一種隔離采樣裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種隔離采樣裝置，特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)安全隔離低成本無需處理器帶ADC模塊功能的直流電壓隔離采樣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在電壓測(cè)量和控制中，通常采用低壓器件對(duì)高壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。為了保證系統(tǒng)安全可靠，同時(shí)提高系統(tǒng)的抗干擾能力，需要對(duì)主控處理器以及低壓電路進(jìn)行隔離。
[0003]目前，現(xiàn)有技術(shù)的直流電壓隔離采樣主要有以下幾種方式:一、采用線性光藕，線性光藕其電流傳輸比(是指光藕的輸入LED電流與輸出光電管電流之比)穩(wěn)定性不高，且線性光藕價(jià)格比較高。二、采用直流霍爾，該方式成本昂貴，內(nèi)部機(jī)構(gòu)復(fù)雜容易出現(xiàn)故障。三、采用變壓器隔離，該方式電路復(fù)雜，且容易產(chǎn)生EMI干擾信號(hào)，電路穩(wěn)定性也不夠好。
[0004]現(xiàn)有的直流電壓隔離采樣裝置轉(zhuǎn)換后Pmi信號(hào)處理需要濾波變換回模擬電平，處理器需要采用帶ADC功能測(cè)量，且濾波幅值容易受阻容器件影響，同時(shí)PWM頻率變化也會(huì)影響濾波效果，最終導(dǎo)致ADC采樣值偏差較大，且抗干擾能力也不強(qiáng)、電路相對(duì)復(fù)雜。因此，需要一種成本低、可靠性高、采樣誤差小，且電路結(jié)構(gòu)簡單的直流電壓隔離采樣裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種直流電壓隔離采樣的裝置，該裝置在保證高精度的線性采樣前提下，通過采用普通電阻、電容、比較器、光藕器件和最廉價(jià)的處理器即可實(shí)現(xiàn)直流電壓的隔離采樣與處理分析能力。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種隔離采樣裝置，其特征在于，包括三角波發(fā)生單元、輸入分壓單元、PWM發(fā)生單元、隔離傳輸單元和處理器，三角波發(fā)生單元和輸入分壓單元分別連接PWM發(fā)生單元;PWM發(fā)生單元連接隔離傳輸單元，隔離傳輸單元連接處理器。
[0007]優(yōu)選地，所述的三角波發(fā)生單元為三角波發(fā)生器。
[0008]優(yōu)選地，所述的輸入分壓單元是由分壓電阻R6、電阻R7、電阻R8和電容C3組成；電阻R6的一端接輸入采樣電壓，電阻R6的另一端接電阻R7的一端，電阻R7的另一端接電阻R8的一端、電容C3各一端和比較器Ul A的2腳反相輸入端，電阻R8的另一端和電容C3的另一端接地。
[0009 ] 優(yōu)選地，所述的PWM發(fā)生單元是由電阻R3、電阻R5、電容CI和比較器UIA組成；電阻R5—端接三角波發(fā)生單元的三角波信號(hào)端，電阻R5的另一端接電容Cl的一端和比較器UlA的3腳正相輸入端，電容Cl的另一端接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接比較器UlA的I腳輸出端。
[0010]優(yōu)選地，所述的隔離傳輸單元是由電阻R1、電阻R2、電阻R4、光藕U2和電容C2組成；光藕U2的2腳陰極接電阻R4的一端和比較器Ul A的I腳輸出端，電阻Rl的一端接+15V電源，電阻Rl的另一端接電阻R4的另一端和光藕U2的I腳陽極，光藕U2的4腳集電極接電阻R2的一端和電容C2的一端，電阻R2的另一端接+5V電源，光藕U2的3腳發(fā)射極接電容C2的另一端并接地。
[0011]更優(yōu)選地，所述的處理器為普通的單片機(jī)或DSP;所述的隔離傳輸單元的光藕U2的4腳集電極與單片機(jī)或DSP相連。
