【经验】上海国芯LM393在变频器电压检测电路中的应用设计要点

时间： 2021-09-16 来源：世强

技术问答

笔者在做变频器成本优化项目的时候，为了节省整机的成本大部分器件选择了国产品牌，其中比较器选用的是上海国芯厂家的LM393，封装和TI品牌的一致，芯片参数类似。国芯厂家LM393的主要特点见下图所示：

图1 上海国芯LM393特点

上海国芯的LM393可支持单电源供电，也可支持双电源供电，输出形式为开漏型，最重要也是最主要的是供货周期短，性价比高，满足项目立项的要求。

LM393在笔者的电路中主要是判断当前变频器母线电压是否过高，当母线电压超过430V的时候，比较器翻转输出低电平，而CPU采集到低电平信号之后在面板上显示故障告诉用户当前母线电压过高。LM393周围电路见下图所示。

图2 LM393周围电路

图2只截取了LM393周围的电路，反相输入端是变频器直流母线电压的检测信号，此处因为保密原因不便截图附录，反相输入点

IN1与变频器母线电压的对应关系为：直流母线电压为460V时，IN1为3V时；LM393的供电电源是3.3V，LM393的正相输入端电平为：Vth1=2.74V，Vth2=2.70V。即：当IN1的电压超过2.74V的时候比较器输出低电平，当IN1的电压低于2.70V的时候比较器输出高电平。此处电路采用的是迟滞比较电路，迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。门限电压的计算如下所示：

1）当out输出为高电平的时候，电路变成：

图3 当OUT输出为高电平时，LM393比较器的3脚电路

图3只是截取了部分，方便对迟滞电路电平的计算。此时LM393的3脚电平计算过程为：R119与R127串联，得出电阻值为：51.68k，然后与R122进行并联，得出的电阻值为：671Ω。最后在与R123进行串联，可以得到R123分得的电压，电压为：

3.3*R123/(R123+671)=2.74V，LM393的3脚处的电压可近似视为2.74V（若需要计算更为详细的电压值，可利用R119与R127串联支路电流相等的原则进行结算，计算过程为：（3.3V-V3+)/R119=(V3+—2.74V）/R127，计算出来的V3+电压为2.7473V.。注：V3+就是LM393的同相输入端）。

2）当out输出为低电平的时候，电压变成：

图4 当out输出为低电平时，LM393比较器的3脚电路

图4只是截取了部分，方便对迟滞电路电平的计算。电路的计算思路同上述内容，此处不再赘述，图4中可以计算出R123左端的电压为：2.70V，LM393的3脚处的电压可近视为2.70V（若需要计算更为详细的电压值，可以利用R119与R127串联支路电流相等的原则进行计算，LM393的3脚更详细的电压为：2.664V）。

变频器直流母线电压达到430V的时候，IN1的电压为2.80V，此时比较器反相输入端IN1电平高于同相输入电平，比较器翻转，OUT输出低电平。CPU采集到OUT的低电平之后，面板上显示故障。

笔者在调试上述电路的时候，发现变频器的直流母线电压在390V的时候，面板就会显示故障，最开始以为是面板显示问题，实际测量的时候OUT确实发生了电平变化，而比较器的同相输入端电压一直为2.74V，反复尝试过多次依然是同样的结果。

笔者在查找LM393资料的时候找到一个参数的介绍：

图5 LM393共模电压范围

共模输入电压范围参数被定义为这样的一个共模输入电压范围：当超过这个范围时，可以引起芯片停止正确工作。

从共模输入电压的解释中可以看出，当LM393的供电为3.3V的时候，能正常工作的电压范围最大只有1.8V，而当变频器母线电压为430V的时候，LM393反相输入电压已经为2.8V，远超过芯片能正常工作的电压，从而导致LM393的工作紊乱。针对此情况，把芯片电源更改为5V，提高共模电压范围，重新进行测试的时候一切正常。

