全隔离直流电压采样系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及电压隔离检测技术领域，具体为一种全隔离直流电压采样系统及其工作方法，其中全隔离直流电压采样系统包括：输入信号隔离模块；所述输入信号隔离模块适于将输入电压的电压信号进行隔离后输出；所述输入信号隔离模块包括：电压采样电路、一级滤波电路、信号调理电路、二级滤波电路和信号转换隔离电路。通过输入信号隔离模块实现电压信号的隔离输出。

【技术实现步骤摘要】
全隔离直流电压采样系统及其工作方法
本专利技术涉及电压隔离检测
，具体为一种全隔离直流电压采样系统及其工作方法。
技术介绍
随着电力电子技术的飞速发展，大型设备的运行有时需要用到直流电源进行直接供电或作为备用电源，而直流电源的输出电压幅度较大从几十伏到几千伏，为实现对输出电压的有效监控，需要将电压值实时传输给主控器。为保证电压值不失真，且前级高电压信号不影响后级低压电路的运行，传统的方式如图1所示采用电阻分压采样，将高压直流信号转换成比例低压直流信号，再使用线性光耦实现主控器与低压直流信号地隔离，从而实现对直流高电压的监测；或者利用电压霍尔传感器来采集高压信号，因霍尔元件响应速度快，该方式快速准确精度高，只要传感器无故障，可以实时监测，且不会影响其他电路的运行。目前传统的电阻分压采样将直流高压转换成低压，再进行光耦隔离的方式，采样精度较高，但未实现完全的电气隔离，如供电电源部分，导致设备抗干扰能力较弱，不能适应工业对设备稳定性和可靠性的需求；而采用电压霍尔传感器实现直流高压采样的方式，电压测量精度很高，响应速度也很快，但造价高，且需双电源供电，成本不容忽视。基于上述技术问题，需要设计一种新的全隔离直流电压采样系统及其工作方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种全隔离直流电压采样系统及其工作方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种全隔离直流电压采样系统，包括：输入信号隔离模块；所述输入信号隔离模块适于将输入电压的电压信号进行隔离后输出；所述输入信号隔离模块包括：电压采样电路、一级滤波电路、信号调理电路、二级滤波电路和信号转换隔离电路；其中所述电压采样电路适于采集输入电压的电压信号，所述电压信号依次经过一级滤波电路、信号调理电路、二级滤波电路输入至信号转换隔离电路中；其中所述一级滤波电路适于将电压信号稳定输出至信号调理电路；所述信号调理电路适于保持电压信号恒定并输出至二级滤波电路；所述二级滤波电路适于将电压信号滤波后稳定输出至信号转换隔离电路；所述信号转换隔离电路适于将电压信号转换为I2C信号后，再经过电平转换后输出。进一步，所述电压采样电路包括：串联设置的电阻R1、电阻R2，以及分压电阻R4；所述输入电压经过电阻R1、电阻R2后，由分压电阻R4分压后输入至第一级滤波电路。进一步，所述一级滤波电路包括：电容C1、电容C2和电阻R3；其中电容C1、电容C2的一端对地连接，另一端之间跨接电阻R3构成π型滤波电路。进一步，所述信号调理电路包括：运算放大器U1、限流电阻R5、反馈电阻R7和下拉电阻R8；其中所述运算放大器U1的同相端为输入端，运算放大器U1的反相端与输出端之间连接反馈电阻R7；以及所述运算放大器U1的输出端连接所述下拉电阻R8和限流电阻R5。进一步，所述二级滤波电路包括：电容C3、电容C4、运算放大器U2和电阻R6；其中运算放大器U2、电阻R6和电容C4构成有源滤波电路，即所述运算放大器U2的反相端与输出端相连构成电压跟随器；电阻R6的一端与限流电阻R5相连构成二级滤波电路输入端，另一端与电容C4连接形成RC滤波器，所述运算放大器U2的同相端连接在电阻R6和电容C4之间，以及所述电容C3的两端分别连接在二级滤波电路输入端与运算放大器U2的输出端以形成反馈网络。进一步，所述信号转换隔离电路包括：信号转换芯片和隔离芯片；经过所述二级滤波电路滤波的电压信号通过信号转换芯片转换为I2C信号后，经过所述隔离芯片输出；以及在隔离芯片的SCL输入/输出端、SDA输入/输出端上分别连接有上拉电阻；并且在信号转换芯片和隔离芯片的供电端连接有滤波电容C5和滤波电容C6。进一步，所述全隔离直流电压采样系统还包括：电源隔离电路；所述电源隔离电路包括：DC/DC隔离模块、LC滤波电路和中低频滤波电路；外部电源经过LC滤波电路后输入DC/DC隔离模块，DC/DC隔离模块将外部电源电压转换为工作电压后经过中低频滤波电路滤波，同时将工作电压输入隔离芯片的输入级供电端和运算放大器U1、运算放大器U2的供电端；所述隔离芯片的输出级供电端由外部电源电压提供。另一方面，本专利技术还提供一种全隔离直流电压采样系统的工作方法，包括：通过电源隔离电路为全隔离直流电压采样系统提供隔离电源；以及所述全隔离直流电压采样系统适于将输入的电压信号隔离后输出。进一步，所述工作方法适于采用上述的全隔离直流电压采样系统实现。本专利技术的有益效果是，本专利技术所涉及的全隔离直流电压采样系统及其工作方法采用电阻分压、运放调理、两级滤波、信号转换芯片，使低压模拟信号转换成I2C信号，并经过隔离芯片输出到主控器，而供电电压采用DC/DC隔离电源模块，真正实现整个电路的电气隔离，与传统电路相比，极大提高系统电路的抗干扰能力，且兼容性强。