CN106160422A - 一种隔离100kv高精度v/v变换电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隔离100KV高精度V/V变换电路，包括电压‑频率变换电路、高隔离脉冲传输电路、频率‑电压变换电路，高隔离脉冲传输电路分别与频率‑电压转换电路、电压‑频率转换电路连接。有益效果是：实现了隔离耐压100KV的V/V传输，减少了应用设备对控制和监测设备的干扰及损伤；通过采用分单元调零补偿方式，使信号传输精度达到0.01%，线性度达到0.1%，失调电压为0.001V以下；解决了线性度差、精度低、失调电压高的缺陷，提高了控制和监测的精度，尤其在隔离高压电源中，电压调节和高压监测部分得到了很好地应用。

Description

一种隔离100KV高精度V/V变换电路

技术领域

本发明涉及一种应用于分析仪器、计算机控制、环境监测、生物医疗等领域中的隔离100KV高精度V/V变换电路。

背景技术

在高压电源应用领域中，高压噪声信号对控制和监测设备容易造成干扰，更为严重的甚至损坏控制和监测设备，为了实现自动控制并且保护控制设备，信号的隔离传输尤为重要。目前，隔离V/V变换电路的应用越来越广泛，对超高压侧设备进行精确的控制和数据传输成为一大课题，V/V变换的隔离耐压要求越来越高，但是市场上的很多隔离信号传输电路，隔离耐压值不高，线性度差，失调电压高，影响控制和监测的精度，因此隔离电压高、线性度好、失调电压低成为V/V变换的发展方向。

发明内容

鉴于目前市场的需求情况，本发明提供一种隔离耐压100KV的小信号线性传输电路，解决了线性度差、精度低、失调电压高的缺陷。

本发明为了实现上述目的，所采取的技术方案是：一种隔离100KV高精度V/V变换电路，其特征在于：包括电压-频率变换电路、高隔离脉冲传输电路、频率-电压变换电路，所述高隔离脉冲传输电路分别与频率-电压转换电路、电压-频率转换电路连接；

具体电路连接为：所述电压-频率转换电路中，输入端电压Vi通过电阻R1分别接电容C2的一端、控制芯片U1的比较器输入端7脚，控制芯片U1的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电阻R2和电容C3的一端，电阻R5与电容C4并联，输入正供电电压端+Vin1分别接电阻R5和R21的一端、电容C1的一端、电阻R2的另一端、控制芯片U1的电源输入端8脚，输入负供电电压端-Vin1分别接电容C12和电阻R20的一端，控制芯片U1的接地端4脚分别与电容C1和C2和C3和C12的另一端相连后接输入地G1，控制芯片U1的基准电流端2脚通过电阻R3和R4接输入地G1，电阻R7和电容C5并联，控制芯片U1的电流输出端1脚与阈值端6脚相连后接电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别接电阻R6和R8的一端，电阻R6的另一端接输入地G1，电阻R20的另一端接电位器RW1的一固定端1脚，电阻R21的另一端接电位器RW1的另一固定端2脚，电阻R8的另一端接电位器RW1的可调端3脚；

所述高隔离脉冲传输电路中，光电发射管D1的阳极接电压-频率转换电路中电阻R5的另一端，光电发射管D1的阴极分别接电压-频率转换电路中控制芯片U1的频率输出端3脚、电阻R19的一端，电阻R19的另一端接输入正供电电压端+Vin1，电容C6与电阻R10并联，光电接收管D2的阴极分别接电阻R9和R10的一端，电阻R10的另一端接三极管T1的基极，三极管T1的发射极与电阻R9的另一端相连后接输出地G2；

所述频率-电压变换电路中，输出正供电电压端+Vin2分别接电阻R11和R12和R13和R14和电容C9的一端、控制芯片U2的电源输入端8脚、放大器U3的正电源端7脚、电位器RW3的可调端3脚、高隔离脉冲传输电路中光电接收管D2的阳极，电容C9的另一端接输出地G2，电阻R11的另一端分别接电容C7的一端、高隔离脉冲传输电路中三极管T1的集电极，控制芯片U2的阈值端6脚分别接电阻R12和电容C7的另一端，控制芯片U2的比较器输入端7脚分别接电阻R15的一端、电阻R13的另一端，控制芯片U2的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电容C8的一端、电阻R14的另一端，电阻R15和电容C8的另一端相连后接输出地G2，控制芯片U2的接地端4脚和频率输出端3脚相连后接输出地G2，控制芯片U2的基准电流端2脚通过电阻R16接电位器RW2的一固定端1脚，电位器RW2的另一固定端2脚与可调端3脚相连后接输出地G2，电阻R17和电容C10并联，控制芯片U2的电流输出端1脚分别接放大器U3的同相输入端3脚、电阻R17的一端，放大器U3的反相输入端2脚与输出端6脚相连后接电阻R18的一端，电容C11和二极管D3并联，电阻R18的另一端接二极管D3的负极，并作为输出端Vo引出，电阻R17的另一端与二极管D3的正极相连后接输出地G2，输出负供电电压端-Vin2分别接放大器U3的负电源端4脚、电容C13的一端，电容C13的另一端接输出地G2，放大器U3的一调零端1脚接电位器RW3的一固定端1脚，放大器U3的另一调零端8脚接电位器RW3的另一固定端2脚。

