專利名稱：一種交直流兼容的隔離型電壓采樣電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種隔離型電壓采樣電路，具體涉及一種交直流兼容的隔離型電 壓采樣電路。
背景技術(shù)：
目前，普遍應(yīng)用的電力參數(shù)測量儀器儀表，其測量范圍很大，往往從IOV到1000V。 對于高電壓的測量，常用的測量方式一般分為兩種1)串聯(lián)電阻限流電路；2)傳統(tǒng)的互感 器隔離。上述兩種方式均是將高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)后，輸入儀表的模擬信號(hào)調(diào)理 電路，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最終得到數(shù)字信號(hào)。通過串聯(lián)電阻限流電路，只是對被測信號(hào)的輸入電流做了衰減，前端高壓信號(hào)經(jīng) 過大電阻限流后，變?yōu)槲⑷醯碾娏餍盘?hào)，該電流信號(hào)輸至模擬電路，此時(shí)對于輸入的高壓沒 有進(jìn)行物理隔離，如果應(yīng)用不當(dāng)，可能燒毀后面的低壓電路等敏感元件。通過傳統(tǒng)的互感器隔離，這種電磁隔離方式只能通過一定頻率范圍的交流信號(hào)， 線性度，隔離度，相位差等指標(biāo)都不夠好，并且體積大，此種測量方式無法測量直流電壓，具 有一定的局限性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種交直流兼容的隔離型電壓采樣電路，主要解決了 現(xiàn)有技術(shù)在大測量范圍下容易對低壓電路產(chǎn)生影響或者無法實(shí)現(xiàn)交、直流電壓同時(shí)測量的 技術(shù)問題。本實(shí)用新型針對上述技術(shù)問題的技術(shù)解決方案如下一種交直流兼容的隔離型電壓采樣電路，包括限流電路，其特殊之處在于所述限 流電路的輸入端連接有電源電路，限流電路的輸出端分別與第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端、 增益控制電路的輸入端電連接；所述第一運(yùn)算放大器的輸出端分別與增益控制電路的輸出 端和光電隔離放大電路的輸入端電連接；所述光電隔離放大電路的輸出端與輸出驅(qū)動(dòng)電路 的正輸入端電連接；所述輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換器和該輸出驅(qū)動(dòng)電路的 負(fù)輸入端電連接。以上所述的電源電路采用隔離的電源供電。以上所述的光電隔離電路包括第二運(yùn)算放大器、線性光電隔離元件和第三運(yùn)算放 大器；所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與第一運(yùn)算放大器的輸出端電連接，第二運(yùn)算放大 器的輸出端與線性光電隔離元件的一端電連接；所述線性光電隔離元件的另一端與第三運(yùn) 算放大器的正輸入端電連接，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端與輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入端電連 接。以上所述的增益控制電路中應(yīng)用控制器控制電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)測量量程的切換。以上所述限流電路的輸入端串聯(lián)有兆歐級(jí)電阻。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于[0013]1)測量精度高本實(shí)用新型采用增益控制電路使得測量范圍可調(diào)，從而保證了測
量精度。2)可靠性好本實(shí)用新型提供的電源電路采用隔離的電源供電，增加了交直流兼 容的隔離型電壓采樣電路工作的可靠性。
圖1為本實(shí)用新型電路原理方框圖；圖2a為本實(shí)用新型信號(hào)變換過程中輸入的被測電壓圖；圖2b為本實(shí)用新型信號(hào)變換過程中經(jīng)限流電路限流后的電壓圖；圖2c為本實(shí)用新型信號(hào)變換過程中經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路以后輸出的電壓圖；圖3為本實(shí)用新型光電隔離電路圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，交直流兼容的隔離型電壓采樣電路主要由限流電路、電源電路、增益控 制電路、第一運(yùn)算放大器、光電隔離放大電路以及輸出驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其中電源電路采用隔 離電源來實(shí)現(xiàn)，確保輸入端的信號(hào)不會(huì)串?dāng)_到其它電路，增加了系統(tǒng)的可靠性。限流電路的輸入端與電源電路電連接，限流電路的輸出端分別與第一運(yùn)算放大器 的負(fù)輸入端、增益控制電路的輸入端電連接。同時(shí)，限流電路的輸入端還串接有一個(gè)兆歐級(jí) 電阻，以使輸入信號(hào)衰減到模擬器件可以承受的范圍。第一運(yùn)算放大器的輸出端分別與增益控制電路的輸出端和光電隔離放大電路的 輸入端電連接；光電隔離放大電路的輸出端與輸出驅(qū)動(dòng)電路的正輸入端電連接；輸出驅(qū)動(dòng) 電路的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換器和該輸出驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)輸入端電連接。其中增益控制電路實(shí)現(xiàn)量程切換功能。