图6 飞线图示

笔者把自己调试LM393电路的经验分享给大家，以后设计电路的时候一定要多留意芯片输入共模电压范围这个参数，防止意想不到的的情况发生。

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系列,NSI6622NB-Q1SWR,NSD5604N-Q1HTSPR,NSD1224X,NSI6602C-Q1SPNR,NSI8100W,NSI6622NA-DSPNR,NSIP8844W1-DSWR,NSI6622NB-DSWKR,NSE5702,NSE5701,NSI8100N,NSP183X,NCA1044-Q1DNR,NSI6622NC-DLAR,NCA1021S-Q1DNR,NSI6622VB-Q1SPNR,NCA1044N-Q1DNR,NSD16241-DSPKR,NSI3190,NSI6602VD-DSWR,NPC060N120A-QTOOT,NSI6622NA-Q1SWKR,NSE34050Q,NSE4253 系列,NSD1224LA-DAFR,NSI8241SX,NSI6622NA-Q1SWR,NSI6622NC-Q1SPNR,NSI8231CX-DSWR,NSI1052-DSWR,NSI6622VA-Q1SPOR,NSI6801B-DSWFR,NSP183X 系列,NSI6602B-Q1SPNR,NSI6601WC-DSWVR,NSI6651ASC-Q1SWR,NSC6272,NSI8263CX-DSWR,NSD8310-Q1HTSXR,NSC6273,NSREF31XX,NSI6622ND-DSWR,NSI6622NC-DSPNR,NSI1042C-DSWVR,NSI6602NB-DLAR,NSI6602NB-DSPNR,NSA5312,NSI6622VC-Q1SWKR,NSPGL1,NSI6602A-Q1SWR,NSI6622NC-Q1SPOR,NSI6642C-DLAMR,NSI6601MC-DSWVR,NSD56008-Q1,NSI8220WX,NSI8266WX,NSD5604NE,NSI6622VA-Q1SPNR,NSI6602VB-DSWKR,NCA1042BN-Q1SPR,NCA1057-Q1SPR,NCA1043B-Q1,NCA9511,NSI6602A-DSWR,NSC6280,NSI6602NA-Q1SWKR,NSI6602NC-DSWR,NSI6801TC-DDBR,NSI8242SX,NSI68515AC-DSWR,NST112,NSI6602B-DSWKR,NSI6602VD-DLAMR,NSI8220CX-DSWVR,NSI6622NB-DSWR,NST235,NST117,NSI6602VC-DSWKR,NSI6602VC-Q1SWKR,NSI6602MB-DSWDR,NST118,NSD16242-Q1SPR,NCA3085,NSI1050C-SWR,NCA1044-Q1SPR,NSI6651,NSI6601MB-DSWVR,NSI6642B-DLAMR,NSI6602C-DSWKR,NSI8240NX,NCA1057N-Q1DNR,NSP163X,NSI6602NC-DSPNR,NCA1042BN-Q1,NSI8221WX,NSI66X2,NSI6631ASC-Q1SWR,NSP163X 系列,NSI1050C,NSI6602MNC-DSWTR,NCA1042B-Q1DNR,NSI6642,NSI6601C-DSWVR,NIRS2X,NSI8266SX,NSI6602NB-Q1SPOR,NSI6602NC-Q1SPOR,NSG65N15K,NSI6622ND-DLAMR,NSD12409-Q1SPR,NCA1042CN-DSPR,NSI6602VA-DSWKR,NSI6642D-DLAMR,NCA1051N,NSI6642A-DSWKR,NIRS20N1-DSPR,NIRS21N1-DSPR,NSI6622NA-DLAR,NSC2860X-DQNR,NSI1042-DSWVR,NCA1042C-Q1SPR,NSI6602C-DSWR,NCA1057-Q1DNR,NSI8221CX-DSPR,NPD010N120A-DTOGT,NSI6602VB-Q1SWR,NSI8210CX-DSPR,NSI8241NX,NSI6602NC-Q1SPNR,NCA1042BN-Q1DNR,NST461,NSD2621X,NCA1042A-Q1,NSI8222WX,NST103,NSI1303D0X,NSI1303E2X,NSI6622A-Q1SWKR,NSI6602VC-DLAR,NSD16242-DSPR,NCA9555,NSI1052,NSC6360,NSC6362,NSI6622NB-DLAMR,NSI6651ALC-DSWR,NSC6364,NCA1042B,NSI6602NA-DSPNR,NSI6622A-DLAR,NSI6622C-Q1SPNR,NCA1042C,NSI8220CX-DSWR,NSI6622C-DSPNR,NSA3166,NCA1042A-Q1SPR,NSIP8941W0-DSWR,NSI6642B-DLAR,NCA1042B-Q1,NSPGD1M,NSE4254 系列,NSD1624-DSPR,NSI6602VA-Q1SWR,NSD1026V-Q1HMSR,NSI8242CX-DSWR,NSI6602MNC-Q1SWTR,NST20,NIRS31,NSREF30XX,NCA9545,NSI6622NA-DLAMR,NSI1042,NSI6611,NCA9546,NSI6622B-DSPNR,NCA9306,NCA9548,NSD12416-Q1SPR,NSI6602MC-Q1SWTR,NSI8242NX,NSD8381-Q1QAIR,NSD8308-Q1HTSXR,NCA9617A,NST1001HA,NSI6602VA-DSWR,NSI1303D2X,NSI6601B-DSWVR,NSD7310-DHSPR,NSI6601,NSD731X-Q1,NCA1057N-Q1SPR,NSR7808GXX,NSD7312-Q1HSPR,NSI6602VB-DLAMR,NSI6602MNF-DSWTR,NSD1026V-DHMSR,NSA3300,NSI6602C-Q1SWKR,NSC2860X,NSI6622NB-Q1SPNR,NCA1051N-DSPR,NSI6611ASC-DSWR,NSI22C11,NSI8230CX-DSWR,NSI6801B-DSPR,NSI6622A-DSPNR,NSD5604NE-DHTSTR,NSI6601MB-Q1SWVR,NST86,NCA1042B/ A-Q1,NIRS31-DSSR,NSI6642C-DSWKR,NSE4250 系列,NSA2200,NSI8262WX,NSI6602NB-DLAMR,NSE11409,NSI8260SX,NSPGD1,NCA1042B-Q1SPR,NSI6602VD-Q1SPNR,NSI6622NC-DLAMR,NSD8306,NSD3608-Q1,NSD731X,NSD8308,NIRSP31V,NSI6602VB-DLAR,NSD73