本发明的有益效果是：实现了隔离耐压100KV的V/V传输，减少了应用设备对控制和监测设备的干扰及损伤；通过采用分单元调零补偿方式，使信号传输精度达到0.01%，线性度达到0.1%，失调电压为0.001V以下；解决了线性度差、精度低、失调电压高的缺陷，提高了控制和监测的精度，尤其在隔离高压电源中，电压调节和高压监测部分得到了很好地应用。

图1为本发明的电路连接框图；

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种隔离100KV高精度V/V变换电路，它包括电压-频率变换电路、高隔离脉冲传输电路、频率-电压变换电路。

高隔离脉冲传输电路分别与频率-电压转换电路、电压-频率转换电路连接。

上述电压-频率转换电路中，输入端电压Vi通过电阻R1分别接电容C2的一端、控制芯片U1的比较器输入端7脚，控制芯片U1的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电阻R2和电容C3的一端，电阻R5与电容C4并联，输入正供电电压端+Vin1分别接电阻R5和R21的一端、电容C1的一端、电阻R2的另一端、控制芯片U1的电源输入端8脚，输入负供电电压端-Vin1分别接电容C12和电阻R20的一端，控制芯片U1的接地端4脚分别与电容C1和C2和C3和C12的另一端相连后接输入地G1，控制芯片U1的基准电流端2脚通过电阻R3和R4接输入地G1，电阻R7和电容C5并联，控制芯片U1的电流输出端1脚与阈值端6脚相连后接电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别接电阻R6和R8的一端，电阻R6的另一端接输入地G1，电阻R20的另一端接电位器RW1的一固定端1脚，电阻R21的另一端接电位器RW1的另一固定端2脚，电阻R8的另一端接电位器RW1的可调端3脚。

上述高隔离脉冲传输电路中，光电发射管D1的阳极接电压-频率转换电路中电阻R5的另一端，光电发射管D1的阴极分别接电压-频率转换电路中控制芯片U1的频率输出端3脚、电阻R19的一端，电阻R19的另一端接输入正供电电压端+Vin1，电容C6与电阻R10并联，光电接收管D2的阴极分别接电阻R9和R10的一端，电阻R10的另一端接三极管T1的基极，三极管T1的发射极与电阻R9的另一端相连后接输出地G2。

上述频率-电压变换电路中，输出正供电电压端+Vin2分别接电阻R11和R12和R13和R14和电容C9的一端、控制芯片U2的电源输入端8脚、放大器U3的正电源端7脚、电位器RW3的可调端3脚、高隔离脉冲传输电路中光电接收管D2的阳极，电容C9的另一端接输出地G2，电阻R11的另一端分别接电容C7的一端、高隔离脉冲传输电路中三极管T1的集电极，控制芯片U2的阈值端6脚分别接电阻R12和电容C7的另一端，控制芯片U2的比较器输入端7脚分别接电阻R15的一端、电阻R13的另一端，控制芯片U2的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电容C8的一端、电阻R14的另一端，电阻R15和电容C8的另一端相连后接输出地G2，控制芯片U2的接地端4脚和频率输出端3脚相连后接输出地G2，控制芯片U2的基准电流端2脚通过电阻R16 接电位器RW2的一固定端1脚，电位器RW2的另一固定端2脚与可调端3脚相连后接输出地G2，电阻R17和电容C10并联，控制芯片U2的电流输出端1脚分别接放大器U3的同相输入端3脚、电阻R17的一端，放大器U3的反相输入端2脚与输出端6脚相连后接电阻R18的一端，电容C11和二极管D3并联，电阻R18的另一端接二极管D3的负极，并作为输出端Vo引出，电阻R17的另一端与二极管D3的正极相连后接输出地G2，输出负供电电压端-Vin2分别接放大器U3的负电源端4脚、电容C13的一端，电容C13的另一端接输出地G2，放大器U3的一调零端1脚接电位器RW3的一固定端1脚，放大器U3的另一调零端8脚接电位器RW3的另一固定端2脚。

芯片U1、U2的型号为：LM331；芯片U3的型号为：OP07。

电压-频率转换电路中，考虑到电压和频率转换的精度和稳定度，电容C3采用NPO材质，性能稳定可靠。RW1为线性度调节电阻，为了保证调节精度电阻RW1选用多圈电位器，发射管应选择光敏特性好的器件。

频率-电压转换电路中，考虑到频率和电压转换的精度和稳定度，电容C8采用NPO材质，性能稳定可靠。为了保证频率信号传输的准确性，发光管和接收管应该用绝缘管密封。考虑到降额设计，绝缘管的耐压值应进行120KV测试。

