CN107783062B - 一种纹波检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种纹波检测装置，其包括用于采集待测信号的交流分量并对交流分量进行滤波放大以得到待测纹波信号的滤波放大电路、用于检测待测纹波信号的峰峰值以形成峰值信号的峰值检波器、用于对待测信号进行分压和滤波以提取待测信号的直流分量分压后的分压信号的分压滤波电路、用于隔离微处理器和分压滤波电路并对分压信号进行阻抗变换以形成转换信号的电压跟随器、用于对峰值信号和转换信号进行处理以得到待测信号的纹波电压值和直流电压值的微处理器以及用于显示待测信号的纹波电压值和直流电压值的显示器。本发明能实现对直流稳压电源的纹波电压和直流电压的检测，方便对直流稳压电源进行性能检测。
Description
技术领域
本发明涉及电子计量检测领域，特别是指一种纹波检测装置。
背景技术
纹波是由于直流稳压电源的电压波动而造成的一种现象，因为直流稳压电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流分量上的交流分量就称之为纹波。纹波主要有以下主要危害：1、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生较多的危害；2、降低了电源的效率；3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器；4、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；5、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。因此需要对直流稳压电源进行纹波电压和直流电压的检测以衡量直流稳压电源的性能。其中纹波的可以用有效值或峰值来表示，可以用绝对量，也可以用相对量来表示。纹波系数就是纹波的相对量即 :纹波系数 = 纹波电压 / 直流电压。
但是目前产线上，测量纹波是采用示波器检测纹波，测试方法比较麻烦，而且还需要人工记录数值并人工判定纹波是否超标，使用上存在不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纹波检测装置，其实现对直流稳压电源的纹波电压和直流电压的检测，方便对直流稳压电源进行性能检测。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种纹波检测装置，其包括滤波放大电路、峰值检波器、分压滤波电路、电压跟随器、微处理器以及显示器；所述滤波放大电路，用于采集待测信号的交流分量并对交流分量进行滤波放大以得到待测纹波信号；所述峰值检波器，用于检测待测纹波信号的峰峰值以形成峰值信号；所述峰值检波器的输入端与所述滤波放大电路的输出端相连；所述分压滤波电路，用于对待测信号进行分压和滤波以提取待测信号的直流分量分压后的分压信号；所述电压跟随器，用于隔离微处理器和分压滤波电路并对分压信号进行阻抗变换以形成转换信号；所述电压跟随器的输入端与分压电路的分压输出端相连；所述微处理器，用于对峰值信号进行模数转换以得到待测信号的纹波电压值以及对转换信号进行模数转换并根据分压滤波电路的分压比得到待测信号的直流电压值；所述微处理器内部集成有A/D转换芯片，所述微处理器的两个ADC输入端口分别与峰值检波器的输出端和电压跟随器的输出端相连；所述显示器，用于显示待测信号的纹波电压值和直流电压值；所述显示器与所述微处理器相连。
所述滤波放大电路包括一级滤波放大电路和二级滤波放大电路，一级滤波放大电路的输出端与二级滤波放大电路的输入端相连，所述一级滤波放大电路的输入端即为所述滤波放大电路的输入端，所述二级滤波放大电路的输出端即为所述滤波放大电路的输出端。
所述一级滤波放大电路包括一级滤波电路和一级放大电路，一级滤波电路的输出端与一级放大电路的输入端相连，所述一级滤波电路的输入端即为所述一级滤波放大电路的输入端，所述一级放大电路的输出端即为所述一级滤波放大电路的输出端；所述一级滤波电路包括电容C1、电容C2以及电阻R1；电容C1的一端作为一级滤波电路的输入端，电容C1的另一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端接地，电阻R1的另一端作为一级滤波电路的输出端；所述一级放大电路为同相放大电路，所述一级放大电路包括运算放大器U1、电阻R2以及电阻R3；运算放大器U1的同相输入端作为一级放大电路的输入端，运算放大器U1的反相输入端与电阻R2的一端和电阻R3的一端均相连；电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的输出端相连；运输放大器U1的输出端作为一级放大电路的输出端。
