CN102749501B - 隔离式直流高压检测方法及检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隔离式直流高压检测方法及检测电路，以解决现有检测方法及检测电路不具有良好电气隔离特性、结构复杂和生产成本高的问题。本发明隔离式直流高压检测方法及检测电路，采用电阻分压电路、光电耦合器以及对检测信号进行调理的信号调理电路组成隔离式直流高压检测电路。本发明在保证直流高电压可靠检测的基础上，既能既能保证高、低压侧良好的电气隔离性能，又能降低检测电路的复杂性，从而节约生产成本。

Description

隔离式直流高压检测方法及检测电路
技术领域
本发明涉及一种直流电压检测，更具体的说涉及一种隔离式直流高压检测方法及检测电路。
背景技术
目前，大量设备是由直流高压电源驱动的，这些设备的正常运转往往是在控制系统的控制下进行。控制系统在控制这些设备时，需要监视给设备提供能量的高压驱动电源的电压。当高压电源电压在正常范围之内时，控制系统才控制这些设备正常运行，若高压电源电压高于或低于正常范围，控制系统会停止设备的运行，并发出报警信息。在这一过程中，直流高压检测方法对于控制系统的可靠控制至关重要。
直流高压检测环节首先要保证检测信号的正确性；另外，直流高压检测环节一侧连接高压设备，另一侧连接低电压的控制系统，为保证控制系统的安全，它必须具有良好的高、低压侧的电气隔离特性；再者，直流高压检测环节应该结构简单，以节约生产成本。
现有的直流高压检测方法及检测电路，常用的一种是经分压电路按比例转变为低电压后送入比较器与参考信号进行比较以达到高压检测的目的。这种直流高压检测方法的缺点是：高、低压侧必须共地，无法实现高、低压侧间良好的电气隔离特性。
现有技术中还有一种直流高压检测方法采用光电或磁隔离方式来实现高、低压侧间的电气隔离。这种检测方法虽然能达到高、低压侧间的电气隔离，但其结构都比较复杂，生产成本较高。
发明内容
针对现有直流高压检测方法及检测电路不具有良好电气隔离特性、结构复杂和生产成本高的问题，本发明的目的在于提供一种隔离式直流高压检测方法及检测电路，具有良好的电气隔离性能、结构简单和生产成本低的特点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种隔离式直流高压检测方法，其特征在于：采用电阻分压电路、光电耦合器以及对检测信号进行调理的信号调理电路组成隔离式直流高压检测电路。
本发明还提供一种隔离式直流高压检测电路，其特征在于：采用电阻分压电路、光电耦合器以及对检测信号进行调理的信号调理电路组成。
所述的电阻分压电路由耐高压电阻R1和可调电阻R2串联而成。
所述的耐高压电阻R1至少由一个构成。
所述的耐高压电阻R1和可调电阻R2串联后连接到被测高压电路的正、负极两端。
所述可调电阻R2上的分压作为光电耦合器的输入。
所述的光电耦合器的正负两个输入端中，正极端连接到R2的高电位端，负极端连接到R2的低电位端。
所述光电耦合器可以是普通光电耦合器，也可以是低输入电流高增益光电耦合器。
所述的光电耦合器输出端与信号调理电路输入端连接。
本发明的工作原理是：当高压侧电压低于额定值时，可调电阻R2上的分压较低，流过光电耦合器输入二极管的电流较小，二极管不发光或发光强度太弱不足以使光电耦合器中的光敏器件饱和导通，光电耦合器两输出端断开；当高压侧电压高于额定值时，可调电阻R2上的分压较高，流过光电耦合器输入二极管的电流较大，二极管的发光强度足够强时，光电耦合器中的光敏器件饱和导通，光电耦合器两输出端闭合，两输出端的电位基本一致。光电耦合器两个输出端的断开与闭合两种状态，在信号调理电路的作用下转换为高、低两种不同的输出电平，从而达到检测的目的。
与现有直流高压检测方法相比，本发明具有的有益效果是：
一、本发明提供的隔离式直流高压检测方法及检测电路，采用电阻分压电路、光电耦合器以及对检测信号进行调理的信号调理电路组成隔离式直流高压检测电路。电阻分压电路由耐高压电阻R1和可调电阻R2串联而成；高压电阻R1和可调电阻R2串联后连接到被测高压的正、负极两端；普通可调电阻R2上的分压作为光电耦合器的输入。高、低压侧间具有耐高压电阻R1和光电耦合器，实现了双重隔离功能；高、低压侧间没有任何的电气连接，能充分保证低压侧控制系统的安全工作。
二、本发明提供的隔离式直流高压检测方法及检测电路，仅由光电耦合器及若干电阻组成，因此结构简单，而且所采用的元器件皆为常用元器件，生产成本低。
三、调节可调电阻R2的阻值可以方便的调整高压额定值的大小，可适用于不同直流高压电路检测。
附图说明
图 1 是本发明采用普通光电耦合器TLP521-1的一种实施电路结构图。
图2是本发明采用低输入电流高增益光电耦合器6N139的一种实施电路结构图。
图3 是光电耦合器TLP521-1输入端二极管伏安特性图。
图4 是光电耦合器6N139输入端二极管伏安特性图。
图中标记：1为电阻分压电路；2为光电耦合器；3为信号调理电路。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。
实施例一：如图1所示，HV+、HV-分别为被测直流高电压的正、负两极，Vi为光电耦合器输入端电压，Vo为输出电压信号。光电耦合器采用TLP521-1；电阻R2并联于光电耦合器的两输入端1、2脚，然后与耐高压隔离限流电阻R1串联后，连接于两高压电极之间构成分压电路；光电耦合器输出端3脚接低压侧地Vss；光电耦合器输出端4脚经上拉电阻R4与低压侧电源Vcc连接； 同时，光电耦合器输出端4脚经限流电阻R5接于信号输出端；输出信号经滤波电容C1与低压侧地Vss相连。
直流高压侧，耐高压电阻R1及可调电阻R2串联连接于两高压电极之间构成分压电路。光电耦合器两输入端的电压Vi为：
                                                 