选型指南 - 纳芯微电子 - 2024年4月 PDF 中文下载

PT32S038x 32 位基于 ARM 内核的带 64KB 存储器的微控制器CAN、LCD 控制器、9 个定时器，1 个 ADC，11 个通讯接口运算放大器,比较器以及 7 位的 LDAC数据手册

型号- PT32S038C6,PT32S038C8,PT32S038K6U6,PT32S038K6,PT32S038C8T6,PT32S038K8U6,PT32S038K8,PT32S038K6T6,PT32S038K8T6,PT32S038X,PT32S038C6T6,PT32S038R6,PT32S038R6R6,PT32S038R8T6,PT32S038R8,PT32S038R8T6R,PT32S038R8R6,PT32S038X 系列,PT32S038R6T6,PT32S038X6,PT32S038X8

数据手册 - 厦门澎湃微电子 - Rev 1.1 - 2023-09-04 PDF 中文下载

3PEAK Pin-to-Pin Product（2020）

型号- TPW4051,MAX3232E,TPW4053,AZRS485,WL2852,TPW4052,TPV706,WL2853,WL2855,NJM4580,SN74LVC1G3157,NCS21X,WL2851,TRS3122,S-1206,SGM2040,LMV358,ME6208,NCP114,ECH485,ME6209,SGM2200,SGM2202,SGM2201,TPS709XX,SGM2204,RT9013,SGM2203,ME6203,ME6201,TPS706,LM324A,TP2582,LMV324B,HC4053,HC4052,MCP1700,HC4051,SGM2032,TPV6823,SGM2034,SGM2037,TPS797,SGM2036,ADM3485E,SGM2038,LM393,TPT487,NCP170,LM331AU,LM2901A,INA226,TPV809,TPL740,MAX3085,INA21X,TPV803,TPA626,TPT485E,TP8485E,ISL3152,TLV707,MAX487,INA220,LM393A,TL072,SIT3232,SGM2035C,TPA620,TL074,TPV811,TPV812,NCP177,HVD3082,SGM3157,TPV810,MAX3485E,WL2863,TPL730,TS391,WL2861,WL2862,LM2902A,SN75176A,SN75176B,TL082,TL084,TPW3157A,TLV702,TP181AX,ADM706,SIT485,HT73XX,THVD1500,GM3082,XR32220,BL3085,WL2815,TPL720,TPS3823,SGM809,WL2810,TLV704XX,LM2904,LMV321,LM339A,LM2901,LM2902,LM2903A,LM2903,SGM810,SGM811,LM331A,STM706,ISL83082,TPT75176,DIO6809,TL331,WL2805,WL2801,WL2803,ST3232E,LM358,TPL710,STM812,STM811,LM2904A,TP2262,STM810,TP2264,TPT3122,LMV324,NJM4558,TRS3232E,SP3485E,TPT3232E,XC6218,XC6216,WL2835,LM321,XC6209,ST3485E,LM324,TPL820,STM803,SGM706,MS3485,S-1313,TS5A3157,STM809,TP199,UM3085,RT9073,UM3483,LM321A,LMV321B,UM3486,SGM2021,ADM6823,XC6203,XC6202,XC6201,SGM2300,SGM2028,XC6207,XC6206,WL2825,WL2820,TPL810,DIO6810,LM358A,LM339,SGM812,BA4558,HVD11DR,LMV358B,UM3232,ADM3202,TLV742,HT75XX, HT71XX,SGM2019

