CN102298409A - 一种小型高压隔离vv变换器的性能改进电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种广泛应用于模拟数据的隔离线性传送、悬浮高压电源的线性隔离控制等方面的小型高压隔离VV变换器的性能改进电路。该电路包括电压频率变换电路、辅助电路、频率电压变换电路，电压频率变换电路与频率电压变换电路连接，辅助电路与电压频率变换电路连接；本发明的有益效果是：通过对原电路的部分改进，使转换精度和低频稳定性得到提高，转换输出线性度得到改善。

Description

一种小型高压隔离VV变换器的性能改进电路

技术领域

本发明涉及一种广泛应用于模拟数据的隔离线性传送、悬浮高压电源的线性隔离控制等方面的小型高压隔离VV变换器的性能改进电路。

背景技术

V/F或F/V变换技术是A/D转换的一种形式之一，其主要用于远距离A/D或D/A转换。随着科技发展，在高压电源的应用领域中，特别是在对悬浮高压的调节控制方面，普遍存在转换精度相对较低、低频稳定性较差及线性度低等问题。

发明内容

鉴于原有电路存在的不足，本发明提供了一种转换精度相对较高、低频稳定性好、输出线性度高的小型高压隔离VV变换器的性能改进电路。

本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种小型高压隔离VV变换器的性能改进电路，其特征在于：该电路包括电压频率变换电路、辅助电路、频率电压变换电路，所述电压频率变换电路与频率电压变换电路连接，所述辅助电路与电压频率变换电路连接； 

所述电压频率变换电路中控制芯片U1的电流输出端1脚分别与放大器U4A的反相输入端2脚、电容C4和电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端接控制电压输入端Vi，电容C4的另一端分别接放大器U4A的输出端1脚、二极管D1的负极、电阻R1的一端，二极管D1的正极接输入地G1，控制芯片U1的比较器输入端7脚接电阻R1的另一端，控制芯片U1的基准电流端2脚通过电阻R4与控制芯片U1的接地端4脚相连后接输入地G1，控制芯片U1的频率输出端3脚通过电阻R9接光电耦合器U5输入发光二极管的负极2脚，控制芯片U1的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电容C2和电阻R6的一端，电容C2的另一端接输入地G1，电阻R5与电容C3并联，控制芯片U1的阈值端6脚分别接电容C3和电阻R3的一端，电容C3的另一端接输入地G1，正供电电压端+V1分别接电容C1的正极、电阻R3和电阻R6的另一端、控制芯片U1的电源电压输入端8脚及光电耦合器U5输入发光二极管的正极1脚，电容C1的负极接输入地G1，放大器U4A的正电源输入端8脚接正供电电压端+V1，放大器U4A的负电源输入端4脚接负供电电压端-V1，放大器U4A的同相输入端3脚分别接电容C5和电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别接电阻R7和电阻R10的一端，电阻R7的另一端与电容C5的另一端相连后接输入地G1，电阻R10的另一端接电位器W1的可调端2脚，电位器W1的固定端1脚接正供电电压端+V1，电位器W1的固定端3脚接负供电电压端-V1；

所述辅助电路中控制芯片U6的正电源输入端8脚接正供电电压端+V1，控制芯片U6的接地端3脚接输入地G1，控制芯片U6的电容正端2脚接电容C14的正极，电容C14的负极接控制芯片U6的电容负端4脚，控制芯片U6的输出端5脚接电容C15的负极并作为负供电电压端-V1，电容C15的正极接输入地G1；

