一种高速高精度高隔离电压的数据采集系统技术方案

本发明专利技术提供一种高速高精度高隔离电压的数据采集系统，包括串联的第一级电路和第二级电路；第一级电路采用差分方式用于对线路信号的采集，经限压、滤波后传给第二级电路；第二级电路对信号进行转换和隔离后输出。本发明专利技术采用差分采集方式，利用高速高精度串行/并行AD芯片实现模拟量/数字量转换，利用隔离光耦实现安全隔离，该采集系统既具有高速、高精度的特点，又能滤除干扰，实现高电压隔离，具有广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种高速高精度高隔离电压的数据采集系统，包括串联的第一级电路和第二级电路；第一级电路采用差分方式用于对线路信号的采集，经限压、滤波后传给第二级电路；第二级电路对信号进行转换和隔离后输出。本专利技术采用差分采集方式，利用高速高精度串行/并行AD芯片实现模拟量/数字量转换，利用隔离光耦实现安全隔离，该采集系统既具有高速、高精度的特点，又能滤除干扰，实现高电压隔离，具有广泛的应用。【专利说明】一种高速高精度高隔离电压的数据采集系统
本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种高速高精度高隔离电压的数据采集系统。
技术介绍
近年来，数据采集及其应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统也迅速的得到应用。传统的高压/大电流数据采集，多采用模拟量隔离的方式，如交流电压/电流的采集，可通过PT/CT隔离实现，直流电压/电流的采集，可通过电压/电流霍尔隔离实现。但隔离元件体积大、价格不菲，特别是电压/电流霍尔还需单独供电，实现复杂。
技术实现思路
针对现有高压/大电流数据采集技术的不足，本专利技术提出一种高速高精度高隔离电压的数据采集系统，这种采集系统采用差分采集方式，利用高速高精度串行/并行AD芯片实现数字量/模拟量转换，利用隔离光耦实现安全隔离，该采集系统既具有高速、高精度的特点，又能滤除干扰，实现高电压隔离，具有广泛的应用。本专利技术提供的一种高速高精度高隔离电压的数据采集系统，包括串联的第一级电路和第二级电路；所述第一级电路采用差分方式用于对线路信号的采集，经限压、滤波后传给第二级电路；所述第二级电路对信号进行转换和隔离后输出。其中，所述第一级电路包括依次串联的差分电路、限压电路、共模线圈、滤波电路和跟随电路。其中，所述第二级电路包括依次串联的串/并行AD转换电路、第一整形电路、高压隔离光耦电路、第二整形电路和控制芯片；所述串/并行AD转换电路与所述第一级电路的跟随电路串联。其中，在所述第一级电路中，所述差分电路包括两个RS-422差分发送驱动器和两个RS-422差分接收器；在所述两个RS-422差分发送驱动器中一个为主机发送驱动器，另一个为备机发送驱动器；在所述两个RS-422差分接收器中一个为主机接收器，另一个为备机接收器；在所述RS-422差分发送驱动器的输出端串联两个电阻R3，电阻R3阻值为15欧姆至30欧姆之间；在所述RS-422差分接收器接收端采用大电阻R4匹配电阻R3，其阻值为15千欧姆至30千欧姆之间；所述限压电路是由一组反串联的稳压二极管与一组双向瞬态电压抑制器件TVS管并联组成；所述共模线圈采用共模扼流圈；所述滤波电路采用压控电压源二阶有源带通滤波器，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容Cl、电容C2和运算放大器A ;所述电阻Rl与电阻R2串联，电阻Rl一端接输入信号端Vi，另一端接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端接信号输出端Vo ;所述电容C2 —端接电阻Rl与电阻R2的公共连接点，另一端接电源地；所述电容Cl 一端接电阻Rl与电阻R2的公共连接点，另一端接运算放大器的同相输入端；所述电阻R3 —端接运算放大器的同相输入端，另一端接电源地；所述电阻R3 —端接信号输出端Vo，另一端接运算放大器的反相输入端；所述电阻R5 —端接运算放大器的反相输入端，另一端接电源地；所述跟随电路包括电压跟随器。