CN105548656A - 一种直流高电压隔离采样电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直流高电压隔离采样电路,包括隔离电源变换电路、分压电路、直流电压隔离变换电路和差分放大电路;分压电路设于直流电压隔离变换电路的采样电压输入端上,直流电压隔离变换电路的隔离差分直流电压输出端与差分放大电路的电压输入端连接,差分放大电路的电压输入端与后级控制电路连接、供给采样的直流电压;而且隔离电源变换电路的隔离电源输出端与直流电压隔离变换电路的电源输入端连接、供给工作电源。这样,本隔离采样电路可显著降低采样电阻的有功损耗,减少电路发热,而且通过采用在电源隔离芯片上外接几个滤波电容器的结构,使整个电路能抵御GB14598.10规定的3级快速瞬变干扰,抗干扰能力极强,性能稳定、可靠。
Description
【技术领域】
本发明属于电压采样技术领域,尤其涉及一种直流高电压隔离采样电路。
【背景技术】
近二十年来,我国电力工业飞速发展,需求容量日益增加,负荷的种类也越来越多,用户对电能质量的影响越来越大,而且对电能质量的要求也越来越高。为了改善电能质量,出现了许多新型电能质量改善设备,如SVG(静止无功发生器)及APF(有源滤波器)等等。这些设备的基本原理就是由控制电路发出连续的脉冲度和相位都可调的PWM脉冲,去控制大功率晶体管(如晶闸管、IGCT、IGBT等)的导通和截至,产生相位与用户负载相反的谐波和无功电流,从而抵消用户负载产生的谐波和无功。
【发明内容】
但是,上面提到的这些设备内部都会产生一个或几个电压很高的直流电压(电压约为800~1500V)。这些直流电压的稳定度是影响补偿效果的一个重要因素。因此,需要准确控制这些直流电压的稳定性。要控制这些直流电压,首先就要测量准确这些电压。
现在的SVG(静止无功发生器)及APF(有源滤波器)测量直流电压,绝大部分都是使用霍尔元件。霍尔元件具有相应速度快,测量精度高,能准确地跟踪直流电压等优点。但是,其测量时需由被测电压通过外接电阻提供约20mA的电流。这个电流会产生约20W左右的有功损耗,该损耗不仅降低补偿的效果,而且非常不利于设备稳定工作。
为了解决现有技术中存在的上述技术问题,本发明提供了一种可显著降低采样电阻的有功损耗,减少电路发热,且抗干扰能力极强,性能稳定、可靠的直流高电压隔离采样电路。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为:
一种直流高电压隔离采样电路,包括有隔离电源变换电路、分压电路、直流电压隔离变换电路和差分放大电路;其中,所述分压电路设于直流电压隔离变换电路的采样电压输入端上,所述直流电压隔离变换电路的隔离差分直流电压输出端与差分放大电路的电压输入端连接,所述差分放大电路的电压输入端与后级控制电路连接、供给采样的直流电压;而且所述隔离电源变换电路的隔离电源输出端与直流电压隔离变换电路的电源输入端连接、供给工作电源。
进一步地,所述隔离电源变换电路包括电源隔离芯片U10和滤波电容器C6~C15;其中,所述电源隔离芯片U10的内部集成有振荡电路和微型变压器,所述滤波电容器C6~C9并接在电源隔离芯片U10的正极电源引脚VCC1和接地引脚GND1之间,所述滤波电容器C10~C15并接在电源隔离芯片U10的隔离电源输出引脚VISO和接地引脚GND2之间;而且所述电源隔离芯片U10的隔离电源输出引脚VISO与直流电压隔离变换电路的电源输入端连接。
进一步地,所述隔离电源变换电路还包括有用于降低隔离电源的纹波和噪声的滤波电感L3,所述滤波电感L3串联在电源隔离芯片U10的隔离电源输出引脚VISO上,位于滤波电容器C10和C11与滤波电容器C12、13之间。
进一步地,所述电源隔离芯片U10是ADI公司生产的ADUM6000电源隔离芯片,所述滤波电容器C6~C15是小型陶瓷滤波电容器。