所述频率电压变换电路中控制芯片U2的频率输出端3脚与控制芯片U2的接地端4脚相连并接输出地G2，输出供电电压端+V2分别接电容C11的正极、控制芯片U2的电源电压输入端8脚、光电耦合器U5的输出三极管集电极4脚、电阻R11和电阻R12的一端、电阻R14和电阻R16的一端、放大器U3A的电源输入端8脚，电容C11的负极接输出地G2，控制芯片U2的基准电流端2脚通过电阻R17接输出信号电压调节端Wj，电阻R21与电容C12并联，控制芯片U2的电流输出端1脚分别接电阻R19和电容C8的一端，电阻R19的另一端分别接放大器U3AA的同相输入端3脚和电容C9的一端，电容C8的另一端和电容C9的另一端相连后接输出地G2，放大器U3AA的输出端1脚分别接电阻R20和电容C10的一端，电阻R20的另一端分别接输出电压端Vo、电阻R21和电阻R18的一端，电阻R21的另一端与放大器U3AA的接地端4脚相连并接输出地G2，电阻R18的另一端分别接电容C10的另一端、放大器U3AA的反相输入端2脚，控制芯片U2的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电容C7的一端和电阻R16的另一端，控制芯片U2的比较器输入端7脚分别接电阻R15的一端和电阻R14的另一端，控制芯片U2的阈值端6脚分别接电阻R13和电容C6的一端、电阻R12的另一端，电容C7的另一端与电阻R13及电阻R15的另一端相连并接输出地G2，电容C6的另一端分别接电阻R11的另一端和三极管T1的集电极，电阻R22与电容C13并联，电阻R22的一端接三极管T1的基极，电阻R22的另一端分别接光电耦合器U5的输出三极管发射极3脚、电阻R23的一端，电阻R23的另一端与三极管T1的发射极相连并接输出地G2。

本发明的有益效果是：通过对原电路的部分改进，使转换精度和低频稳定性得到提高，转换输出线性度得到改善。

附图说明

图1为本发明的电路连接框图。

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种小型高压隔离VV变换器的性能改进电路，该电路包括电压频率变换电路、辅助电路、频率电压变换电路，电压频率变换电路与频率电压变换电路连接，辅助电路与电压频率变换电路连接； 

电压频率变换电路中控制芯片U1的电流输出端1脚分别与放大器U4A的反相输入端2脚、电容C4和电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端接控制电压输入端Vi，电容C4的另一端分别接放大器U4A的输出端1脚、二极管D1的负极、电阻R1的一端，二极管D1的正极接输入地G1，控制芯片U1的比较器输入端7脚接电阻R1的另一端，控制芯片U1的基准电流端2脚通过电阻R4与控制芯片U1的接地端4脚相连后接输入地G1，控制芯片U1的频率输出端3脚通过电阻R9接光电耦合器U5输入发光二极管的负极2脚，控制芯片U1的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电容C2和电阻R6的一端，电容C2的另一端接输入地G1，电阻R5与电容C3并联，控制芯片U1的阈值端6脚分别接电容C3和电阻R3的一端，电容C3的另一端接输入地G1，正供电电压端+V1分别接电容C1的正极、电阻R3和电阻R6的另一端、控制芯片U1的电源电压输入端8脚及光电耦合器U5输入发光二极管的正极1脚，电容C1的负极接输入地G1，放大器U4A的正电源输入端8脚接正供电电压端+V1，放大器U4A的负电源输入端4脚接负供电电压端-V1，放大器U4A的同相输入端3脚分别接电容C5和电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别接电阻R7和电阻R10的一端，电阻R7的另一端与电容C5的另一端相连后接输入地G1，电阻R10的另一端接电位器W1的可调端2脚，电位器W1的固定端1脚接正供电电压端+V1，电位器W1的固定端3脚接负供电电压端-V1；

辅助电路中控制芯片U6的正电源输入端8脚接正供电电压端+V1，控制芯片U6的接地端3脚接输入地G1，控制芯片U6的电容正端2脚接电容C14的正极，电容C14的负极接控制芯片U6的电容负端4脚，控制芯片U6的输出端5脚接电容C15的负极并作为负供电电压端-V1，电容C15的正极接输入地G1；