其中，所述第一整形电路和第二整形电路结构相同，均包括一组施密特触发器；所述施密特触发器包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、比较器A、比较器B、与非门Yl、与非门Y2和非门Fl ;所述电阻R1，电阻R2和电阻R3依次串联，所述电阻Rl —端接电源VCC，另一端接电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接电源地；所述电阻Rl和电阻R2的公共连接点接到比较器A的同相输入端，所述电阻R2和电阻R3的公共连接点接到比较器B的反相输入端；所述比较器A的反相输入端和比较器B的同相输入端连接，并且共同接到信号输入端Vi ;所述比较器A的输出端接到与非门Yl的一个输入端，比较器B的输出端接到与非门Y2的一个输入端，所述与非门Yl的另一个输入端接到与非门Y2的输出端，所述与非门Y2的另一个输入端接到与非门Yl的输出端；所述非门Fl的输入端接到与非门Y2的输出端，非门Fl的输出端接到信号输出端Vo。其中，所述高压隔离光耦电路采用光耦隔离电路，实现信号的电气隔离。与现有技术比，本专利技术的有益效果为:本专利技术的数据采集系统，既具有高速、高精度的特点，又能滤除干扰，实现高电压隔离，具有广泛的应用。本专利技术采用差分采集方式，利用高速高精度串行/并行AD芯片实现模拟量/数字量转换，利用隔离光耦实现安全隔离，该采集系统既具有高速、高精度的特点，又能滤除干扰，实现高电压隔离，具有广泛的应用。本专利技术采用高压隔离光耦，将较难实现的模拟量的隔离，通过数字量隔离实现了，提高了采样电路的隔离电压等级，提高了电路的安全性和可靠性。本专利技术选用快速AD转换芯片，提高了采样速率。本专利技术选用高精度差分电路及滤波电路，提高了采样精度。本专利技术的系统可用于串行AD采样，也可用于并行AD采样。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术提供的第一级电路的结构框图。图2为本专利技术提供的第二级电路的结构框图。图3为本专利技术提供的滤波电路的电路图。图4为本专利技术提供的差分电路的电路图。图5为本专利技术提供的整形电路的电路图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步的详细说明。本实施例提出的一种高速高精度高隔离电压的数据采集系统，包括串联的第一级电路和第二级电路；第一级电路采用差分方式用于对线路信号的采集，经限压、滤波后传给第二级电路；第二级电路对信号进行转换和隔离后输出。第一级电路和第二级电路的结构框图分别如图1和图2所示。下面本实施例进行详细说明:第一级电路本实施例的第一级电路的结构框图如图1所示，包括依次串联的差分电路、限压电路、共模线圈、滤波电路和跟随电路。其中:差分电路的电路图如图4所示，包括两个RS-422差分发送驱动器和两个RS-422差分接收器；在所述两个RS-422差分发送驱动器中一个为主机发送驱动器，另一个为备机发送驱动器；在所述两个RS-422差分接收器中一个为主机接收器，另一个为备机接收器；在所述RS-422差分发送驱动器的输出端串联两个电阻R3，电阻R3阻值为15欧姆至30欧姆之间；在所述RS-422差分接收器接收端采用大电阻R4匹配电阻R3，其阻值为15千欧姆至30千欧姆之间。限压电路是由一组反串联的稳压二极管与一组双向瞬态电压抑制器件TVS管并联组成。当外加电压小于稳压二极管和TVS管导通电压时，稳压二极管和TVS管内阻很大，漏电流很小；当外加电压大于稳压二极管或TVS管导通电压时，其内阻急剧减小，可以流过很大的电流，而其两端的电压却只有少量的上升。并联稳压二极管的目的是提高稳压精度；并联TVS管的目的是增大击穿电流，快速消除瞬态干扰。本实施例的共模线圈采用共模扼流圈实现，其作用相当于一个双向滤波器:一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。共模扼流圈可以传输差模信号，直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速高精度高隔离电压的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集系统包括串联的第一级电路和第二级电路；所述第一级电路采用差分方式用于对线路信号的采集，经限压、滤波后传给第二级电路；所述第二级电路对信号进行转换和隔离后输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：訾振宁，渠学景，张柯，许潇，刘琳，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，中电普瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：