进一步地,所述直流电压隔离变换电路包括隔离A-D-A转换芯片U1、二极管D1、电容器C3、C4和C216;其中,所述二极管D1和电容器C3并接在隔离A-D-A转换芯片U1的采样电压输入端上,所述电容器C216并接在隔离A-D-A转换芯片U1的隔离电源输入引脚IDD1上,所述电容器C4并接在工作电源引脚IDD2上;而且所述隔离A-D-A转换芯片U1的隔离差分直流电压输出端与差分放大电路的电压输入端连接。
进一步地,所述分压电路包括有电阻R1~R11,所述电阻R1~R5串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的同相采样电压输入端上,所述电阻R6~R10串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的反相采样电压输入端上;所述电阻R11是负载电阻,与二极管D1和电容器C3一起并接在隔离A-D-A转换芯片U1的采样电压输入端上。
进一步地,所述隔离A-D-A转换芯片U1的采样电压输入端还设有低通滤波电路,所述低通滤波电路包括滤波电感L1和L2、电容器C1和C2;其中,所述滤波电感L1与电阻R1~R5串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的同相采样电压输入端上,所述滤波电感L2与电阻R6~R10串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的反相采样电压输入端上,所述电容器C1和C2分别并联接在隔离A-D-A转换芯片U1的反相采样电压输入端和同相采样电压输入端上。
进一步地,所述隔离A-D-A转换芯片U1是AvagoTechnologies公司生产的ACPL-87B隔离模拟信号转换芯片。
进一步地,所述差分放大电路包括差分放大器、电阻R12~R15、电容器C5和C6,所述差分放大器)的同相电压输入端和反相电压输入端分别串联电阻R13和R12后与隔离A-D-A转换芯片U1的隔离差分直流电压输出端连接,所述电容器C5和电阻R14并联后连接在差分放大器的同相电压输入端上,所述电容器C6和电阻R15并联后连接在差分放大器的反相电压输入端和电压输入端上。
本发明的有益效果如下:
本发明通过采用上述技术方案,即可显著降低采样电阻的有功损耗,减少电路发热,而且通过采用在电源隔离芯片上外接几个滤波电容器的结构以抵御瞬态电脉冲群干扰,使整个直流高电压隔离采样电路能抵御GB14598.10规定的3级快速瞬变干扰,抗干扰能力极强,性能非常稳定、可靠。
【附图说明】
图1是本发明所述一种直流高电压隔离采样电路实施例的结构原理示意框图;
图2是本发明所述一种直流高电压隔离采样电路实施例的电路结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1和图2中所示:
本发明实施例提供了一种直流高电压隔离采样电路,包括有隔离电源变换电路1、分压电路2、直流电压隔离变换电路3和差分放大电路4;其中,所述分压电路2设于直流电压隔离变换电路3的采样电压输入端上,所述直流电压隔离变换电路3的隔离差分直流电压输出端与差分放大电路4的电压输入端连接,所述差分放大电路4的电压输入端与后级控制电路连接、供给采样的直流电压;而且隔离电源变换电路1的隔离电源输出端与直流电压隔离变换电路3的电源输入端连接、供给工作电源。
具体结构可以如图2,所述隔离电源变换电路1包括电源隔离芯片U10和滤波电容器C6~C15;所述电源隔离芯片U10可以是ADI公司生产的ADUM6000电源隔离芯片,其内部集成有振荡电路和微型变压器;所述滤波电容器C6~C15可以是小型陶瓷滤波电容器(电容值约为2pF),其中,所述滤波电容器C6~C9并接在电源隔离芯片U10的正极电源引脚VCC1和接地引脚GND1之间,所述滤波电容器C10~C15并接在电源隔离芯片U10的隔离电源输出引脚VISO和接地引脚GND2之间;而且电源隔离芯片U10的隔离电源输出引脚VISO与直流电压隔离变换电路3的电源输入端连接。