CN102998512B - 一种直流高压隔离采样电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及直流采样电路技术领域，特别是指一种直流高压隔离采样电路，包括待采样的母线，所述母线的正母线和负母线之间串接有分压采样电路，还包括A/D转换电路、光耦隔离电路和信号处理单元，所述的分压采样电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，所述A/D转换电路的输出端连接光耦隔离器的输入端，所述光耦隔离器的输出端连接信号处理单元，与现有技术相比，本发明对信号的处理环节少，提高了采样的精度。同时由于采用独立的A/D转换电路，提高了A/D转换精度。另一方面电路也得到简化，减少了器件，且由于对实质性好进行隔离，对光耦的要求大大减低，从而节约了电路成本。

Description

一种直流高压隔离采样电路
技术领域
本发明涉及直流采样电路技术领域，特别是指一种直流高压隔离采样电路。
背景技术
在各种电子设备中，经常需要对具有直流高压的母线进行电压或者电流采样。在现有技术中，通常直流高压采样首先经过电阻分压为几十毫伏的电压信号，再经过隔离运放输出几伏的电压信号，之后经过滤波、放大以及保护电路，最终送入CPU的A/D转换器，从而实现高压直流的隔离测量和数模转换，同时为了提高直流系统的可靠性和抗干扰能力，采样电路用光耦隔离或电压霍尔隔离对主电路和控制电路进行电气隔离。对于这种采样电路，一方面由于需经过两级放大，光耦隔离、滤波以及保护等处理，中间处理环节较多，影响采样电路的精度且不能反映高压直流的较小电压波动，为了提高采样精度，一般采取换用性能更加优越的器件，如线性光耦等，这大大的提高了成本，但对于精度的提高作用有限，而如果采用霍尔元件则虽然可提高精度，但是成本高且需要提高双电源，增加了电路的复杂性；另一方面，由于CPU内置的A/D转换器只有10位，如果单纯依靠CPU自带的A/D转换器进行模数转换，转换精度受限制，再加上之前处理环节的干扰，A/D转换的精度大大降低。另外，由于CPU的端口资源有限，当需采样点比较多时，其端口资源常常不能满足需求。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种处理环节少、采样精度和A/D转换精度高的直流高压隔离采样电路。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供了一种直流高压隔离采样电路，包括设置于待采样的母线的正母线和负母线之间串接有分压采样电路，还包括A/D转换电路、光耦隔离电路和信号处理单元，其特征在于：所述的分压采样电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，所述A/D转换电路的输出端连接光耦隔离器的输入端，所述光耦隔离器的输出端连接信号处理单元。
如权利要求1所述的一种直流高压隔离采样电路，其特征在于：所述待采样的母线数量不少于两路，各路母线上的分压采样电路与A/D转换电路之间分别设置有可由信号处理单元控制其导通/截止的开关。
如权利要求2所述的一种直流高压隔离采样电路，其特征在于：所述多个开关在采样过程中至多有一个开关导通。
如权利要求2所述的一种直流高压隔离采样电路，其特征在于：所述开关为光电继电器。
如权利要求2所述的一种直流高压隔离采样电路，其特征在于：所述信号处理单元通过多路采样控制电路以控制各个开关的导通/截止。
如权利要求1所述的一种直流高压隔离采样电路，其特征在于：所述的的分压采样电路包括依次串接于母线的正母线和负母线之间的分压电阻R1和分压电阻R2，所述分压电阻R1和分压电阻R2的连接点作为分压采样电路的输出端。
如权利要求1所述的一种直流高压隔离采样电路，其特征在于：所述的A/D转换电路包括模数转换器ADS1118。
本发明的有益效果：提供一种多路直流高压采样电路，在分压采样电路的输出端设置A/D转换电路，将分压采样电路获取的低压信号直接进行A/D转换，进而将A/D转换后的数字信号进行光耦隔离后输送给CPU单元，因此对于采样信号无需进行运放、保护等处理，减少其中间处理环节，大大提高了采样的精度。同时由于采用独立的A/D转换电路，提高了A/D转换电路的转换性能，且没有中间处理环节的干扰，因此大大提高了A/D转换精度。另一方面电路也得到简化，减少了器件，且由于对实质性好进行隔离，对光耦的要求大大减低，从而节约了电路成本。
附图说明
图1是本发明种多路直流高压采样电路的实施例的电路结构示意图。
图2是本发明种多路直流高压采样电路的实施例的分压采样电路和开关的电路示意图。
图3是本发明种多路直流高压采样电路的实施例的A/D转换电路电路图。
图4是本发明种多路直流高压采样电路的实施例的多路采样控制电路电路图。
图5是本发明种多路直流高压采样电路的实施例的光耦隔离电路电路图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本发明一种多路直流高压采样电路的具体实施方式，如图1所示，包括：待采样的母线，所述母线的正母线和负母线之间串接有分压采样电路，所述的的分压采样电路包括依次串接于母线的正母线和负母线之间的分压电阻R1和分压电阻R2，所述分压电阻R1和分压电阻R2的连接点为输出端。以最简单的方式实现分压采样的目的。当然也可在母线的正母线和负母线之间串、并联更多的电子器件以实现分压采样目的。还包括A/D转换电路1、光耦隔离电路2和信号处理单元3，所述的分压采样电路的输出端连接A/D转换电路1的输入端，所述A/D转换电路1的输出端连接光耦隔离器的输入端，所述光耦隔离器的输出端连接信号处理单元3。
采样过程中，分压采样电路将被测母线之间的高压转为低电压信号，然后直接将该低压信号传输至A/D转换电路1进行转换，将该模拟信号转为数字信号，进而将信号经过光耦隔离电路2后送至信号处理单元3进行处理。因此，对于一个采样信号来说仅仅经过三个必要环节：用于获取低压信号的分压采样环节、将模拟信号转变为数字信号的A/D转换环节以及用于实现主电路和信号处理单元3的电气隔离、提高系统抗干扰能力和可靠性的光耦隔离环节。与现有技术相比，本发明因为直接将容易受干扰的小信号进行A/D转换，因此无需滤波、放大等对信号的中间处理环节，最大限度的减少了信号（特别是容易受干扰的小信号）可能的受到的干扰和衰减，提高采样精度。
同时，本发明中无需再采用信号处理单元3中的CPU内置的A/D转换器，避免了CPU内置的A/D转换器，避免转换精度受限制，大大提高A/D转换的精度。
如图3所示，所述的A/D转换电路1包括模数转换器ADS1118。该16位模数转换器相比CPU自带的10位A/D转换精度大大提高，且温度漂移低，功耗小，可支持高频率的采样，同时ADS1118可多路复用，方便不同传感器提供的多重信号中采集数据。比如，可以将ADS1118的其中一路作为电压信号采集，而将另一路作为电流信号采集。
如图5所示，所述光耦隔离电路2采用6N137型光耦，由于采样信号先经过A/D转换，信号抗干扰能力大大提高，对光耦隔离的要求大大降低，因此采用该光耦即可满足隔离要求，同时该光耦价格低廉，有效降低了电路的总体成本。
如图1所示，在本实施例中，包括N路待采样的母线,有N个光电继电器（S1、S2……SN）分别设置于每路母线上的分压采样电路与A/D转换电路1之间，如图2所示。又如图4所示，所述信号处理单元3输出端连接有由芯片74HC595构成的多路采样控制电路，多路采样控制电路根据信号处理单元3输出的控制信号（VS1、VS2……VSN）分别控制多个光电继电器（S1、S2……SN）的导通/截止。在采样过程中，N个光电继电器S1和S2仅有一个导通，例如当光电继电器S1导通时，其他光电继电器（S2、S3……SN）截止，此时A/D转换电路1获取与光电继电器S1连接的分压采样电路所获取的电压信号，将该电压信号进行A/D转换后经光耦隔离输送给信号处理单元3。同理，当光电继电器S2导通时，其他光电继电器（S1、S3……SN）截止，此时A/D转换电路1获取与光电继电器S2连接的分压采样电路所获取的电压信号，将该电压信号进行A/D转换后经光耦隔离输送给信号处理单元3。因此在采样过程中，信号处理单元3始终仅获取一路母线的信号，信号处理单元3仅需提供一个I/O接口。避免在多路采样过程中I/O端不足以使用的情况，节约了I/O接口资源，利于信号处理单元3进行功能扩展。
当然，在采样过程中也可以根据可用的I/O接口资源适当地调整光电继电器的导通数量，只需适当扩展多路采样控制电路和A/D转换电路1并调整控制策略即可。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种直流高压隔离采样电路，包括设置于待采样的母线的正母线和负母线之间分压采样电路，还包括A/D转换电路、光耦隔离电路和信号处理单元，其特征在于：所述的分压采样电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，所述A/D转换电路的输出端连接光耦隔离器的输入端，所述光耦隔离器的输出端连接信号处理单元，所述待采样的母线数量不少于两路，各路母线上的分压采样电路与A/D转换电路之间分别设置有可由信号处理单元控制其导通/截止的光电继电器，还包括基于74HC595芯片的多路采样控制电路，所述多路采样控制电路根据信号处理单元输出的控制信号生成多路开关信号，一个开关信号用于控制一个供电继电器，所有的开关信号中至多有一个控制光电继电器导通。
2.如权利要求1所述的一种直流高压隔离采样电路，其特征在于：所述的分压采样电路包括依次串接于母线的正母线和负母线之间的分压电阻R1和分压电阻R2，所述分压电阻R1和分压电阻R2的连接点作为分压采样电路的输出端。
3.如权利要求1所述的一种直流高压隔离采样电路，其特征在于：所述的A/D转换电路包括模数转换器ADS1118。
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