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是传统直流电压采样监测电路的电路图；图2是本专利技术所涉及的全隔离直流电压采样系统的系统框图；图3是本专利技术所涉及的输入信号隔离模块中电压采样电路、一级滤波电路、信号调理电路和二级滤波电路的电路图；图4是本专利技术所涉及的输入信号隔离模块中信号转换隔离电路的电路图；图5是本专利技术所涉及的电源隔离电路的电路图。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。实施例1图2是本专利技术所涉及的全隔离直流电压采样系统的系统框图。如图2所示，本实施例提供了一种全隔离直流电压采样系统，包括：输入信号隔离模块；所述输入信号隔离模块适于将输入电压的电压信号进行隔离后输出；所述输入信号隔离模块包括：电压采样电路、一级滤波电路、信号调理电路、二级滤波电路和信号转换隔离电路；其中所述电压采样电路适于采集输入电压的电压信号，所述电压信号依次经过一级滤波电路、信号调理电路、二级滤波电路输入至信号转换隔离电路中；其中所述一级滤波电路适于将电压信号稳定输出至信号调理电路；所述信号调理电路适于保持电压信号恒定并输出至二级滤波电路；所述二级滤波电路适于将电压信号滤波后稳定输出至信号转换隔离电路；所述信号转换隔离电路适于将电压信号转换为I2C信号后，再经过电平转换后输出；实现了电压信号的隔离输出。图3是本专利技术所涉及的输入信号隔离模块中电压采样电路、一级滤波电路、信号调理电路和二级滤波电路的电路图。如图3所示，在本实施例中，所述电压采样电路包括：串联设置的电阻R1、电阻R2，以及分压电阻R4；所述输入电压经过电阻R1、电阻R2后，由分压电阻R4分压后输入至第一级滤波电路，即输入电压的正输入端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接分压电阻R4的一端，分压电阻R4的另一端连接输入电压的负输入端；通过增大、减小分压电阻R4的阻值占电阻R1、电阻R2和分压电阻R4总阻值的比例，进而增大、减小输入电压的采样范围，以实现监测范围更广的输入电压。在本实施例中，所述一级滤波电路包括：电容C1、电容C2和电阻R3；其中电容C1、电容C2的一端对地连接，另一端之间跨接电阻R3构成π型滤波电路，同时，电容C1的另一端连接在电阻R2和分压电阻R4之间；一级滤波电路可以有效减小电流的脉动，使电流更平滑。在本实施例中，所述信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全隔离直流电压采样系统，其特征在于，包括：输入信号隔离模块；所述输入信号隔离模块适于将输入电压的电压信号进行隔离后输出；所述输入信号隔离模块包括：电压采样电路、一级滤波电路、信号调理电路、二级滤波电路和信号转换隔离电路；其中所述电压采样电路适于采集输入电压的电压信号，所述电压信号依次经过一级滤波电路、信号调理电路、二级滤波电路输入至信号转换隔离电路中；其中所述一级滤波电路适于将电压信号稳定输出至信号调理电路；所述信号调理电路适于保持电压信号恒定并输出至二级滤波电路；所述二级滤波电路适于将电压信号滤波后稳定输出至信号转换隔离电路；所述信号转换隔离电路适于将电压信号转换为I2C信号后，再经过电平转换后输出。

【技术特征摘要】
1.一种全隔离直流电压采样系统，其特征在于，包括：输入信号隔离模块；所述输入信号隔离模块适于将输入电压的电压信号进行隔离后输出；所述输入信号隔离模块包括：电压采样电路、一级滤波电路、信号调理电路、二级滤波电路和信号转换隔离电路；其中所述电压采样电路适于采集输入电压的电压信号，所述电压信号依次经过一级滤波电路、信号调理电路、二级滤波电路输入至信号转换隔离电路中；其中所述一级滤波电路适于将电压信号稳定输出至信号调理电路；所述信号调理电路适于保持电压信号恒定并输出至二级滤波电路；所述二级滤波电路适于将电压信号滤波后稳定输出至信号转换隔离电路；所述信号转换隔离电路适于将电压信号转换为I2C信号后，再经过电平转换后输出。2.如权利要求1所述的全隔离直流电压采样系统，其特征在于，所述电压采样电路包括：串联设置的电阻R1、电阻R2，以及分压电阻R4；所述输入电压经过电阻R1、电阻R2后，由分压电阻R4分压后输入至第一级滤波电路。3.如权利要求2所述的全隔离直流电压采样系统，其特征在于，所述一级滤波电路包括：电容C1、电容C2和电阻R3；其中电容C1、电容C2的一端对地连接，另一端之间跨接电阻R3构成π型滤波电路。4.如权利要求3所述的全隔离直流电压采样系统，其特征在于，所述信号调理电路包括：运算放大器U1、限流电阻R5、反馈电阻R7和下拉电阻R8；其中所述运算放大器U1的同相端为输入端，运算放大器U1的反相端与输出端之间连接反馈电阻R7；以及所述运算放大器U1的输出端连接所述下拉电阻R8和限流电阻R5。5.如权利要求4所述的全隔离直流电压采样系统，其特征在于，所述二级滤波电路包括：电容C3、电容C4、运算放大器U2和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：许杰，姜敞，盛晓峰，顾铭麒，潘晓晨，谈浩楠，
申请(专利权)人：新誉轨道交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32