所述直流电压隔离变换电路3包括隔离A-D-A转换芯片U1、二极管D1、电容器C3、C4和C216;其中,所述隔离A-D-A转换芯片U1可以是AvagoTechnologies公司生产的ACPL-87B隔离模拟信号转换芯片,所述二极管D1和电容器C3并接在隔离A-D-A转换芯片U1的采样电压输入端上,所述电容器C216并接在隔离A-D-A转换芯片U1的隔离电源输入引脚IDD1上,所述电容器C4并接在工作电源引脚IDD2上;而且所述隔离A-D-A转换芯片U1的隔离差分直流电压输出端与差分放大电路4的电压输入端连接。所述分压电路2包括有电阻R1~R11,所述电阻R1~R5串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的同相采样电压输入端上,所述电阻R6~R10串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的反相采样电压输入端上;所述电阻R11是负载电阻,与二极管D1和电容器C3一起并接在隔离A-D-A转换芯片U1的采样电压输入端上。所述差分放大电路4包括差分放大器41、电阻R12~R15、电容器C5和C6,所述差分放大器41的同相电压输入端和反相电压输入端分别串联电阻R13和R12后与隔离A-D-A转换芯片U1的隔离差分直流电压输出端连接,所述电容器C5和电阻R14并联后连接在差分放大器41的同相电压输入端上,所述电容器C6和电阻R15并联后连接在差分放大器41的反相电压输入端和电压输入端上。
本发明所述直流高电压隔离采样电路的工作原理为:首先,采集的直流高电压经分压电路2降低为可变换的低电压后输入至直流电压隔离变换电路3,与此同时隔离电源变换电路1的电源隔离芯片U10将电压信号转换成数字信号、并将该数字信号经其电压隔离栅后还原成模拟信号,向直流电压隔离变换电路3输出隔离电源;接着直流电压隔离变换电路3的隔离A-D-A转换芯片U1对还原的模拟信号进行差分、隔离电压输出给差分放大电路4;最后差分放大电路4对输入的隔离电压调理成幅度合适的直流电压、输出,以便后级控制电路进行采样。
经过测试,当本发明所述直流高电压隔离采样电路输入电压的测量范围为50~1500V,测量精度不大于正负1%,例如:输入电压为1500V时,电流约为0.4mA,R1~R10这10个电阻的功耗约为0.6W,有功损耗显著地降低,相比原来的霍尔传感器直流采样电路,极大地减小了采样电阻的有功损耗,同时大大地减少了电路发热,性能稳定、可靠;而且隔离电源变换电路1通过采用在电源隔离芯片U10上外接滤波电容器C6~C15的结构,可很好地抵御瞬态电脉冲群干扰,使整个直流高电压隔离采样电路能抵御GB14598.10规定的3级快速瞬变干扰,抗干扰能力极强,性能更稳定、更可靠。
作为本发明一优选方案,所述隔离电源变换电路1还包括有滤波电感L3,所述滤波电感L3串联在电源隔离芯片U10的隔离电源输出引脚VISO上,位于滤波电容器C10和C11与滤波电容器C12、13之间。这样,即可降低隔离电源的纹波和噪声,输出的隔离电源更准确、更稳定。
作为本发明又一优选方案,所述隔离A-D-A转换芯片U1的采样电压输入端还设有低通滤波电路5,所述低通滤波电路5包括滤波电感L1和L2、电容器C1和C2;其中,所述滤波电感L1与电阻R1~R5串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的同相采样电压输入端上,所述滤波电感L2与电阻R6~R10串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的反相采样电压输入端上,所述电容器C1和C2分别并联接在隔离A-D-A转换芯片U1的反相采样电压输入端和同相采样电压输入端上。这样,通过该低通滤波电路5即可在最大程度上衰减输入电压中的共模干扰,进一步加强了本直流高电压隔离采样电路的抗干扰能力,有利于后级控制电路稳定工作。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种直流高电压隔离采样电路,其特征在于:包括有隔离电源变换电路(1)、分压电路(2)、直流电压隔离变换电路(3)和差分放大电路(4);其中,所述分压电路(2)设于直流电压隔离变换电路(3)的采样电压输入端上,所述直流电压隔离变换电路(3)的隔离差分直流电压输出端与差分放大电路(4)的电压输入端连接,所述差分放大电路(4)的电压输入端与后级控制电路连接、供给采样的直流电压;而且所述隔离电源变换电路(1)的隔离电源输出端与直流电压隔离变换电路(3)的电源输入端连接、供给工作电源。