[0012]本實(shí)用新型的工作原理為:輸入直流電壓經(jīng)過分壓單元限壓低通濾波后，得到較低的直流電壓送至PWM發(fā)生單元的比較器反相輸入端，三角波發(fā)生單元輸出的三角波信號(hào)經(jīng)阻抗變換接入PWM發(fā)生單元的比較器正相輸入端，三角波電平與低壓直流電平經(jīng)PWM發(fā)電單元比較變換與微分處理產(chǎn)生輸出高質(zhì)量的占空比隨輸入電壓按比例變化的PWM電平，用此PffM電平接入隔離傳輸單元，經(jīng)光藕隔離光電轉(zhuǎn)換輸出到系統(tǒng)側(cè)PffM電平經(jīng)低通濾波產(chǎn)生高可靠性的Pmi送至處理器，經(jīng)處理器捕獲單元或1掃描計(jì)數(shù)得到Pmi的占空比經(jīng)分析計(jì)算，最終得到目標(biāo)直流電壓的幅值。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014]本實(shí)用新型通過普通元器件和簡單的電路結(jié)構(gòu)以及采用PWM占空比計(jì)算電壓幅值的方法實(shí)現(xiàn)了直流電壓的隔離采樣，在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)，本實(shí)用新型還具備以下特點(diǎn):輸入帶有低通濾波、PffM發(fā)生電路帶微分穩(wěn)定特性、輸入隔離光藕帶靜態(tài)并聯(lián)電阻、輸出PffM信號(hào)帶低通濾波，電路每個(gè)環(huán)節(jié)都能消弱或消除干擾成分能有效的提高電路可靠性，由于裝置采用PWM隔離傳輸與處理，相對(duì)于數(shù)字處理器采樣更為簡單，處理器無需專用ADC模塊，處理器的普通1口通過掃描計(jì)數(shù)法就可采樣得出PffM占空比，通過PffM占空比與輸入直流電壓的比值換算，最終可得到目標(biāo)直流電壓的準(zhǔn)確幅值。另外處理器采用捕獲測(cè)量法采樣PWM占空比更可提高本裝置的測(cè)量精度。
【附圖說明】
[0015]圖1為隔離采樣裝置電路原理框圖；
[0016]圖2為隔離采樣裝置電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為隔離采樣裝置電壓變換PffM波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0019]實(shí)施例
[0020]如圖1所示，本實(shí)施例的隔離采樣裝置，用于直流電壓的隔離采樣，其包括三角波發(fā)生單元、輸入分壓單元、PWM發(fā)生單元、隔離傳輸單元和處理器，三角波發(fā)生單元和輸入分壓單元分別連接PWM發(fā)生單元;PWM發(fā)生單元連接隔離傳輸單元，隔離傳輸單元連接處理器。所述各單元電路功能分別為:
[0021 ] 1、三角波發(fā)生單元:用于產(chǎn)生穩(wěn)定的三角波信號(hào)。
[0022]2、輸入分壓單元:用于把輸入的高壓電平轉(zhuǎn)換成低壓電平并濾除高頻干擾。
[0023]3、PWM發(fā)生單元:用于把輸入分壓單元送來的低壓電平與三角波發(fā)生單元送來的三角波電平進(jìn)行比較切割產(chǎn)生隨輸入電壓變化調(diào)整占空比的PWM電平。
[0024]4、隔離傳輸單元:用于把PffM發(fā)生單元產(chǎn)生的PffM電平隔離傳輸經(jīng)低通濾波送至處理器。
[0025]5、處理器:通過采樣PffM占空比分析計(jì)算得出輸入直流電壓的幅值。
[0026]如圖2所示，所述的三角波發(fā)生單元為通用的穩(wěn)定三角波發(fā)生器。
[0027]所述的輸入分壓單元是由分壓電阻R6、電阻R7、電阻R8和電容C3組成；電阻R6的一端接輸入米樣電壓，電阻R6的另一端接電阻R7的一端，電阻R7的另一端接電阻R8的一端、電容C3各一端和比較器UlA的2腳反相輸入端，電阻R8的另一端和電容C3的另一端接地。
[0028]所述的PffM發(fā)生單元是由電阻R3、電阻R5、電容Cl和比較器UlA組成；電阻R5—端接三角波發(fā)生單元的三角波信號(hào)端，電阻R5的另一端接電容Cl的一端和比較器UlA的3腳正相輸入端，電容Cl的另一端接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接比較器UlA的I腳輸出端。
[0029]所述的隔離傳輸單元是由電阻R1、電阻R2、電阻R4、光藕U2和電容C2組成;光藕U2的2腳陰極接電阻R4的一端和比較器UlA的I腳輸出端，電阻Rl的一端接+15V電源，電阻Rl的另一端接電阻R4的另一端和光藕U2的I腳陽極，光藕U2的4腳集電極接電阻R2的一端和電容C2的一端，電阻R2的另一端接+5V電源，光藕U2的3腳發(fā)射極接電容C2的另一端并接地。所述的處理器為普通的單片機(jī);所述的隔離傳輸單元的光藕U2的4腳集電極與單片機(jī)相連。