RW3为零点补偿调节电位器，为了保证调节精度选用多圈电位器。

本电路在PCB设计布局时，考虑了输入与输出端的高绝缘耐压，输入端与输出端有一定的空间距离，减少高压干扰，以保证电路工作的可靠性。

工作原理

在电压频率变换电路中，控制芯片U1的5脚为内部定时比较器的时间设置端，定时时间取决于电阻R3和电容C2。模拟信号从Vi输入，经电阻R1和电容C3组成的输入滤波后，送到控制芯片U1的内部输入比较器的同相端7脚，根据上述两个比较器输入端电压的变化，周期性的控制内部触发器的翻转，并在控制芯片U1的频率输出端3脚输出一定频率的脉冲方波，并通过调节电位器RW1可以调节低端频率信号的线性度。

在高隔离脉冲传输电路和频率电压变换电路中，控制芯片U2的5脚为内部定时比较器的时间设置端，定时时间取决于电阻R16和电容C7。从光电接收管D2隔离传送过来的一定频率的脉冲信号，经电阻R12和电容C6组成的微分电路，产生的尖脉冲加到控制芯片U2的阈值端6脚，即芯片U2内部输入比较器的反相端。经内部的各环节控制，在控制芯片U2的电流输出端1脚获得电荷积累，脉冲频率越高，电容C10上的电压越高。得到的模拟电压，又经过高精度放大器U3构成的跟随器，最终还原回与输入模拟电压相同的电压。为提高输出变换精度，减少非线性失真，采用芯片OP07，通过调节电位器RW3进行输出零点补偿，使输入失调电压降到最低；通过调节电位器RW2，提高输出电压与输入电压的对应精度。

Claims (1)

1.一种隔离100KV高精度V/V变换电路，其特征在于：包括电压-频率变换电路、高隔离脉冲传输电路、频率-电压变换电路，所述高隔离脉冲传输电路分别与频率-电压转换电路、电压-频率转换电路连接；

具体电路连接为：所述电压-频率转换电路中，输入端电压Vi通过电阻R1分别接电容C2的一端、控制芯片U1的比较器输入端7脚，控制芯片U1的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电阻R2和电容C3的一端，电阻R5与电容C4并联，输入正供电电压端+Vin1分别接电阻R5和R21的一端、电容C1的一端、电阻R2的另一端、控制芯片U1的电源输入端8脚，输入负供电电压端-Vin1分别接电容C12和电阻R20的一端，控制芯片U1的接地端4脚分别与电容C1和C2和C3和C12的另一端相连后接输入地G1，控制芯片U1的基准电流端2脚通过电阻R3和R4接输入地G1，电阻R7和电容C5并联，控制芯片U1的电流输出端1脚与阈值端6脚相连后接电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别接电阻R6和R8的一端，电阻R6的另一端接输入地G1，电阻R20的另一端接电位器RW1的一固定端1脚，电阻R21的另一端接电位器RW1的另一固定端2脚，电阻R8的另一端接电位器RW1的可调端3脚；

所述高隔离脉冲传输电路中，光电发射管D1的阳极接电压-频率转换电路中电阻R5的另一端，光电发射管D1的阴极分别接电压-频率转换电路中控制芯片U1的频率输出端3脚、电阻R19的一端，电阻R19的另一端接输入正供电电压端+Vin1，电容C6与电阻R10并联，光电接收管D2的阴极分别接电阻R9和R10的一端，电阻R10的另一端接三极管T1的基极，三极管T1的发射极与电阻R9的另一端相连后接输出地G2；

所述频率-电压变换电路中，输出正供电电压端+Vin2分别接电阻R11和R12和R13和R14和电容C9的一端、控制芯片U2的电源输入端8脚、放大器U3的正电源端7脚、电位器RW3的可调端3脚、高隔离脉冲传输电路中光电接收管D2的阳极，电容C9的另一端接输出地G2，电阻R11的另一端分别接电容C7的一端、高隔离脉冲传输电路中三极管T1的集电极，控制芯片U2的阈值端6脚分别接电阻R12和电容C7的另一端，控制芯片U2的比较器输入端7脚分别接电阻R15的一端、电阻R13的另一端，控制芯片U2的内部定时比较器时间设置端5脚分别接电容C8的一端、电阻R14的另一端，电阻R15和电容C8的另一端相连后接输出地G2，控制芯片U2的接地端4脚和频率输出端3脚相连后接输出地G2，控制芯片U2的基准电流端2脚通过电阻R16接电位器RW2的一固定端1脚，电位器RW2的另一固定端2脚与可调端3脚相连后接输出地G2，电阻R17和电容C10并联，控制芯片U2的电流输出端1脚分别接放大器U3的同相输入端3脚、电阻R17的一端，放大器U3的反相输入端2脚与输出端6脚相连后接电阻R18的一端，电容C11和二极管D3并联，电阻R18的另一端接二极管D3的负极，并作为输出端Vo引出，电阻R17的另一端与二极管D3的正极相连后接输出地G2，输出负供电电压端-Vin2分别接放大器U3的负电源端4脚、电容C13的一端，电容C13的另一端接输出地G2，放大器U3的一调零端1脚接电位器RW3的一固定端1脚，放大器U3的另一调零端8脚接电位器RW3的另一固定端2脚。