一种高压隔离直流电压电流变送器制造技术

本实用新型专利技术公开了针对诸如地铁、轻轨的高压直流系统的电流、电压变送器的信号处理电路。本实用新型专利技术的高压隔离直流电压电流变送器的信号处理电路包括固定频率脉冲生成电路、线性三角波生成电路、采样信号调制放大电路、PWM生成及光电隔离电路、DAC转换电路等部分组成。通过该电路，可以实现采样的±60mV的采样信号，转换成1‑5V和4‑20mA的标准信号。根据隔离等级和要求选择对应的隔离光耦和电源。可以实现高达10KV的隔离要求。

High voltage isolation DC voltage current transducer

The utility model discloses a signal processing circuit for a current and voltage transmitter of a high voltage direct current system, such as a subway or a light rail. The signal processing circuit of the utility model of high voltage isolation DC voltage current transducer comprises a fixed frequency generating circuit, linear triangular wave generating circuit, sampling signal modulation and amplifying circuit, PWM generation and photoelectric isolation circuit and DAC conversion circuit pulse. The circuit can realize sampling signal sampling + 60mV, converted into a standard signal of 1 5V and 4 20mA. Select the isolated optocoupler and the power supply according to the isolation level and requirements. Isolation requirements of up to 10KV can be achieved.