对照表 - 思瑞浦 - 2020/03/27 PDF 英文下载

【应用】国产DSP ADP32F034QP80S可兼容TMS320F28034PNT助力于变频器，支持Boot ROM

对于变频器来说，主控制器的处理速度、功耗、资源等，都是比较重要的考虑因素，一般的MCU运算能力都没有DSP快速，因此变频器通常需要采用高性能的数字信号处理器DSP来做其主控制器，推荐了进芯电子的ADP32F034QP80S进行替代备选，性能相近。

应用方案发布时间 : 2022-04-13

PT32L031x 32 位基于 ARM 内核带 64KB 存储器的微控制器2 个运放，2 个比较器，7 个定时器，1 个 ADC，6 个通讯接口数据手册

型号- PT32L031S4,PT32L031K4U6,PT32L031X6,PT32L031X4,PT32L031X,PT32L031K4,PT32L031SX,PT32L031S6,PT32L031GX,PT32L031G6,PT32L031G4,PT32L031S4U6,PT32L031F4P6,PT32L031K6,PT32L031F6P6,PT32L031X 系列,PT32L031S6U6,PT32L031K6U6,PT32L031K6X6,PT32L031F4P6R,PT32L031K4X6,PT32L031GX 系列,PT32L031F6,PT32L031SX 系列,PT32L031F4,PT32L031G4P6,PT32L031G6P6,PT32L031K6T6,PT32L031K4T6

数据手册 - 厦门澎湃微电子 - 版本 0.1 - 2023-12-01 PDF 中文下载

扬州国芯成立于 2003年，是国家重点高新技术企业。主要从事IC产品的设计研发、测试和销售，同时对外承接客户的IC芯片委托设计和测试服务业务。拥有四条芯片加工生产基地，具有明显的区域优势，并引进了国外先进的芯片生产工艺加工技术和质量管理体系。

比较器运算放大器时钟专用电路时基专用电路 AC-DC DC-DC 线性稳压电路锂电池充电电路驱动IC 电机驱动音频功率放大器电容触屏电路逻辑器件电源管理IC 逻辑电路音频电路触摸IC LED驱动

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科山芯创（COSINE）高性能模拟及射频芯片选型指南

描述- 科山芯创是—家专注于高品质模拟/混合信号集成电路芯片研发与设计的创新型企业。公司已开发量产多个系列100 多款芯片，性能对标国际一流厂商。主要产品包括：信号调理芯片、电源管理芯片、射频收发芯片、隔离接口芯片等。拥有雄厚的研发实力及完全自主的知识产权，核心技术团队来自国内外著名的射频模拟集成电路设计公司，在半导体芯片研发、质量管控等方面拥有丰富的经验。

型号- COS2170,COS4425,COS4228,COS4426,COS393,COS4423,COS4347,COS4424,COS1314,COS4427,COS4428,COS6002,COS29152,COS6001,COS8820,COS6044,COS358,COS8221,COS29750,COS4421,COS4422,COS2244,COS991,COS1353,COS6004,COS29752,COS605,COS722,COS6042,COS6041,COS724,COS603,COS29150,COS604,COS2113,COS29502,COS4379,COS2314,COS1347,COS3525,COS4890,COS4374,COS324,COS721,COS4333,COS29300,COS4177,COS3201,COS485,COS244,COS2991,COS2353,COS321,COS29500,COS29302,COS8052,COS8054,COS4171,COS8092,COS8094,COS4170,COS8051,COS8091,COS1333,COS171,COS2347,COS2228,COS170,COS4561,COS379,COS5532,COS331,COS1177,COS4244,COS1374,COS821,COS228,COS822,COS824,COS2333,COS4514,COS2379,COS4314,COS4515,COS1042T,COS8830,COS620,COS2171,COS8551,COS2374,COS8552,COS4991,COS4353,COS2177,COS8554,COS6212

选型指南 - 科山芯创 - 2023/3/7 PDF 中文下载

PT32F030x 32 位基于 ARM 内核带 64KB 存储器的微控制器2 个运放，3 个比较器，7 个定时器，1 个 ADC，6 个通讯接口数据手册

型号- PT32F030X8,PT32F030K8U7,PT32F030K6T7,PT32F030X6,PT32F030K8T7,PT32F030X,PT32F030K6U7,PT32F030G8,PT32F030X 系列,PT32F030G6,PT32F030C8T7R,PT32F030C8,PT32F030G8P7,PT32F030C6T7,PT32F030C6,PT32F030G6P7,PT32F030C8T7,PT32F030K8,PT32F030K6

数据手册 - 厦门澎湃微电子 - 版本 1.2 - 2023-04-12 PDF 中文下载查看更多版本