39

tiny13 发表于 2020-7-1 18:29
用aqw214之类的光继电器吧，估计每通道采集速度能到毫秒级。

我觉得光继电器思路和模拟开关是一样的。。。
都是需要的时候把ADC的地和信号地连接起来。。。
模拟开关体积还更小一些，不知道说的对不对

sxliujin · 发表于 2020-7-1 18:41:34

我的感觉是飞电容的方案有一个好处是不论在哪个时刻， ADC的地和信号地都是隔离开的

BOERLBH · 发表于 2020-7-1 19:18:27

模拟信号前端隔离成本太高了，我做的都没隔离一样在工控场合用。

redroof · 发表于 2020-7-1 19:23:26

你没说你要求的隔离级别，也没说是每一路都完全隔离还是所有输入信号之间不隔离，仅仅跟你电路后端隔离。

rclong · 发表于 2020-7-1 19:25:59

飞电容在以前很多电动汽车电池串上采集各电池单体电压就这么做
开关用的是松下的光控继电器
第一个方案在好多PLC解决方案里这么做,TI和ADI的文档介绍都挺多

redroof · 发表于 2020-7-1 19:27:03

本帖最后由 redroof 于 2020-7-1 19:30 编辑

按你这样说，我认为都没意义，因为这些都是所有输入信号之间互相不隔离的。光继电器在断开的时候也不是能耐高压的。

redroof · 发表于 2020-7-1 19:39:15

rclong 发表于 2020-7-1 19:25
飞电容在以前很多电动汽车电池串上采集各电池单体电压就这么做
开关用的是松下的光控继电器
第一个方案在好 ...

光继电器断开时的耐压，用来测电池电压倒是够，但是如果按工业意义上的隔离，至少要1500伏才够，那么光继电器完全不够。
注意这种用法跟光继电器控制端到开关端的隔离耐压无关，那个肯定够，它就是为了这样用的。但是用光继电器飞电容的时候，真正隔离用的是光继电器的两个开关端之间的隔离耐压，那并不高，就是一个关闭的MOS管而已

Xujuango · 发表于 2020-7-1 20:08:55

sxliujin 发表于 2020-7-1 18:34
继电器体积太大了

跟光耦一样大，还大？？

shhludb · 发表于 2020-7-1 21:17:21

固态继电器有芯片大小的，不过价格也不便宜，高端信号采集常用

locky_z · 发表于 2020-7-1 21:42:11

飞电容我始终觉得不大可靠,
假如被测量两端和ADC端是共地的,只不过共模电压很高,例如200V,也就是high side模式测量.
假如两个继电器吸合时间有差异,第一个接到高压端,第二个还是在低压端,电容两端电压不能跳变,那么等于ADC其中一个端子也是非常高的了.
如果飞电容用小电容,可能能减少这个高压的时间,但小电容采样的电荷少,可能会被ADC分流厉害
飞电容大,ADC承受那个电压时间也会长.

redroof · 发表于 2020-7-1 21:47:19

locky_z 发表于 2020-7-1 21:42
飞电容我始终觉得不大可靠,
假如被测量两端和ADC端是共地的,只不过共模电压很高,例如200V,也就是high side ...

继电器都是先断后连的，所以没事。两边都断开是安全的，一边断一边连等于没连。
你说的一边连高压端一边连低压端，除非是一边断开了旧的，已经连到新的，而另一边还在旧位置没断。这在正确的设计下不会岀现。断开是很快的。

xujihu · 发表于 2020-7-1 22:34:15

你的要求是每一路都要求隔离，按照方案一模拟开关不是会串起来吗

tomzbj · 发表于 2020-7-1 22:44:27

第一种方法的话，输入共模电压还是不能超过模拟开关的电源电压，效果有限。我是这么做的，中间用ADUM1401隔离出SPI接口，金升阳模块给ADC和模拟开关供电。

第二种方法。。。光固态继电器成本是不是高了点？而且还得看一下关态结电容如何。
一般都是用湿簧继电器，因为普通继电器这么切很快触点寿命就到了。

X-savage · 发表于 2020-7-1 22:55:05

第一种方法用模拟开关切是有问题的，这个做不到通道间的隔离。也会受限于模拟开关的电源电压。

redroof · 发表于 2020-7-1 23:10:40

本帖最后由 redroof 于 2020-7-1 23:21 编辑

tomzbj 发表于 2020-7-1 22:44
第一种方法的话，输入共模电压还是不能超过模拟开关的电源电压，效果有限。我是这么做的，中间用ADUM1401隔 ...