【技术实现步骤摘要】
一种高压隔离直流电压电流变送器
本专利技术涉及诸如地铁、轻轨的高压直流系统的电压、电流的测量装置，尤其涉及一种高压隔离直流电压电流变送器。
技术介绍
随着地铁、轻轨等轨道交通的发展，直流系统的应用越来越广泛，由此带来直流电压和电流的测量问题。直流模拟信号通过线性光耦隔离时，成本比较高，同时隔离电压有限，不能满足安全要求。如CN201928261U一种用于隔离模拟信号的电路中，线性三角波是通过555电路生成锯齿波的方法，锯齿波是通过对方波的滤波实现的，由于电容的充放电特性的存在，会导致产生的锯齿波不是线性的，这将导致后续的PWM的占空比也不是线性的，从而为系统引入误差。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过占空比的调整，对一个具体模拟信号的电平进行编码。只要频宽足够，任何模拟信号都可以使用PWM进行编码。特别适用在直流电压转换方面，可通过调整占空比来控制输出电压的大小。PWM信号是完全的数字信号，可以方便地实现信号的隔离。但是在PWM编码及PWM转直流电压的电路中，其PWM的占空比及其输出电压对应的数值，通常呈现非线性的状态，而此非线性的状态，将导致PWM在工作时的精度下降。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种高压隔离直流电压电流变送器。本专利技术的技术方案为：一种高压隔离直流电压电流变送器，包括变送器主体和信号处理电路，所述信号处理电路由固定频率脉冲生成电路、线性三角波生成电路、采样信号调制放大电路、光电隔离电路、DAC转换电路及V/I转换电路。所述固定频率脉冲生成电路与线性三角波生成电路相连；所述三角波生成电路和采样信号调制放大电路分别与比较器相连，形成PWM波；所述PWM波与光电隔离电路相连；所述光电隔离电路通过施密特触发器与DAC转换电路相连；所述DAC转换电路的一路电压输出与V/I转换电路相连接。上述的高压隔离直流电压电流变送器，其进一步特征在于：所述线性三角波生成电路，是在生成的固定频率方波的基础上，利用恒流源，控制电容充电速度，在充电后期，在固定频率方波的作用下，快速放电，从而实现的。上述的高压隔离直流电压电流变送器，其进一步特征在于：所述DAC转换电路是双路PWM输入的DAC芯片，实现PWM到1-5V电压输出和4-20mA的电流输出。有益效果：1、本专利技术实现了采样的±60mV的采样信号，转换成1-5V或4-20mA的标准控制信号，根据隔离等级和要求选择对应的隔离光耦和电源，最高可实现10KV的隔离。2、本专利技术减小了信号输出的延时，减少系统的误差，使测量结果更准确。附图说明图1为本专利技术实施例中直流电压电流变送器信号处理电路示意图。图2为本专利技术实施例中线性三角波生成电路示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术设计进行详细说明。本专利技术是针对诸如地铁、轻轨的高压直流系统的电流、电压变送器的信号处理电路设计方案。地铁、轻轨中常用直流电压为750V、1500V等，属于危险电压，此时变送器的直流采样电路具有很高的共模电压，高共模电压不允许将测量信号与其它设备或组件直接相连。这种情况下，对采样信号进行电气隔离是绝对必要的。如图1所示，本实施例的直流电压电流变送器信号处理电路示意图，该电路由固定频率脉冲生成电路、线性三角波生成电路、采样信号调制放大电路、PWM生成及光电隔离电路、DAC转换电路、V/I转换电路等部分组成。固定频率脉冲生成电路与线性三角波生成电路相连，三角波生成电路和采样信号调制放大电路分别与比较器相连，形成PWM波。PWM波与光电隔离电路相连。光电隔离电路通过施密特触发器与DAC转换电路相连，DAC的一路电压输出与V/I转换电路相连接。本专利技术创造实现了采样的±60mV的采样信号，转换成1-5V或4-20mA的标准控制信号。根据隔离等级和要求选择对应的隔离光耦和电源。最高可以实现10KV的隔离。如图2所示，本专利技术实施例中线性三角波生成电路示意图。脉冲生成器通过电阻R1与晶体管Q1的基极连接，晶体管Q1的集电极通过电阻R2与电容C1连接，电阻R3、R4和R5组成分压电路与晶体管Q2的发射级和基极相连，晶体管Q2的集电极与电容C1相连。在该线性三角波生成电路中，晶体管Q2被设置为一个恒流源。晶体管Q2具有恒定的基极电流IB。通过晶体管Q2的集电极电流必然是恒定的，即βIB，β是晶体管的直流增益。晶体管Q2的集电极电流由晶体管Q1控制流向。如果晶体管Q1截止，则晶体管Q2的集电极电流只能流入电容C1，C1开始充电。由于充电速率恒定，从而在电容C1的两端形成一个线性斜坡电压，斜率可以通过调节R3来实现。如果晶体管Q1导通，则晶体管Q2的集电极电流通过晶体管Q1流回，同时电容C1通过晶体管Q1快速放电，从而在C1两端形成固定周期的线性三角波。相对于现有技术，本实施例中关于三角波的生成是在生成的固定频率方波的基础上，使用恒流源，给电容充电，在充电后期，在固定频率方波的作用下，快速放电，从而实现线性的三角波，为生成精准的PWM波创造条件。目前有PWM转模拟量输出的DAC方案大多是将PWM多阶滤波，实现直流信号输出。这种设计将会产生较大的时延，不适合应用在直流保护之类的电压、电流的采样中。过大的延时，将会使测量的结果不能正确反映线路上的状态，为保护算法提供无效的，甚至是错误的数据。本专利技术变送器的信号处理电路中的DAC转换电路是双路PWM输入的DAC芯片。实现PWM到1-5V电压输出和4-20mA的电流输出。以上的实施例仅为说明本专利技术的技术思想，不能以此限定本专利技术的保护范围，凡是按照本专利技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本专利技术保护范围之内。本专利技术未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压隔离直流电压电流变送器，包括变送器主体和信号处理电路，其特征在于：所述信号处理电路由固定频率脉冲生成电路、线性三角波生成电路、采样信号调制放大电路、光电隔离电路、DAC转换电路及V/I转换电路组成；所述固定频率脉冲生成电路与所述线性三角波生成电路相连；所述三角波生成电路和所述采样信号调制放大电路分别与比较器相连，形成PWM波；所述PWM波与所述光电隔离电路相连；所述光电隔离电路通过施密特触发器与所述DAC转换电路相连；所述DAC转换电路的一路电压输出与所述V/I转换电路相连接。

【技术特征摘要】
1.一种高压隔离直流电压电流变送器，包括变送器主体和信号处理电路，其特征在于：所述信号处理电路由固定频率脉冲生成电路、线性三角波生成电路、采样信号调制放大电路、光电隔离电路、DAC转换电路及V/I转换电路组成；所述固定频率脉冲生成电路与所述线性三角波生成电路相连；所述三角波生成电路和所述采样信号调制放大电路分别与比较器相连，形成PWM波；所述PWM波与所述光电隔离电路相连；所述光电隔离电路通过施密特触发器与所述DAC转换电路相连；所述DAC转换电路的一路电压输出与所述V/I转换电路相连接。2.根据权利要求1所述的高压隔离直流电压电流变送器，其特征在于：所述线性三角波生成电...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦成虎，张林，
申请(专利权)人：南京国电南自轨道交通工程有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32