用于测量高压直流电压（最高1000V）的电路

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我是E＆E的最后一年学生，我正在尝试构建一个功率计，该功率计必须能够测量相当高的DC电压，最高1000 V DC。我正在使用一个输入电压范围为0-2.5 V的简单12位ADC进行测量。一个简单的分压器和运算放大器缓冲器是否足以满足该应用的需要，或者是否需要另一种类型的前端模拟电路，因为电压这么高？

— 埃端舒达
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看看如何正确构建额定电压为1000 V的万用表可能对您很有帮助。这些也为高电压范围使用了一个分压器。观看EEVBlog上的一些视频，以查看安全高压电路的示例。Google的“ eevblog万用表拆卸”，您会发现很多。

— Bimpelrekkie 2016年

@Eduan Shuda：分钟是多少。输入阻抗可以忍受吗？这可能是重要的设计要求。

— 凝结

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希望作为学习的一部分，您已接受有关处理高压的适当培训。对于那些在Google搜索中遇到此问题的人：请勿在家中尝试此问题！

— Cort Ammon-恢复莫妮卡

从分隔线底部的底部到地面添加一个大功率齐纳二极管。此时Vzener约为最大电压的2倍。出现问题时，这可以节省您的电子设备。

— 罗素·麦克马洪

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电阻分压器可以满足您的要求，但是在此电压下，您通常可以忽略一些问题：

顶部电阻必须能够处理1 kV。这些电阻比“普通”电阻器更难获得，并且通常与高端电压不成线性关系。
功耗。当向其施加1 kV电压时，即使通常是一个“大”电阻（如1MΩ）也会耗散整个瓦特。
您需要两个点之间的物理距离，它们之间具有kV，以确保安全并防止通过空气产生电弧。

由于所有这些原因，我将用多个更多的普通电阻串联来实现分压器的顶部电阻。例如，0805电阻器的额定电压通常为150 V（您需要检查数据表）。可以将十个串联的1MΩ0805电阻端对端物理布局，用作1 kV 10MΩ电阻。每个电阻两端的电压将为100 V或更低，这使其保持在规格范围内。

总之，10MΩ的电阻串仅耗散100 mW，因此每个单独的电阻仅10 mW。没问题

如果使用10MΩ的顶部电阻，则理想情况下，分压器的底部电阻应为25.06kΩ，以便在1000 V输入时获得2.50 V输出。您希望在最大输入电压规范1000 V之上有一点裕量，因此需要24kΩ或甚至更低的底部电阻也可以做到。

具有如此高比率的分压器的输出阻抗基本上是最低电阻值。对于某些A / D，24kΩ可能过高，因此您可能希望使用用作电压跟随器的运算放大器来缓冲它。

— 奥林·拉斯罗普（Olin Lathrop）
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我当时是根据我的上级的建议完成的，而且效果很好。用于“顶部”电阻器的多个高功耗电阻器

— Fuzz

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是的，您可以使用分压器（实际上，其他实用方法很少）。

对于高阻值的电阻，您需要使用精密电阻，该电阻的额定工作电压为1000V。不要忽略这个细节。您还必须遵循有关布局的建议-可能涉及在电阻器下铣削一个隔离槽以增加爬电距离，除非电阻器本身真的很长，并且在高压输入时肯定会涉及其他PCB注意事项。

分压器的总电阻将受您需要达到的输出阻抗的限制，如果您尝试直接进入ADC输入，则该总电阻将由ADC确定。这极有可能是不希望的，因为（为了实现完整精度）ADC需要在其输入端看到几千欧姆的电阻。假设是2.5K。然后，您将需要对高值电阻使用1M（或更少），并且在1000VDC时会耗散1W（或更高）-精度不高（并且会在1kV @ 1kV时显着负载输入）。

