CN102937665B - 调制式直流电压互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种调制式直流电压互感器，包括脉冲发生器、调制电路、微电流互感器和同步整流电路；所述脉冲发生器用于产生方波，并通过两个输出引脚输出交替的方波信号；所述同步整流电路用于将脉冲交变电压转换成直流电压输出；所述调制电路包括第一光电耦合器和第二光电耦合器，微电流互感器的初级线圈串接在第一电阻和第二电阻之间，微电流互感器的次级线圈与取样电阻并联，取样电阻与同步整流电路相连。本发明中的初级电路不需要提供辅助电源与精密模拟器件，比较容易实现高压隔离与线性直流电压测量，实现结构简单、成本低、线性良好的直流电压隔离测量的目的；可以取代传统的电路以获得更高的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于电气隔离的直流电压检测领域，具体涉及一种调制式直流电压互感器。
背景技术
在变频器、变频电源、智能电源等低压电器上往往要测量直流电压，这些电压一般处于动力线一端，具有较高的电压（300-1000V），控制电路一般需要与动力线路隔离。目前，控制电路隔离测量直流电压主要是采用图1中所述的方法，即直流电压输入经线性恒流电路、线性光耦、电流电压转换电路而输出，这种传统的方法隔离度不是很理想，而且测量结果的线性度较差。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种隔离度高、线性度好的调制式直流电压互感器。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种调制式直流电压互感器，包括脉冲发生器、调制电路、微电流互感器T1和同步整流电路；
所述脉冲发生器用于产生方波，并通过两个输出引脚输出交替的方波信号；所述同步整流电路用于将脉冲交变电压转换成直流电压输出；
所述调制电路包括第一光电耦合器U3和第二光电耦合器U4，第一光电耦合器U3的发射光体的一引脚外接电阻后与脉冲发生器的第一输出引脚相连，另一引脚接地；第一光电耦合器U3的接收光体的一引脚外接第一电阻R2后与直流电压输入端的正极相连，另一引脚与直流电压输入端的负极相连；第二光电耦合器U4的发射光体的一引脚外接电阻后与脉冲发生器的第二输出引脚相连，另一引脚接地；第二光电耦合器U4的接收光体的一引脚外接第二电阻R4后与直流电压输入端的正极相连，另一引脚与直流电压输入端的负极相连；
微电流互感器T1的初级线圈串接在第一电阻R2和第二电阻R4之间，微电流互感器T1的次级线圈与取样电阻R3并联，取样电阻R3与同步整流电路相连。
进一步的，第一光电耦合器U3的接收光体的两个引脚之间连接有第一保护稳压管D1；第二光电耦合器U4的接收光体的两个引脚之间连接有第二保护稳压管D2。
进一步的，所述同步整流电路包括4个模拟开关，其中两个模拟开关的控制端与 脉冲发生器的第一输出引脚相连；另两个模拟开关的控制端与 脉冲发生器的第二输出引脚相连。
进一步的，所述脉冲发生器为一可产生交替方波信号的脉冲发生电路或者MCU。
本发明的有益效果在于：
本发明由硬件电路实现对被测直流电压进行调制，使其变成交变的电流信号，再经交流电流互感器（微电流互感器T1）转换传递信号至次级，次级对交流信号进行同步线性整流还原成被测电压的类比值，即可实时精确地测量初级的直流电压。本发明中的初级电路不需要提供辅助电源与精密模拟器件，比较容易实现高压隔离与线性直流电压测量，实现结构简单、成本低、线性良好的直流电压隔离测量的目的；可以取代传统的电路以获得更高的经济效益。
本发明与传统线性光耦隔离方式相比的具体结果如下：
| 线性光耦隔离方式 | 本发明 | |
| 隔离器件 | 线性光耦，成本高 | 微电流互感器、开关式光耦，成本低 |
| 测量端辅助电源 | 需要高精度，高电压隔离的稳压电源，成本高、体积大 | 不需要 |
| 测量端运算放大器 | 由于线性运放的反馈电流很小，只有几微安-几十微安，因此需要低温飘高精度运放，成本高 | 不需要 |
| 输出端运算放大器 | 由于线性运放的反馈电流很小，只有几微安-几十微安，因此需要低温飘高精度运放，成本高 | 不需要，或普通运算放大器 |
| 线性度 | １％ | 与微电流互感器有关，0.2-0.5％ |
| 产品一致性 | 线性光耦参数离散性大，通常达到20%，因此每一台设备都需要调整才能达到1%的精度 | 取决于微电流互感器，一般不需要调整即可达到0.5% |
| 带宽 | 0-200K | 0-20K |
附图说明
图1为现有技术中隔离测量直流电压的结构框图；
图2为本发明所述调制式直流电压互感器的结构框图；
图3为本发明所述调制式直流电压互感器的原理图；
图4为实施例一的电路原理图第一部分；
图5为实施例一的电路原理图第二部分；
图6为实施例二的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图2所示，本发明提供了一种调制式直流电压互感器，包括脉冲发生器、调制电路、微电流互感器T1和同步整流电路；所述脉冲发生器用于产生方波，并通过两个输出引脚输出交替的方波信号；所述同步整流电路用于将脉冲交变电压转换成直流电压输出。直流电压输入端经调制电路、微电流互感器T1和同步整流电路输出，脉冲发生器与调制电路和同步整流电路均相连。
如图3所示，所述调制电路包括第一光电耦合器U3和第二光电耦合器U4，第一光电耦合器U3的发射光体的一引脚外接电阻R7后与脉冲发生器的第一输出引脚相连，另一引脚接地；第一光电耦合器U3的接收光体的一引脚外接第一电阻R2后与直流电压输入端的正极相连，另一引脚与直流电压输入端的负极相连；第二光电耦合器U4的发射光体的一引脚外接电阻R8后与脉冲发生器的第二输出引脚相连，另一引脚接地；第二光电耦合器U4的接收光体的一引脚外接第二电阻R4后与直流电压输入端的正极相连，另一引脚与直流电压输入端的负极相连；微电流互感器T1的初级线圈串接在第一电阻R2和第二电阻R4之间，微电流互感器T1的次级线圈与取样电阻R3并联，取样电阻R3与同步整流电路相连。为了保护光电耦合器，第一光电耦合器U3的接收光体的两个引脚之间连接有第一保护稳压管D1；第二光电耦合器U4的接收光体的两个引脚之间连接有第二保护稳压管D2。
本发明所述的调制式直流电压互感器工作原理如下：
脉冲发生器产生50-100Hz的方波，分别驱动U3，U4交替导通与截止，当脉冲正半周时U3导通时，U4截止，测量端直流电压输入端子为IN+与IN-，电流流向IN+ -> R2->T1-> U3 -> IN-，这样在T1的次级就会产生对应脉冲电流，取样电阻R3上产生相应的电压，电压幅度与输入直流电压成线性关系，脉冲负半周时的电流流向相反。同步整流电路使R3上的脉冲交变电压转换成直流电压以供其他电路采样。
实施例一：
如图4-5所示，本实施例中脉冲发生器包括多个反相器U2，同步整流电路包含4个模拟开关，它受脉冲发生器控制，在脉冲的正半周U1A与U1D导通，在脉冲的负半周的时候U1B与U1C导通，形成一个同步整流电路。
实施例二：
如图6所示，脉冲发生器为一MCU，调制波形产生是由MCU直接产生交替的方波信号，交流电压信号经运算放大器放大至合适的电平，经MCU AD转换，软件取得测量绝对值，这种电路更加简单，适合有MCU的应用场合。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种调制式直流电压互感器，其特征在于，包括脉冲发生器、调制电路、微电流互感器T1和同步整流电路；
所述脉冲发生器用于产生方波，并通过两个输出引脚输出交替的方波信号；所述同步整流电路用于将取样电阻R3两端的脉冲交变电压转换成直流电压输出；
所述调制电路包括第一光电耦合器U3和第二光电耦合器U4，第一光电耦合器U3的发射光体的一引脚外接电阻后与脉冲发生器的第一输出引脚相连，另一引脚接地；第一光电耦合器U3的接收光体的一引脚外接第一电阻R2后与直流电压输入端的正极相连，另一引脚与直流电压输入端的负极相连；第二光电耦合器U4的发射光体的一引脚外接电阻后与脉冲发生器的第二输出引脚相连，另一引脚接地；第二光电耦合器U4的接收光体的一引脚外接第二电阻R4后与直流电压输入端的正极相连，另一引脚与直流电压输入端的负极相连；
微电流互感器T1的初级线圈串接在第一电阻R2和第二电阻R4之间，微电流互感器T1的次级线圈与取样电阻R3并联，取样电阻R3与同步整流电路相连；
所述同步整流电路包括4个模拟开关，即包括第一模拟开关U1A、第二模拟开关U1B、第三模拟开关U1C和第四模拟开关U1D；其中，第一模拟开关U1A和第四模拟开关U1D的控制端均与脉冲发生器的第一输出引脚相连；第二模拟开关U1B和第三模拟开关U1C的控制端均与脉冲发生器的第二输出引脚相连；
第一模拟开关U1A与第三模拟开关U1C的输入端均与取样电阻R3的第一端相连；第二模拟开关U1B和第四模拟开关U1D的输入端均与取样电阻R3的第二端相连；
第一模拟开关U1A与第三模拟开关U1C的输出端均与第三电阻R1的第一端相连，第二模拟开关U1B与第四模拟开关U1D的输出端均与第一电容C1的第一端相连，第一电容C1的第一端接地，第三电阻R1的第二端与第一电容C1的第二端相连后输出。
2.根据权利要求1所述的调制式直流电压互感器，其特征在于，第一光电耦合器U3的接收光体的两个引脚之间连接有第一保护稳压管D1；第二光电耦合器U4的接收光体的两个引脚之间连接有第二保护稳压管D2。
3.根据权利要求1所述的调制式直流电压互感器，其特征在于，所述脉冲发生器为一可产生交替方波信号的脉冲发生电路或者MCU。
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