[0030]輸入直流電壓Vdc經(jīng)過輸入分壓單元限壓低通濾波后，得到低壓直流電平VAdJE低壓直流電平VAd接入PffM發(fā)生單元的比較器UlA的負(fù)相輸入端與三角波電平Vtri經(jīng)輸入阻抗匹配接入比較器UlA的正相輸入端進(jìn)行比較微分調(diào)理輸出高質(zhì)量的占空比與輸入電壓成比例的PffM電平VPffM方波信號(hào)，如圖3所示，用VPWM電平接入隔離傳輸單元的光藕U2的陰極，經(jīng)光藕U2的光電轉(zhuǎn)換輸出P麗電平經(jīng)低通濾波產(chǎn)生高可靠性的P麗電平VxADP麗送至處理器，經(jīng)處理器捕獲單元或1掃描計(jì)數(shù)得到PWM的占空比，經(jīng)分析計(jì)算，最終得出輸入直流電壓的幅值。
[0031]本實(shí)用新型裝置提供的隔離采樣裝置還可以用于直流電流隔離采樣、NTC和PT100溫度隔離采樣。本實(shí)用新型的各單元低通濾波與微分處理提高了電路的抗干擾性，保證了電壓測(cè)量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。尤其是電路采用PWM脈寬作為模擬量隔離傳送更為方便，本實(shí)用新型采用的PWM占空比采樣更為實(shí)用，對(duì)處理器來說無需ADC功能，采用處理器的普通1采樣掃描計(jì)數(shù)法即可滿足模擬量采樣變換處理。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隔離采樣裝置，其特征在于，包括三角波發(fā)生單元、輸入分壓單元、PWM發(fā)生單元、隔離傳輸單元和處理器，三角波發(fā)生單元和輸入分壓單元分別連接PWM發(fā)生單元;PWM發(fā)生單元連接隔離傳輸單元，隔離傳輸單元連接處理器。2.如權(quán)利要求1所述的隔離采樣裝置，其特征在于，所述的三角波發(fā)生單元為三角波發(fā)生器。3.如權(quán)利要求1所述的隔離采樣裝置，其特征在于，所述的輸入分壓單元是由分壓電阻R6、電阻R7、電阻R8和電容C3組成；電阻R6的一端接輸入采樣電壓，電阻R6的另一端接電阻R7的一端，電阻R7的另一端接電阻R8的一端、電容C3各一端和比較器UlA的2腳反相輸入端，電阻R8的另一端和電容C3的另一端接地。4.如權(quán)利要求1所述的隔離采樣裝置，其特征在于，所述的PffM發(fā)生單元是由電阻R3、電阻R5、電容Cl和比較器UlA組成；電阻R5—端接三角波發(fā)生單元的三角波信號(hào)端，電阻R5的另一端接電容Cl的一端和比較器UlA的3腳正相輸入端，電容Cl的另一端接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接比較器UlA的I腳輸出端。5.如權(quán)利要求1所述的隔離采樣裝置，其特征在于，所述的隔離傳輸單元是由電阻R1、電阻R2、電阻R4、光藕U2和電容C2組成;光藕U2的2腳陰極接電阻R4的一端和比較器UlA的I腳輸出端，電阻Rl的一端接+15V電源，電阻Rl的另一端接電阻R4的另一端和光藕U2的I腳陽極，光藕U2的4腳集電極接電阻R2的一端和電容C2的一端，電阻R2的另一端接+5V電源，光藕U2的3腳發(fā)射極接電容C2的另一端并接地。6.如權(quán)利要求1所述的隔離采樣裝置，其特征在于，所述的處理器為普通的單片機(jī)或DSP;所述的隔離傳輸單元的光藕U2的4腳集電極與單片機(jī)或DSP相連。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種隔離采樣裝置，其特征在于，包括三角波發(fā)生單元、輸入分壓單元、PWM發(fā)生單元、隔離傳輸單元和處理器，三角波發(fā)生單元和輸入分壓單元分別連接PWM發(fā)生單元；PWM發(fā)生單元連接隔離傳輸單元，隔離傳輸單元連接處理器。本實(shí)用新型通過普通元器件和簡單的電路結(jié)構(gòu)以及采用PWM占空比計(jì)算電壓幅值的方法實(shí)現(xiàn)了直流電壓的隔離采樣。
【IPC分類】G01R19/00
【公開號(hào)】CN205374571
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521108244
【發(fā)明人】隨洪偉, 葉余勝, 楊博, 劉歡
【申請(qǐng)人】上海致遠(yuǎn)綠色能源股份有限公司
【公開日】2016年7月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日