根据上式，在HV一定的情况下，可调电阻器R2的阻值越小，Vi也越小。因此调整R2的大小可以达到调整高压额定值的大小。
记光电耦合器内部发光二极管两个输入端之间的电阻值为Rz。根据发光二极管的特性，Rz不是定值，它会随端电压非线性变化，而且电压越高，其值越小。光电耦合器TLP521-1输入二极管伏安特性如图3所示。发光二极管的发光强度随电流的增大而变强。当光强达到一定强度时，光电耦合器输出端的光敏三极管饱和导通。
在低压侧，当光敏三极管截止时，Vo=Vcc，电路输出高电平；当光敏三极管饱和导通时，Vo=Vss=0(V)，电路输出低电平。电容C1与R5构成RC滤波电路，对输出信号进行滤波调理。
实施例二：如图2所示，HV+、HV-分别为被测直流高电压的正、负两极，Vi为光电耦合器输入端电压，Vo为输出电压信号。光电耦合器采用6N139；电阻R2并联于光电耦合器的两输入端2、3脚，然后与耐高压隔离限流电阻R1串联后，连接于两高压电极之间构成分压电路；光电耦合器输出端5脚接低压侧地Vss；光电耦合器电源端8脚经上拉电阻R3与低压侧电源Vcc连接；光电耦合器输出端6脚经上拉电阻R4与低压侧电源Vcc连接； 同时，光电耦合器输出端6脚经限流电阻R5接于信号输出端；输出信号经滤波电容C1与低压侧地Vss相连。
直流高压侧，耐高压电阻R1及可调电阻R2串联连接于两高压电极之间构成分压电路。光电耦合器两输入端的电压Vi为：
 
根据上式，在HV一定的情况下，可调电阻器R2的阻值越小，Vi也越小。因此调整R2的大小可以达到调整高压额定值的大小。
记光电耦合器内部发光二极管两个输入端间的电阻值为Rz。根据发光二极管的特性，Rz不是定值，它会随端电压非线性变化，而且电压越高，其值越小。光电耦合器6N139输入二极管伏安特性如图4所示。发光二极管的发光强度随电流的增大而变强。当光强达到一定强度时，光电耦合器输出端的光敏二极管导通。
在低压侧，当光敏二极管截止时，光耦内部两个达林顿结构的三极管截止，Vo=Vcc；当光敏二极管导通时，光耦内部两个达林顿结构的三极管饱和导通，Vo=Vss=0(V)。电容C1与R5构成滤波RC电路，对输出信号进行滤波调理。

Claims (2)

1.一种隔离式直流高压检测方法，其特征在于，采用由电阻分压电路、光电耦合器以及对检测信号进行调理的信号调理电路组成隔离式直流高压检测电路进行检测，所述电阻分压电路由耐高压电阻R1和可调电阻R2串联而成，耐高压电阻R1至少由一个构成；所述光电耦合器采用6N139低输入电流高增益光电耦合器，所述可调电阻R2并联于6N139低输入电流高增益光电耦合器输入端的2、3脚；所述信号调理电路由电阻R3、R4、R5和电容C1构成；所述电阻R3一端连接到6N139低输入电流高增益光电耦合器的第8脚，另一端连接到低压侧电源Vcc；所述电阻R4一端连接到6N139低输入电流高增益光电耦合器的第6脚，另一端连接到低压侧电源Vcc；所述电阻R5一端连接到6N139低输入电流高增益光电耦合器的第6脚，另一端连接到检测信号输出端；所述电容C1一端连接到检测信号输出端，另一端连接到6N139低输入电流高增益光电耦合器的第5脚和低压侧地Vss。
2.一种隔离式直流高压检测电路，其特征在于，包括电阻分压电路、光电耦合器以及对检测信号进行调理的信号调理电路，所述电阻分压电路由耐高压电阻R1和可调电阻R2串联而成，耐高压电阻R1至少由一个构成；所述光电耦合器采用6N139低输入电流高增益光电耦合器，所述可调电阻R2并联于6N139低输入电流高增益光电耦合器输入端的2、3脚；所述信号调理电路由电阻R3、R4、R5和电容C1构成；所述电阻R3一端连接到6N139低输入电流高增益光电耦合器的第8脚，另一端连接到低压侧电源Vcc；所述电阻R4一端连接到6N139低输入电流高增益光电耦合器的第6脚，另一端连接到低压侧电源Vcc；所述电阻R5一端连接到6N139低输入电流高增益光电耦合器的第6脚，另一端连接到检测信号输出端；所述电容C1一端连接到检测信号输出端，另一端连接到6N139低输入电流高增益光电耦合器的第5脚和低压侧地Vss。
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