这种用光继电器飞电容的所谓的隔离，在严格的场合都不算数的。让光继电器厂家给你个关闭状态下有多少伏隔离耐压的认证，看那个厂家敢给。。。
人家能给你的是控制端和开关端的隔离。而不是开关端自身。
至于普通继电器，触点断开状态下的耐压，算不算正规的安全耐压，我倒真不知道。或许可以算吧，触点断开了是物理上断开的，实打实的。不是弄个关闭状态的MOS管在那里装样子

tiny13 · 发表于 2020-7-2 00:25:44

sxliujin 发表于 2020-7-1 18:39
我觉得光继电器思路和模拟开关是一样的。。。
都是需要的时候把ADC的地和信号地连接起来。。。
模拟开关 ...

确实是这样，在多路信号之间隔离不太好，只有400V. 如果对多路信号间隔离有要求，，那就用隔离放大器AMC1200, 缺点是价格贵，精度略低。川士微有类似的型号CA-IS3300G，不知道开卖没。

pulan · 发表于 2020-7-2 08:01:39

rclong 发表于 2020-7-1 19:25
飞电容在以前很多电动汽车电池串上采集各电池单体电压就这么做
开关用的是松下的光控继电器
第一个方案在好 ...

每个电池组里面有很多单体电池，这个是怎么检测每个单体的？能详细说一下吗？谢谢。

llssr · 发表于 2020-7-2 10:36:14

pulan 发表于 2020-7-2 08:01
每个电池组里面有很多单体电池，这个是怎么检测每个单体的？能详细说一下吗？谢谢。 ...

参考AG34901A 采集板原理

tomzbj · 发表于 2020-7-2 10:43:51

redroof 发表于 2020-7-1 23:10
这种用光继电器飞电容的所谓的隔离，在严格的场合都不算数的。让光继电器厂家给你个关闭状态下有多少伏隔 ...

主要是光伏型光耦的耐压不够吧？得用一片平面LED和平面光电池叠放
不过TLP190也标称了2500VRMS耐压，不行就用TLP190和mosfet自己搭呗。

记得高耐压光耦的结构是LED和PD在两头，中间用一段玻璃柱导光，距离很远，不过恐怕不好做成光伏型了。

tomzbj · 发表于 2020-7-2 10:45:13

redroof 发表于 2020-7-1 23:10
这种用光继电器飞电容的所谓的隔离，在严格的场合都不算数的。让光继电器厂家给你个关闭状态下有多少伏隔 ...

ps. 光继电器也是物理断开啊，结构上就是光伏型光耦来驱动mosfet，自己搭一样用的，我用TLP190加两个Si2302搭过。

sxliujin · 发表于 2020-7-2 11:06:12

tomzbj 发表于 2020-7-2 10:45
ps. 光继电器也是物理断开啊，结构上就是光伏型光耦来驱动mosfet，自己搭一样用的，我用TLP190加两个Si23 ...

争议点在光mos 或者光继电器另一侧也是mos mos就不是真的电气隔离，毕竟是有漏电流什么的存在

sxliujin · 发表于 2020-7-2 11:08:09

tomzbj 发表于 2020-7-2 10:45
ps. 光继电器也是物理断开啊，结构上就是光伏型光耦来驱动mosfet，自己搭一样用的，我用TLP190加两个Si23 ...

飞电容下隔离点两端相当于串联了两个mosfet 虽然同一时刻只有一个导通或者均不导通但是毕竟mos不是电气隔离

redroof · 发表于 2020-7-2 11:37:42

tomzbj 发表于 2020-7-2 10:43
主要是光伏型光耦的耐压不够吧？得用一片平面LED和平面光电池叠放
不过TLP190也标称了2500VRMS耐压，不行 ...

我说了几遍了。。。
这种用法，你见到的隔离是关闭状态的光继电器的开关端两个引脚之间，而不是开关端和控制端。
光继电器标称的隔离是开关端和控制端之间的！！！

sxliujin · 发表于 2020-7-2 11:48:01

redroof 发表于 2020-7-2 11:37
我说了几遍了。。。
这种用法，你见到的隔离是关闭状态的光继电器的开关端两个引脚之间，而不是开关端和 ...

我知道隔离指的是控制端和输出端，但飞电容下就不只是控制端的隔离问题啊。

redroof · 发表于 2020-7-2 11:54:45

sxliujin 发表于 2020-7-2 11:48
我知道隔离指的是控制端和输出端，但飞电容下就不只是控制端的隔离问题啊。 ...