通過微控制器控制電子開關(guān)，切換適合的 量程，實(shí)現(xiàn)更高的測量精度。光電隔離放大電路用來放大這個(gè)模擬信號(hào)，使之能驅(qū)動(dòng)光電隔離器，輸出線性變 化的信號(hào)。參見圖3，該光電隔離放大電路由第二運(yùn)算放大器、第三運(yùn)算放大器和線性光電 隔離元件組成，具有非常高的隔離電壓和線性。并且可以測量直流信號(hào)，應(yīng)用范圍非常廣 泛。該電路通過線性光電元件對高壓輸入端和信號(hào)處理電路進(jìn)行隔離，這種光電隔離方式 克服了電磁隔離的固有缺點(diǎn)。具有線性度好，隔離度高，頻率響應(yīng)范圍寬，體積小的特點(diǎn)，并 且能測量直流信號(hào)。從而提高整個(gè)產(chǎn)品的性能。輸出驅(qū)動(dòng)電路選用集成運(yùn)算放大器能將這個(gè)信號(hào)進(jìn)一步放大到合適的范圍，并提 高其負(fù)載能力，可以直接接入后面的A/D轉(zhuǎn)換器。本實(shí)用新型的工作原理在于被測電壓經(jīng)過限流電路中電阻網(wǎng)絡(luò)限流以后，衰減為 一個(gè)微弱的電流信號(hào)，通過增益控制電路，可以進(jìn)一步調(diào)整到合適的范圍。然后這個(gè)信號(hào)經(jīng) 過放大器，驅(qū)動(dòng)光電元件，輸出一個(gè)與輸入信號(hào)呈線性變化關(guān)系的信號(hào)。再通過運(yùn)放組成的 射隨器輸出。具有輸入范圍寬，輸出負(fù)載低的特點(diǎn)。電路的增益可調(diào)，保證在不同的量程下 都有比較高的測量精度。光電隔離元件的前端處于正偏置狀態(tài)，沒有死區(qū)，保證了良好的線 性。信號(hào)變換的流程為1)輸入的被測電壓，參見圖2a ；2)經(jīng)限流電路限流后的電壓， 參見圖2b ；3)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路以后輸出的電壓，參見圖2c。
上述三個(gè)電壓信號(hào)的選取不同的參考地。其中1)輸入的被測電壓和2)經(jīng)限流電路限流后的電壓選取參考地是被測信號(hào)的地即EGND ；3)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路以后輸出的 電壓選取的參考地是模擬信號(hào)的參考地即AGND ；隔離這兩個(gè)參考地可以提高模擬信號(hào)的 抗干擾性。
權(quán)利要求1.一種交直流兼容的隔離型電壓采樣電路，包括限流電路，其特征在于所述限流電 路的輸入端連接有電源電路，限流電路的輸出端分別與第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端、增益 控制電路的輸入端電連接；所述第一運(yùn)算放大器的輸出端分別與增益控制電路的輸出端和 光電隔離放大電路的輸入端電連接；所述光電隔離放大電路的輸出端與輸出驅(qū)動(dòng)電路的正 輸入端電連接；所述輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與A/D轉(zhuǎn)換器和該輸出驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)輸入 端電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交直流兼容的隔離型電壓采樣電路，其特征在于所述 的電源電路采用隔離的電源供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交直流兼容的隔離型電壓采樣電路，其特征在于 所述的光電隔離電路包括第二運(yùn)算放大器、線性光電隔離元件和第三運(yùn)算放大器；所述第 二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與第一運(yùn)算放大器的輸出端電連接，第二運(yùn)算放大器的輸出端與 線性光電隔離元件的一端電連接；所述線性光電隔離元件的另一端與第三運(yùn)算放大器的正 輸入端電連接，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端與輸出驅(qū)動(dòng)電路的輸入端電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交直流兼容的隔離型電壓采樣電路，其特征在于 所述的增益控制電路中應(yīng)用控制器控制電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)測量量程的切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交直流兼容的隔離型電壓采樣電路，其特征在于 所述限流電路的輸入端串聯(lián)有兆歐級(jí)電阻。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種交直流兼容的隔離型電壓采樣電路，該電路主要由限流電路、電源電路、增益控制電路、第一運(yùn)算放大器、光電隔離放大電路以及輸出驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其中電源電路采用隔離電源來實(shí)現(xiàn)，確保輸入端的信號(hào)不會(huì)串?dāng)_到其它電路，增加了系統(tǒng)的可靠性。主要解決了現(xiàn)有技術(shù)在大測量范圍下容易對低壓電路產(chǎn)生影響或者無法實(shí)現(xiàn)交、直流電壓同時(shí)測量的技術(shù)問題，該交直流兼容的隔離型電壓采樣電路可靠性好，測量精度高。
文檔編號(hào)G01R15/09GK201788222SQ20092027493
公開日2011年4月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者穆明建 申請人:西安愛邦電氣有限公司