一种隔离电压采样电路制造技术

技术编号:15401187 阅读:170 留言:0更新日期:2017-05-24 12:15
本发明专利技术公开了一种隔离电压采样电路。目前精度高、速度快的隔离采样方案成本都比较高。本发明专利技术包括单运放恒流源电路,锯齿波积分电路,电压调制比较电路,高速光耦传输电路。单运放恒流源电路产生高精度的恒定电流提供给锯齿波积分电路,锯齿波积分电路通过特殊的结构产生高线性度的幅值可调的锯齿波。然后通过比较器比较锯齿波与待测电压,将待测电压调制成PWM。最后通过高速光耦将PWM传输到另外一个系统中,以此实现电压的隔离采样。此电路采用一个单电源供电即可;通过改变少数相关元件参数,可以灵活调节采样周期和采样电压的动态范围。此电路成本低,精度高,应用场合广泛。

Isolation voltage sampling circuit

The invention discloses an isolation voltage sampling circuit. At present, the high precision and fast isolation sampling schemes are of high cost. The invention comprises a single operational amplifier, a constant current source circuit, a sawtooth wave integral circuit, a voltage modulation comparison circuit, and a high-speed optocoupler transmission circuit. The constant current source circuit of the single operational amplifier generates a constant current with high precision and is provided to the sawtooth wave integral circuit. The sawtooth wave integrating circuit generates a sawtooth wave with a high line of magnitude adjustable through a special structure. Then, by comparing the sawtooth wave and the voltage to be measured, the voltage to be measured is modulated into PWM. Finally, the PWM is transmitted to another system through high-speed optocoupler to achieve the voltage isolation sampling. This circuit can be powered by a single power supply. By changing the parameters of a small number of related components, the sampling period and the dynamic range of the sampling voltage can be flexibly adjusted. The circuit has low cost, high precision and wide application.