2.根据权利要求1所述的直流高电压隔离采样电路,其特征在于:所述隔离电源变换电路(1)包括电源隔离芯片U10和滤波电容器C6~C15;其中,所述电源隔离芯片U10的内部集成有振荡电路和微型变压器,所述滤波电容器C6~C9并接在电源隔离芯片U10的正极电源引脚VCC1和接地引脚GND1之间,所述滤波电容器C10~C15并接在电源隔离芯片U10的隔离电源输出引脚VISO和接地引脚GND2之间;而且所述电源隔离芯片U10的隔离电源输出引脚VISO与直流电压隔离变换电路(3)的电源输入端连接。
3.根据权利要求2所述的直流高电压隔离采样电路,其特征在于:所述隔离电源变换电路(1)还包括有用于降低隔离电源的纹波和噪声的滤波电感L3,所述滤波电感L3串联在电源隔离芯片U10的隔离电源输出引脚VISO上,位于滤波电容器C10和C11与滤波电容器C12、13之间。
4.根据权利要求2所述的直流高电压隔离采样电路,其特征在于:所述电源隔离芯片U10是ADI公司生产的ADUM6000电源隔离芯片,所述滤波电容器C6~C15是小型陶瓷滤波电容器。
5.根据权利要求1-4中任一所述的直流高电压隔离采样电路,其特征在于:所述直流电压隔离变换电路(3)包括隔离A-D-A转换芯片U1、二极管D1、电容器C3、C4和C216;其中,所述二极管D1和电容器C3并接在隔离A-D-A转换芯片U1的采样电压输入端上,所述电容器C216并接在隔离A-D-A转换芯片U1的隔离电源输入引脚IDD1上,所述电容器C4并接在工作电源引脚IDD2上;而且所述隔离A-D-A转换芯片U1的隔离差分直流电压输出端与差分放大电路(4)的电压输入端连接。
6.根据权利要求5所述的直流高电压隔离采样电路,其特征在于:所述分压电路(2)包括有电阻R1~R11,所述电阻R1~R5串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的同相采样电压输入端上,所述电阻R6~R10串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的反相采样电压输入端上;所述电阻R11是负载电阻,与二极管D1和电容器C3一起并接在隔离A-D-A转换芯片U1的采样电压输入端上。
7.根据权利要求6所述的直流高电压隔离采样电路,其特征在于:所述隔离A-D-A转换芯片U1的采样电压输入端还设有低通滤波电路(5),所述低通滤波电路(5)包括滤波电感L1和L2、电容器C1和C2;其中,所述滤波电感L1与电阻R1~R5串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的同相采样电压输入端上,所述滤波电感L2与电阻R6~R10串联后连接在隔离A-D-A转换芯片U1的反相采样电压输入端上,所述电容器C1和C2分别并联接在隔离A-D-A转换芯片U1的反相采样电压输入端和同相采样电压输入端上。
8.根据权利要求7所述的直流高电压隔离采样电路,其特征在于:所述隔离A-D-A转换芯片U1是AvagoTechnologies公司生产的ACPL-87B隔离模拟信号转换芯片。
9.根据权利要求6或7或8所述的直流高电压隔离采样电路,其特征在于:所述差分放大电路(4)包括差分放大器(41)、电阻R12~R15、电容器C5和C6,所述差分放大器(41)的同相电压输入端和反相电压输入端分别串联电阻R13和R12后与隔离A-D-A转换芯片U1的隔离差分直流电压输出端连接,所述电容器C5和电阻R14并联后连接在差分放大器(41)的同相电压输入端上,所述电容器C6和电阻R15并联后连接在差分放大器(41)的反相电压输入端和电压输入端上。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |