CN103684422A - 无光耦元件的高压直流信号隔离采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无光耦元件的高压直流信号隔离采样装置，分压器的输出端连接误差放大器的输入端，误差放大器的输出端和锯齿波发生器的输出端均连接至比较器的输入端，比较器的输出端接至数字隔离器的输入端，数字隔离器的输出端接至第一滤波器的输入端，第一滤波器的输出端连接至模数转换器，比较器的输出端还连接至第二滤波器的输入端，第二滤波器的输出端连接至误差放大器的反相端。温度稳定性好，将直流信号转化为高频脉宽调制信号（PWM）进行隔离传输，无传统光耦隔离采样方案中的线性度问题，且精度高。由于无光耦元件，对于整个产品的寿命和可靠性都有很大提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种无光耦元件的高压直流信号隔离采样装置。
背景技术
开关电源在追求高效率、高功率密度的过程中，也逐渐开始对整个电源产品的智能化管理、数字化控制通讯和整体系统的高可靠性、长寿命等方面有了更高的需求，因此具有微处理器（MCU）的数字化电源设计和应用今年来发展非常迅速。在许多高可靠性的系统特别是通讯电源领域，对电源产品的数字化智能化要求更高，而且许多场合要求很高的输出电压设定和调整精度，并能够与系统端进行交互通讯，因此在此类电源产品设计中，通常将MCU置于输出侧，这样就带来了原边高压直流信号的隔离采样问题。
传统的高压直流信号隔离采样一般通过分压器电路和线性光耦来实现，这样的方案主要有以下几个问题：一是光耦的线性度问题，二是光耦的寿命问题，三是随着产品工作环境温度的变化带来的光耦温漂和可靠性问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种无光耦元件的高压直流信号隔离采样装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
无光耦元件的高压直流信号隔离采样装置，特点是：包括分压器、误差放大器、锯齿波发生器、比较器、数字隔离器、第一滤波器、第二滤波器和模数转换器，分压器的输出端连接误差放大器的输入端，误差放大器的输出端和锯齿波发生器的输出端均连接至比较器的输入端，比较器的输出端接至数字隔离器的输入端，数字隔离器的输出端接至第一滤波器的输入端，第一滤波器的输出端连接至模数转换器，比较器的输出端还连接至第二滤波器的输入端，第二滤波器的输出端连接至误差放大器的反相端。
进一步地，上述的无光耦元件的高压直流信号隔离采样装置，其中，所述数字隔离器为5000V交流隔离等级的数字隔离芯片。
本发明技术方案的实质性特点和进步主要体现在：
本发明温度稳定性好，将直流信号转化为高频脉宽调制信号（PWM）进行隔离传输，无传统光耦隔离采样方案中的线性度问题，且精度高。同时，由于无光耦元件，对于整个产品的寿命和可靠性都有很大提升。无光耦元件设计带来整个系统的低温漂、长寿命和高可靠性，所用到的元器件均为通用器件，且成本低，易于设计实现，隔离采样信号传递速率高，抗干扰能力强。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的构造示意图。
具体实施方式
如图1所示，无光耦元件的高压直流信号隔离采样装置，包括分压器1、误差放大器3、锯齿波发生器4、比较器5、数字隔离器6、第一滤波器7、第二滤波器9和模数转换器8，分压器1的输出端连接误差放大器3的输入端，误差放大器3的输出端和锯齿波发生器4的输出端均连接至比较器5的输入端，比较器5的输出端接至数字隔离器6的输入端，数字隔离器6的输出端接至第一滤波器7的输入端，第一滤波器7的输出端连接至模数转换器8，比较器5的输出端还连接至第二滤波器9的输入端，第二滤波器9的输出端连接至误差放大器3的反相端。
被采样高压直流信号经过分压器1后得到低压直流信号，然后与经第二滤波器9滤波后的反馈信号叠加后一起送至误差放大器3的反相端，误差放大器3的同相端接基准信号2，误差放大器3的输出和锯齿波发生器4产生的锯齿波信号共同送至比较器5的正负输入端进行比较，比较器5输出端得到的是高频PWM信号，这个PWM信号的频率固定，其脉冲宽度和幅值包含被测量高压直流信号的大小信息，高频PWM信号送至数字隔离器6的输入端，数字隔离器6的输出信号送至第一滤波器7后得到低压直流信号，然后该信号送至模数转换器8后得到MCU需要的数字信号。
数字隔离器6为5000V交流隔离等级的数字隔离芯片，运行转换高速率低信号失真，区别于传统光耦隔离元件的低寿命高温漂缺点，该数字隔离芯片拥有高达60年的设计寿命和极低的温漂性能。经过隔离输出的高频PWM信号经过滤波后可以还原成代表原本被测电压的低压直流信号，该低压直流信号经过模数转换器8后可以得到MCU需要的数字信号，一般大部分MCU都含有集成的模数转换器，所以在设计中一般也可以直接将经过第一滤波器滤波后的低压直流信号送至MCU自带的模数转换器输入端口。
基准信号2、误差放大器3、锯齿波发生器4和比较器5均为常用电子元件，体积小、成本低、可靠性和稳定性高，且易于实现。分立功能元件电路也可以由常见的电流型PWM控制芯片实现，误差放大器3和比较器5由芯片内集成的反馈控制误差放大器和PWM比较器实现，基准信号可以由芯片内部的基准电压信号替代，锯齿波发生器4可以由芯片的内部振荡器外接电阻电容选择频率来实现，这样用一颗常见的电流型PWM控制芯片就可实现方案的进一步小型化和集成化，且具有很好的成本优势。
综上所述，本发明温度稳定性好，将直流信号转化为高频脉宽调制信号（PWM）进行隔离传输，无传统光耦隔离采样方案中的线性度问题，且精度高。同时，由于无光耦元件，对于整个产品的寿命和可靠性都有很大提升。无光耦元件设计带来整个系统的低温漂、长寿命和高可靠性，所用到的元器件均为通用器件，且成本低，易于设计实现，隔离采样信号传递速率高，抗干扰能力强。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.无光耦元件的高压直流信号隔离采样装置，其特征在于：包括分压器、误差放大器、锯齿波发生器、比较器、数字隔离器、第一滤波器、第二滤波器和模数转换器，分压器的输出端连接误差放大器的输入端，误差放大器的输出端和锯齿波发生器的输出端均连接至比较器的输入端，比较器的输出端接至数字隔离器的输入端，数字隔离器的输出端接至第一滤波器的输入端，第一滤波器的输出端连接至模数转换器，比较器的输出端还连接至第二滤波器的输入端，第二滤波器的输出端连接至误差放大器的反相端。
2.根据权利要求1所述的无光耦元件的高压直流信号隔离采样装置，其特征在于：所述数字隔离器为5000V交流隔离等级的数字隔离芯片。
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