【技术实现步骤摘要】
一种隔离电压采样电路
本专利技术属于电子
,具体涉及一种隔离电压采样电路。
技术介绍
电压采样在电力电子系统中常常起着非常重要的作用。对于共地的系统,电压采样相对简单;对于互相隔离的系统,电压的采样就困难很多。传统的隔离系统中进行电压采样主要有以下几种:第一种,将电压转化成电流,再通过霍尔电流传感器传递后再转化成电压,最后进行电压采样,这种方法精度高,但是霍尔电流传感器较贵;第二种,V/F方式,先将电压通过专用集成芯片转化成频率,再通过光耦合器传输给另外一个系统,通过测量所得到的脉冲的频率可以得到电压值,这种方法缺点是每次采样时间随着脉冲频率变化而变化,无法满足实时控制的需要。第三种,通过基于磁耦合原理的隔离放大器进行传输,这种方法精度高,速度快,但是相应隔离放大器非常昂贵。第四种,通过线性光耦及相应外围电路传输,这种方法精度较高,但是相应光耦较贵,且传输电压动态范围很小,易受温度影响。
技术实现思路
本专利技术目的就是克服现有技术的不足,提供一种隔离电压采样电路。本专利技术一种隔离电压采样电路包括单运放恒流源电路、锯齿波积分电路、电压调制比较电路和高速光耦传输电路。单运放恒流源电路包括运算放大器U1、基准源TL431、第一电阻R1、第二电阻R2,第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。其中第一电阻R1一端与VCC1电源连接,另外一端与基准源TL431芯片的阴极、第二电阻R2的一端连接;基准源TL431的阴极与其参考端连接,基准源TL431的阳极与第三电阻R3的一端连接并接GND1;第二电阻R2另外一端与运算放大器U1的同相端、第六电阻R6的一端连接;第三电阻R3另一端与运算放大器U1的反相端、第四电阻R4的一端连接;第四电阻R4的另一端与运算放大器U1的输出端、第五电阻R5的一端连接;第五电阻R5的另外一端与第六电阻R6的另一端连接并作为恒定电流输出端。锯齿波积分电路包括第一比较器U2、NMOS开关管Q1,高速开关二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11;其中第七电阻R7一端与VCC1电源连接,另一端与第一比较器U2的反相端、第八电阻R8的一端连接;第八电阻R8另一端与GND1连接;第九电阻R9一端与VCC1电源连接,另一端与第十电阻R10的一端、高速开关二极管D1的阳极连接;第十电阻R10的另一端与第一比较器U2的输出端连接;高速开关二极管D1的阴极与开关管Q1的栅极、第二电容C2的一端、第十一电阻R11的一端连接;第二电容C2的另一端与第十一电阻R11的另一端、NMOS开关管Q1的源极、第一电容C1的一端连接并接GND1;第一电容C1的另一端与NMOS开关管Q1的漏极、第一比较器U2的同相端连接并接恒定电流输出端。电压调制比较电路包括第二比较器U3和第十二电阻R12。第二比较器U3的同相端与恒定电流输出端连接;第十二电阻R12一端与第二比较器U3的反相端连接,另一端与待测电压输入端连接。高速光耦传输电路包括高速光耦U4、第十三电阻R13和第十四电阻R14;高速光耦U4的发光二极管的阴极与第二比较器U3的输出端连接;第十三电阻R13的一端与VCC1电源连接,另一端与高速光耦U4的发光二极管的阳极连接;高速光耦U4的光敏三极管的集电极接VCC2电源;高速光耦U4的光敏三极管的发射极与第十四电阻R14的一端连接并作为PWM信号输出端;第十四电阻R14另一端接GND2。本专利技术首先通过基准源TL431产生一个高精度的基准源电压,然后通过以运算放大器U1为关键器件的单电源恒流源电路产生恒定输出电流,电流方向为从第五电阻R5流向第一电容C1。恒定电流的大小等于基准源TL431基准电压与第五电阻R5的比值。第七电阻R7和第八电阻R8将电源电压分压产生一个电压基准Vref给第一比较器U2的反相端。第一电容C1在恒定电流的充电之下,第一比较器U2的3脚上的电压电高度线性上升。当第一比较器U2的同相端上的电压低于反相端的电压的时候,比较器输出低电平,第九电阻R9和第十电阻R10对电源进行分压,第十电阻R10上的电压处于一个较小的电压值,高速开关二极管D1处于导通状态。开关管Q1栅极电压被高速开关二极管D1拑位在一个特定的电压值(这个特定电压值小于开关管的开启阈值电压),开关管处于截止状态。当第一比较器U2的同相端上的电压超过反相端上的参考电压的瞬间,比较器输出高阻状态,此时,电源通过第九电阻R9、高速开关二极管D1的途径对开关管Q1栅极进行快速充电。当开关管Q1栅极电压高于开启阈值电压的时候,开关管导通,第一电容C1上的电荷泄放到地,电压下降。当第一比较器U2的同相端上的电压降低到小于反相端上的电压的瞬间,比较器输出低电平,第九电阻R9和第十电阻R10对电源进行分压,第十电阻R10上的电压处于一个较小的电压值,由于此时高速开关二极管D1阳极电压小于阴极电压,高速开关二极管D1截止。开关管Q1栅极上的电压通过第十一电阻R11较缓地放电(相对于栅极充电过程),第一电容C1上的电压降低到0V。当开关管Q1栅极上的电压降低到低于开关管Q1的开启阈值电压后,开关管Q1截止,此时,第一电容C1上的电压又从0V开始线性上升。这个过程周期循环,产生高线性度的锯齿波。第二比较器U3的反相端接待测电压输入,同相端接有上述电路产生的高线性度锯齿波。当锯齿波电压值小于待测电压时,第二比较器U3输出低电平,此时,高速光耦U4的发光二极管导通,对应的光敏三极管导通;PWM输出高电平。当锯齿波电压值大于待测电压时,比较器输出高阻状态,此时,光耦发光二极管截止,对应光敏三极管截止,PWM输出低电平。本专利技术中的待采样电压就由上述电路转化成相应占空比的PWM信号,通过光耦传输到另一个隔离的系统中。在另外一个系统中可以采用多种方法测出PWM的占空比,得到相应的电压值。此电路采用方便的同一个单电源供电即可;通过改变R5的值,可以改变恒流源的大小,灵活调节采样周期;通过改变R8的值,可以灵活调节信号的采样最大幅度。此电路成本低,精度高,应用场合广泛。附图说明图1是本专利技术的电路图。具体实施方式如图1所示,本专利技术一种隔离电压采样电路包括单运放恒流源电路、锯齿波积分电路、电压调制比较电路和高速光耦传输电路。单运放恒流源电路包括运算放大器U1、基准源TL431、第一电阻R1、第二电阻R2,第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。其中第一电阻R1一端与VCC1电源连接,另外一端与基准源TL431芯片的阴极、第二电阻R2的一端连接;基准源TL431的阴极与其参考端连接,基准源TL431的阳极与第三电阻R3的一端连接并接GND1;第二电阻R2另外一端与运算放大器U1的同相端、第六电阻R6的一端连接;第三电阻R3另一端与运算放大器U1的反相端、第四电阻R4的一端连接;第四电阻R4的另一端与运算放大器U1的输出端、第五电阻R5的一端连接;第五电阻R5的另外一端与第六电阻R6的另一端连接并作为恒定电流输出端。锯齿波积分电路包括第一比较器U2、NMOS开关管Q1,高速开关二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十本文档来自技高网...
一种隔离电压采样电路

【技术保护点】
一种隔离电压采样电路,包括单运放恒流源电路、锯齿波积分电路、电压调制比较电路和高速光耦传输电路;其特征在于:所述的单运放恒流源电路包括运算放大器U1、基准源TL431、第一电阻R1、第二电阻R2,第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6;其中第一电阻R1一端与VCC1电源连接,另外一端与基准源TL431芯片的阴极、第二电阻R2的一端连接;基准源TL431的阴极与其参考端连接,基准源TL431的阳极与第三电阻R3的一端连接并接GND1;第二电阻R2另外一端与运算放大器U1的同相端、第六电阻R6的一端连接;第三电阻R3另一端与运算放大器U1的反相端、第四电阻R4的一端连接;第四电阻R4的另一端与运算放大器U1的输出端、第五电阻R5的一端连接;第五电阻R5的另外一端与第六电阻R6的另一端连接并作为恒定电流输出端;锯齿波积分电路包括第一比较器U2、NMOS开关管Q1,高速开关二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11;其中第七电阻R7一端与VCC1电源连接,另一端与第一比较器U2的反相端、第八电阻R8的一端连接;第八电阻R8另一端与GND1连接;第九电阻R9一端与VCC1电源连接,另一端与第十电阻R10的一端、高速开关二极管D1的阳极连接;第十电阻R10的另一端与第一比较器U2的输出端连接;高速开关二极管D1的阴极与开关管Q1的栅极、第二电容C2的一端、第十一电阻R11的一端连接;第二电容C2的另一端与第十一电阻R11的另一端、NMOS开关管Q1的源极、第一电容C1的一端连接并接GND1;第一电容C1的另一端与NMOS开关管Q1的漏极、第一比较器U2的同相端连接并接恒定电流输出端;电压调制比较电路包括第二比较器U3和第十二电阻R12;第二比较器U3的同相端与恒定电流输出端连接;第十二电阻R12一端与第二比较器U3的反相端连接,另一端与待测电压输入端连接;高速光耦传输电路包括高速光耦U4、第十三电阻R13和第十四电阻R14;高速光耦U4的发光二极管的阴极与第二比较器U3的输出端连接;第十三电阻R13的一端与VCC1电源连接,另一端与高速光耦U4的发光二极管的阳极连接;高速光耦U4的光敏三极管的集电极接VCC2电源;高速光耦U4的光敏三极管的发射极与第十四电阻R14的一端连接并作为PWM信号输出端;第十四电阻R14另一端接GND2。...

【技术特征摘要】
1.一种隔离电压采样电路,包括单运放恒流源电路、锯齿波积分电路、电压调制比较电路和高速光耦传输电路;其特征在于:所述的单运放恒流源电路包括运算放大器U1、基准源TL431、第一电阻R1、第二电阻R2,第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6;其中第一电阻R1一端与VCC1电源连接,另外一端与基准源TL431芯片的阴极、第二电阻R2的一端连接;基准源TL431的阴极与其参考端连接,基准源TL431的阳极与第三电阻R3的一端连接并接GND1;第二电阻R2另外一端与运算放大器U1的同相端、第六电阻R6的一端连接;第三电阻R3另一端与运算放大器U1的反相端、第四电阻R4的一端连接;第四电阻R4的另一端与运算放大器U1的输出端、第五电阻R5的一端连接;第五电阻R5的另外一端与第六电阻R6的另一端连接并作为恒定电流输出端;锯齿波积分电路包括第一比较器U2、NMOS开关管Q1,高速开关二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11;其中第七电阻R7一端与VCC1电源连接,另一端与第一比较器U2的反相端、第八电阻R8的一端连接;第八电阻R8另...

【专利技术属性】
技术研发人员:高明煜詹鑫鑫庄圣恩李芸黄继业
申请(专利权)人:杭州电子科技大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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