楼主想要通道间隔离。但飞电容的通道间隔离是不合格的。

sxliujin · 发表于 2020-7-2 14:16:18

redroof 发表于 2020-7-2 11:54
楼主想要通道间隔离。但飞电容的通道间隔离是不合格的。

对，是这个意思，其实我想说的是，介于成本和体积考虑，很难选择隔离电源加隔离放大器的形式，但是飞电容结构的通道间隔离程度，相比于模拟开关还是要好一些的，毕竟光mos的耐压可以到1500V，但是模拟开关内部mos 漏源耐压就更差，而且处理不了共模问题。

redroof · 发表于 2020-7-2 14:28:01

sxliujin 发表于 2020-7-2 14:16
对，是这个意思，其实我想说的是，介于成本和体积考虑，很难选择隔离电源加隔离放大器的形式，但是飞电容 ...

给个例子吧，我想看看哪个光MOS的LoadVoltage可以达到1500
重复一遍，不是I/O Isolation Voltage。
通道间的隔离度是它的LoadVoltage

tomzbj · 发表于 2020-7-2 15:06:09

redroof 发表于 2020-7-2 11:37
我说了几遍了。。。
这种用法，你见到的隔离是关闭状态的光继电器的开关端两个引脚之间，而不是开关端和 ...

我前面说了啊，mos的结电容恐怕影响更大，如果要求导通电阻小，gs电容肯定上千pF，ds间电容恐怕也是几百pF的量级了，对高频信号等于接通。

那就还是湿簧继电器吧。。。

sxliujin · 发表于 2020-7-2 15:08:41

redroof 发表于 2020-7-2 14:28
给个例子吧，我想看看哪个光MOS的LoadVoltage可以达到1500
重复一遍，不是I/O Isolation Voltage。
通道 ...

AQV258 io 5000V 负载1500V

redroof · 发表于 2020-7-2 15:55:47

sxliujin 发表于 2020-7-2 15:08
AQV258 io 5000V 负载1500V

哦，还真有这样的。1500耐压似乎够了。
但是导通电阻500欧，额定电流20mA，漏电流10uA。
到底能不能当做正规的隔离呢？

sxliujin · 发表于 2020-7-2 16:57:18

redroof 发表于 2020-7-2 15:55
哦，还真有这样的。1500耐压似乎够了。
但是导通电阻500欧，额定电流20mA，漏电流10uA。
到底能不能当做 ...

问题就在漏电和光mos的Cds上。。导通电阻大倒不是大问题

sxliujin · 发表于 2020-7-2 17:15:10

redroof 发表于 2020-7-2 15:55
哦，还真有这样的。1500耐压似乎够了。
但是导通电阻500欧，额定电流20mA，漏电流10uA。
到底能不能当做 ...

还有就是漏电10uA是负载电压1500V下的最大值，正常隔离几V到几十V时，漏电还是nA级别的

locky_z · 发表于 2020-7-2 20:29:04

redroof 发表于 2020-7-1 21:47
继电器都是先断后连的，所以没事。两边都断开是安全的，一边断一边连等于没连。
你说的一边连高压端一边 ...

机械j继电器有单刀双择,是先断后连
但光耦继电器,没有单刀双择这种吧,只能是两个单刀串联,

分别用两个反相信号驱动,假如这两个反相信号时序有重叠,或者某个有坏(例如一直通,那么ADC就会直接接触高压了.

redroof · 发表于 2020-7-2 21:17:44

locky_z 发表于 2020-7-2 20:29
机械j继电器有单刀双择,是先断后连
但光耦继电器,没有单刀双择这种吧,只能是两个单刀串联,

就是得用两个单刀单掷的啊。但是光继电器恰好和真实的机械继电器一样，off时间比on时间短的多。
控制信号的反相器的延迟可以忽略，所以实际上总可以保证发岀切换信号后，那个要断的会先动作，要通的后动作。这样是没问题的。

X-savage · 发表于 2020-7-3 09:13:38

locky_z 发表于 2020-7-2 20:29
机械j继电器有单刀双择,是先断后连
但光耦继电器,没有单刀双择这种吧,只能是两个单刀串联,

问一下，这个飞电容，选什么样的电容？这种通过飞电容的方式，采集精度可以做到什么程度？

boceyibiao · 发表于 2020-7-3 09:47:56

飞电容，多年前的一篇文献吧，瞎忽悠骗职称的，你用飞电容试试，理论上能行，实际上，除非用芯片级别，要不光乱七八糟的影响也够受的，别说批量生产了

baal · 发表于 2020-7-9 13:22:47

见识了,收藏

yaodp001 · 发表于 2023-12-15 11:03:22

不知道最后选择了哪个方案呢，单路隔离似乎更好

yaodp001 · 发表于 2023-12-15 11:21:10

AQV258现在漏电流是1uA了，目前1K价格是8块左右，每路2个得16左右了，确实美丽，目前隔离DCDC价格也便宜了，觉得不如单路ADC更可靠稳定

请教一个多路隔离模拟电压采集的方案设计

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