本發(fā)明涉及諸如地鐵、輕軌的高壓直流系統(tǒng)的電壓、電流的測量裝置，尤其涉及一種高壓隔離直流電壓電流變送器。

背景技術(shù)：

隨著地鐵、輕軌等軌道交通的發(fā)展，直流系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，由此帶來直流電壓和電流的測量問題。直流模擬信號通過線性光耦隔離時，成本比較高，同時隔離電壓有限，不能滿足安全要求。如CN201928261U一種用于隔離模擬信號的電路中，線性三角波是通過555電路生成鋸齒波的方法，鋸齒波是通過對方波的濾波實現(xiàn)的，由于電容的充放電特性的存在，會導(dǎo)致產(chǎn)生的鋸齒波不是線性的，這將導(dǎo)致后續(xù)的PWM的占空比也不是線性的，從而為系統(tǒng)引入誤差。PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過占空比的調(diào)整，對一個具體模擬信號的電平進行編碼。只要頻寬足夠，任何模擬信號都可以使用PWM進行編碼。特別適用在直流電壓轉(zhuǎn)換方面，可通過調(diào)整占空比來控制輸出電壓的大小。PWM信號是完全的數(shù)字信號，可以方便地實現(xiàn)信號的隔離。但是在PWM編碼及PWM轉(zhuǎn)直流電壓的電路中，其PWM的占空比及其輸出電壓對應(yīng)的數(shù)值，通常呈現(xiàn)非線性的狀態(tài)，而此非線性的狀態(tài)，將導(dǎo)致PWM在工作時的精度下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種高壓隔離直流電壓電流變送器。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種高壓隔離直流電壓電流變送器，包括變送器主體和信號處理電路，所述信號處理電路由固定頻率脈沖生成電路、線性三角波生成電路、采樣信號調(diào)制放大電路、光電隔離電路、DAC轉(zhuǎn)換電路及V/I轉(zhuǎn)換電路。

所述固定頻率脈沖生成電路與線性三角波生成電路相連；

所述三角波生成電路和采樣信號調(diào)制放大電路分別與比較器相連，形成PWM波；

所述PWM波與光電隔離電路相連；

所述光電隔離電路通過施密特觸發(fā)器與DAC轉(zhuǎn)換電路相連；

所述DAC轉(zhuǎn)換電路的一路電壓輸出與V/I轉(zhuǎn)換電路相連接。

上述的高壓隔離直流電壓電流變送器，其進一步特征在于：所述線性三角波生成電路，是在生成的固定頻率方波的基礎(chǔ)上，利用恒流源，控制電容充電速度，在充電后期，在固定頻率方波的作用下，快速放電，從而實現(xiàn)的。

上述的高壓隔離直流電壓電流變送器，其進一步特征在于：所述DAC轉(zhuǎn)換電路是雙路PWM輸入的DAC芯片，實現(xiàn)PWM到1-5V電壓輸出和4-20mA的電流輸出。

有益效果：

1、本發(fā)明實現(xiàn)了采樣的±60mV的采樣信號，轉(zhuǎn)換成1-5V或4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)控制信號，根據(jù)隔離等級和要求選擇對應(yīng)的隔離光耦和電源，最高可實現(xiàn)10KV的隔離。

2、本發(fā)明減小了信號輸出的延時，減少系統(tǒng)的誤差，使測量結(jié)果更準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中直流電壓電流變送器信號處理電路示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中線性三角波生成電路示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型設(shè)計進行詳細說明。

本發(fā)明是針對諸如地鐵、輕軌的高壓直流系統(tǒng)的電流、電壓變送器的信號處理電路設(shè)計方案。地鐵、輕軌中常用直流電壓為750V、1500V等，屬于危險電壓，此時變送器的直流采樣電路具有很高的共模電壓，高共模電壓不允許將測量信號與其它設(shè)備或組件直接相連。這種情況下，對采樣信號進行電氣隔離是絕對必要的。

如圖1所示，本實施例的直流電壓電流變送器信號處理電路示意圖，該電路由固定頻率脈沖生成電路、線性三角波生成電路、采樣信號調(diào)制放大電路、PWM生成及光電隔離電路、DAC轉(zhuǎn)換電路、V/I轉(zhuǎn)換電路等部分組成。固定頻率脈沖生成電路與線性三角波生成電路相連，三角波生成電路和采樣信號調(diào)制放大電路分別與比較器相連，形成PWM波。PWM波與光電隔離電路相連。光電隔離電路通過施密特觸發(fā)器與DAC轉(zhuǎn)換電路相連，DAC的一路電壓輸出與V/I轉(zhuǎn)換電路相連接。本發(fā)明創(chuàng)造實現(xiàn)了采樣的±60mV的采樣信號，轉(zhuǎn)換成1-5V或4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)控制信號。根據(jù)隔離等級和要求選擇對應(yīng)的隔離光耦和電源。最高可以實現(xiàn)10KV的隔離。

如圖2所示，本發(fā)明實施例中線性三角波生成電路示意圖。脈沖生成器通過電阻R1與晶體管Q1的基極連接，晶體管Q1的集電極通過電阻R2與電容C1連接，電阻R3、R4和R5組成分壓電路與晶體管Q2的發(fā)射級和基極相連，晶體管Q2的集電極與電容C1相連。

在該線性三角波生成電路中，晶體管Q2被設(shè)置為一個恒流源。晶體管Q2具有恒定的基極電流IB。通過晶體管Q2的集電極電流必然是恒定的，即βIB，β是晶體管的直流增益。晶體管Q2的集電極電流由晶體管Q1控制流向。如果晶體管Q1截止，則晶體管Q2的集電極電流只能流入電容C1，C1開始充電。由于充電速率恒定，從而在電容C1的兩端形成一個線性斜坡電壓，斜率可以通過調(diào)節(jié)R3來實現(xiàn)。如果晶體管Q1導(dǎo)通，則晶體管Q2的集電極電流通過晶體管Q1流回，同時電容C1通過晶體管Q1快速放電，從而在C1兩端形成固定周期的線性三角波。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實施例中關(guān)于三角波的生成是在生成的固定頻率方波的基礎(chǔ)上，使用恒流源，給電容充電，在充電后期，在固定頻率方波的作用下，快速放電，從而實現(xiàn)線性的三角波，為生成精準(zhǔn)的PWM波創(chuàng)造條件。

目前有PWM轉(zhuǎn)模擬量輸出的DAC方案大多是將PWM多階濾波，實現(xiàn)直流信號輸出。這種設(shè)計將會產(chǎn)生較大的時延，不適合應(yīng)用在直流保護之類的電壓、電流的采樣中。過大的延時，將會使測量的結(jié)果不能正確反映線路上的狀態(tài)，為保護算法提供無效的，甚至是錯誤的數(shù)據(jù)。本發(fā)明變送器的信號處理電路中的DAC轉(zhuǎn)換電路是雙路PWM輸入的DAC芯片。實現(xiàn)PWM到1-5V電壓輸出和4-20mA的電流輸出。

以上的實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明未涉及的技術(shù)均可通過現(xiàn)有的技術(shù)加以實現(xiàn)。