频率电压变换电路中控制芯片U2的频率输出端3脚与控制芯片U2的接地端4脚相连并接输出地G2，输出供电电压端+V2分别接电容C11的正极、控制芯片U2的电源电压输入端8脚、光电耦合器U5的输出三极管集电极4脚、电阻R11和电阻R12的一端、电阻R14和电阻R16的一端、放大器U3A的电源输入端8脚，电容C11的负极接输出地G2，控制芯片U2的基准电流端2脚通过电阻R17接输出信号电压调节端Wj，电阻R21与电容C12并联，控制芯片U2的电流输出端1脚分别接电阻R19和电容C8的一端，电阻R19的另一端分别接放大器U3AA的同相输入端3脚和电容C9的一端，电容C8的另一端和电容C9的另一端相连后接输出地G2，放大器U3AA的输出端1脚分别接电阻R20和电容C10的一端，电阻R20的另一端分别接输出电压端Vo、电阻R21和电阻R18的一端，电阻R21的另一端与放大器U3AA的接地端4脚相连并接输出地G2，电阻R18的另一端分别接电容C10的另一端、放大器U3AA的反相输入端2脚，控制芯片U2的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电容C7的一端和电阻R16的另一端，控制芯片U2的比较器输入端7脚分别接电阻R15的一端和电阻R14的另一端，控制芯片U2的阈值端6脚分别接电阻R13和电容C6的一端、电阻R12的另一端，电容C7的另一端与电阻R13及电阻R15的另一端相连并接输出地G2，电容C6的另一端分别接电阻R11的另一端和三极管T1的集电极，电阻R22与电容C13并联，电阻R22的一端接三极管T1的基极，电阻R22的另一端分别接光电耦合器U5的输出三极管发射极3脚、电阻R23的一端，电阻R23的另一端与三极管T1的发射极相连并接输出地G2。

原电路主要转换控制芯片LM331，其转换线性度直接关系到转换结果的准确性，在电压频率变换电路中，通常引起转换器产生非线性误差的主要原因是该芯片电流输出端（1脚）的输出阻抗，它使输出电流随输入电压的变化而变化，因而影响转换精度。为此，在电流输出端（1脚）和比较器输入端（7脚）间加入了一个由运算放大器LM2904 和积分电容构成的反相积分器，使电流输出端（1脚）总是保持低电位, 其电压不随输入控制电压端Vi的变化而改变，从而进一步提高并改善转换精度。

工作原理：在电压频率变换电路中，控制芯片U1的5脚为内部定时比较器的时间设置端，定时时间的长短取决于电阻R6和电容C2的乘积；模拟信号从控制电压输入端Vi输入，经由电阻R2、电容C4及放大器U4AA组成的积分电路后，加到控制芯片U1的7脚，该脚为芯片U1内部输入比较器的同相端，根据上述内部两个比较器输入端电压的变化，使它们周期性的控制内部触发器的翻转，并在控制芯片U1的频率输出端（3脚）输出一定频率的方波，进而驱动光电耦合器U5。在这里，积分电路的作用是进一步提高转换精度，扩大输入范围。

同时，为得到精确低频数据，提高整体输出变换精度，减少非线性失真，为此加入由电位器W1、电阻R10等构成的调零电路，抵消输入失调的影响。 

在频率电压变换电路中，控制芯片U2的5脚为内部定时比较器的时间设置端，定时时间的长短取决于电阻R16和电容C7的乘积；从光电耦合器U5隔离传送过来的一定频率的脉冲信号，通过三极管T1并经电阻R22和电容C13组成的微分电路，产生的尖脉冲与电阻R12及电阻R13的分压叠加后，加到控制芯片U2的阈值端（6脚），即芯片U2内部输入比较器的反相端。经芯片内部的各环节控制，在控制芯片U2的电流输出端（1脚），即电容C8上获得电荷积累，脉冲频率越高，电容C8上的电压越高。得到的模拟电压，又经过由放大器U3AA、电阻R18和电阻R20、电容C10构成的跟随器，将隔离传送来的一定频率的脉冲信号，最终还原回与输入模拟电压相同的电压。

Claims (1)