最好在ADC输入端使用高性能运算放大器缓冲器，这样您就可以使用10M和25K之类的缓冲器。

如果您的系统中有更高的电源电压，则可以将电压分压到更高的电压，例如用15V电源提供10V电压，然后缓冲并使用第二个无源分压器降低到2.5V，这可能是一个小的优势，但可能并非如此仅需要12位分辨率。这将减少运放失调和失调漂移的影响，但代价是在误差预算中增加了两个电阻（但是高电压应该是您主要担心的问题）。

— 斯佩罗·佩法尼（Spehro Pefhany）
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请记住，每个电阻分压器都有一个寄生电容分压器。根据所使用的物理电阻器设计的不同，该分压器的比值与阻性比值可能会有很大差异。这可能会在IC输入上出现令人惊讶的高电压尖峰，因此，您应该使用快速二极管将IC输入钳位到安全水平，并且/或者补偿分压器（可能通过较低电阻两端的大电容器对其进行“过度补偿”）。

— and子手
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..最好用快速方波加载输入电路，并检查示波器上IC输入的实际信号（使用1：100或有源探头，您不希望探头电容弄乱东西！）-如果有明显的过冲或振铃，这意味着分压器突然连接到某物上时，您的IC输入可能会得到比其更多的输入。

— rackandboneman's

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分压器的问题将是V ² / R（额定功率）。在1000V下，将其分压为2.5V，您的deltaV将为997.5V。即使您使用的是1 MegaOhm电阻器，也是在谈论使用1W的电阻器，实际上，您也不希望使用这么大的电阻器，因为它将占运放输入阻抗的一小部分，并且会抛出偏离您的测量精度。在100kOhms时，您看起来将更像10W，并且可能需要组织并联和串联电阻的组合，以便在分配功耗要求时为您提供所需的有效电阻。

另一个问题将是动态范围。您将把1000V除以2.5V，所以要分解为400。这意味着自然的1V信号将以0.0025信号的形式出现在ADC中。使用2.5V @ 12位ADC时的原始电压分辨率为2.5 / 2 ¹² = 0.000610352V / LSB，但是有效位数可能接近10，即0.002441406V / LSB。因此，只要您接受测量的下限将在1V左右，那么您就很好。平均技术可以提高您的有效电压分辨率，但会降低时间分辨率/在时域中使信号失真。

— 维卡茨库
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1兆欧的电阻不会降低精度。因为实际上，必须比较的是运算放大器的输入电流泄漏与流经分压器的电流，而不是阻抗。因此，在1000V电压下，使用更大的电阻（10Meg左右）应该可以使OP保持良好状态。

— 暗淡

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您可以使用10x100kΩ而不是1MΩ将功率耗散扩展为10倍。这将使每个电阻器产生100mW的功率。

— Chupacabras

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@dim：对。IOW，分压器的输出阻抗由两个电阻中较小的一个决定。对于jFET输入，≈10kΩ的电阻是一个很好的范围。

— 左右约

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同意，输入阻抗是一个问题的不到我原先建议

— vicatcu

@leftaroundabout实际上，我认为它更像是“分压器的两个电阻的并联组合”。的确，如果您有一个巨大的而又要小得多的一个，则实际上非常接近最小的一个。

— 2016年

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“万用表”的实现方法是给一个大电阻器的电容器充电，并对其进行定期采样，以便计算出驱动电压。显然，您需要将电压钳位在电容器最大额定电压以下，并且还需要一种方法来使电容器放电。由于没有半导体具有零ec或ds电压，简单的晶体管（或mosfet）放电将无法获得理想的结果。但这可能涉及太多细节。

这样做的好处是可以得到较宽的工作电压范围，适用于1kV的直电阻分压器对于测量1V并不是很有用。

对于兆欧串联电阻分压器，计算出戴维南电阻和电压。本质上，rth只是并联的分压器顶部/底部，而vth是分压器的输出电压。这将为您提供输出阻抗和流入运算放大器/ adc的电流。

— 大麦人
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