1.一种小型高压隔离VV变换器的性能改进电路，其特征在于：该电路包括电压频率变换电路、辅助电路、频率电压变换电路，所述电压频率变换电路与频率电压变换电路连接，所述辅助电路与电压频率变换电路连接； 

所述电压频率变换电路中控制芯片U1的电流输出端1脚分别与放大器U4A的反相输入端2脚、电容C4和电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端接控制电压输入端Vi，电容C4的另一端分别接放大器U4A的输出端1脚、二极管D1的负极、电阻R1的一端，二极管D1的正极接输入地G1，控制芯片U1的比较器输入端7脚接电阻R1的另一端，控制芯片U1的基准电流端2脚通过电阻R4与控制芯片U1的接地端4脚相连后接输入地G1，控制芯片U1的频率输出端3脚通过电阻R9接光电耦合器U5输入发光二极管的负极2脚，控制芯片U1的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电容C2和电阻R6的一端，电容C2的另一端接输入地G1，电阻R5与电容C3并联，控制芯片U1的阈值端6脚分别接电容C3和电阻R3的一端，电容C3的另一端接输入地G1，正供电电压端+V1分别接电容C1的正极、电阻R3和电阻R6的另一端、控制芯片U1的电源电压输入端8脚及光电耦合器U5输入发光二极管的正极1脚，电容C1的负极接输入地G1，放大器U4A的正电源输入端8脚接正供电电压端+V1，放大器U4A的负电源输入端4脚接负供电电压端-V1，放大器U4A的同相输入端3脚分别接电容C5和电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别接电阻R7和电阻R10的一端，电阻R7的另一端与电容C5的另一端相连后接输入地G1，电阻R10的另一端接电位器W1的可调端2脚，电位器W1的固定端1脚接正供电电压端+V1，电位器W1的另一固定端3脚接负供电电压端-V1；

所述辅助电路中控制芯片U6的正电源输入端8脚接正供电电压端+V1，控制芯片U6的接地端3脚接输入地G1，控制芯片U6的电容正端2脚接电容C14的正极，电容C14的负极接控制芯片U6的电容负端4脚，控制芯片U6的输出端5脚接电容C15的负极并作为负供电电压端-V1，电容C15的正极接输入地G1；

所述频率电压变换电路中控制芯片U2的频率输出端3脚与控制芯片U2的接地端4脚相连并接输出地G2，输出供电电压端+V2分别接电容C11的正极、控制芯片U2的电源电压输入端8脚、光电耦合器U5的输出三极管集电极4脚、电阻R11和电阻R12的一端、电阻R14和电阻R16的一端、放大器U3A的电源输入端8脚，电容C11的负极接输出地G2，控制芯片U2的基准电流端2脚通过电阻R17接输出信号电压调节端Wj，电阻R21与电容C12并联，控制芯片U2的电流输出端1脚分别接电阻R19和电容C8的一端，电阻R19的另一端分别接放大器U3AA的同相输入端3脚和电容C9的一端，电容C8的另一端和电容C9的另一端相连后接输出地G2，放大器U3AA的输出端1脚分别接电阻R20和电容C10的一端，电阻R20的另一端分别接输出电压端Vo、电阻R21和电阻R18的一端，电阻R21的另一端与放大器U3AA的接地端4脚相连并接输出地G2，电阻R18的另一端分别接电容C10的另一端、放大器U3AA的反相输入端2脚，控制芯片U2的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电容C7的一端和电阻R16的另一端，控制芯片U2的比较器输入端7脚分别接电阻R15的一端和电阻R14的另一端，控制芯片U2的阈值端6脚分别接电阻R13和电容C6的一端、电阻R12的另一端，电容C7的另一端与电阻R13及电阻R15的另一端相连并接输出地G2，电容C6的另一端分别接电阻R11的另一端和三极管T1的集电极，电阻R22与电容C13并联，电阻R22的一端接三极管T1的基极，电阻R22的另一端分别接光电耦合器U5的输出三极管发射极3脚、电阻R23的一端，电阻R23的另一端与三极管T1的发射极相连并接输出地G2。

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