所述二级滤波放大电路包括二级滤波电路和二级放大电路，二级滤波电路的输出端与二级放大电路的输入端相连，所述二级滤波电路的输入端即为所述二级滤波放大电路的输入端，所述二级放大电路的输出端即为所述二级滤波放大电路的输出端；所述二级滤波电路包括电容C3、电容C4以及电阻R4；电容C3的一端作为二级滤波电路的输入端，电容C3的另一端与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地，电阻R4的另一端作为二级滤波电路的输出端；所述二级放大电路为同相放大电路，所述二级放大电路包括运算放大器U2、电阻R5以及电阻R6；运算放大器U2的同相输入端作为二级放大电路的输入端，运算放大器U2的反相输入端与电阻R5的一端和电阻R6的一端均相连；电阻R5的另一端接地，电阻R6的另一端与运算放大器U2的输出端相连；运输放大器U2的输出端作为二级放大电路的输出端。
所述峰值检波器包括电容C5、电容C6、极性电容E1、电阻R7、电阻R8、电阻R9、二极管D1以及运算放大器U3，电容C5的一端作为峰值检波器的输入端，电容C5的另一端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接运算放大器U3的同相输入端，电阻R8的一端与运算放大器U3的反相输入端相连，运算放大器U3的输出端与二级管D1的正极相连，二极管D1的负极与电阻R8的另一端、电容C6的一端、电阻R9的一端以及极性电容E1的正极均相连；电容C6的另一端、电阻R9的另一端以及极性电容E1的负极均接地。
所述分压滤波电路包括分压电路和滤波电路，分压电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述分压电路的输入端即为所述分压滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端即为所述分压滤波电路的输出端；所述分压电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、稳压二极管Z1以及电子开关，所述电子开关具有一个输入端、一个控制端和两个输出端；电阻R10的一端作为分压电路的输入端，电阻R10的另一端作为分压电路的输出端，电阻R10的另一端与稳压二极管Z1的负极、电子开关的输入端均相连，所述电子开关的控制端与微处理器的一个输出端口相连，所述微处理器控制电子开关的输入端与电子开关的两个输出端的其中之一导通，所述电子开关的第一输出端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接地，电子开关的第二输出端与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端接地，电阻R11的阻值不等于电阻R12的阻值；所述滤波电路包括电阻R13和电容C8，所述电阻R13的一端作为滤波电路的输入端，所述电阻R13的另一端与电容C8的一端相连，电容C8的另一端接地，所述电阻R13的另一端作为滤波电路的输出端。
所述电子开关的控制端串联一个接地的电容C7。
所述电阻R11的阻值小于电阻R12的阻值；常态时，电子开关的输入端与电子开关的第一输出端导通。
所述电压跟随器包括运算放大器U4、电容C9；运算放大器U4的同相输入端作为电压跟随器的输入端，运算放大器U4的反相输入端与运算放大器U4的输出端相连，运算放大器U4的输出端作为电压跟随器的输出端，电容C9的一端与运算放大器U4的输出端相连，电容C9的另一端接地。
采用上述结构后，本发明既能通过滤波放大电路、峰值检波器和微处理器实现对直流稳压电源的纹波电压的检测，又能通过分压滤波电路、电压跟随器和微处理器实现对直流稳压电源的直流电压的检测，而且还通过显示器对直流稳压电源的纹波电压和直流电压进行显示；整体实现简单，方便对直流稳压电源进行性能检测。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的分压滤波电路和电压跟随器的电路原理图；
图3为本发明的滤波放大电路、峰值检波器的电路原理图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
如图1所示，本发明揭示了一种纹波检测装置，其包括滤波放大电路、峰值检波器、分压滤波电路、电压跟随器、微处理器以及显示器。
所述滤波放大电路，用于采集待测信号的交流分量并对交流分量进行滤波放大以得到待测纹波信号；所述峰值检波器，用于检测待测纹波信号的峰峰值以形成峰值信号；所述峰值检波器的输入端与所述滤波放大电路的输出端相连；所述分压滤波电路，用于对待测信号进行分压和滤波以提取待测信号的直流分量分压后的分压信号；所述电压跟随器，用于隔离微处理器和分压滤波电路并对分压信号进行阻抗变换以形成转换信号；所述电压跟随器的输入端与分压电路的分压输出端相连；所述微处理器，用于对峰值信号进行模数转换以得到待测信号的纹波电压值以及对转换信号进行模数转换并根据分压滤波电路的分压比得到待测信号的直流电压值；所述微处理器内部集成有A/D转换芯片，所述微处理器可以为STC12C5A32AD，所述微处理器的两个ADC输入端口分别与峰值检波器的输出端和电压跟随器的输出端相连；所述显示器，用于显示待测信号的纹波电压值和直流电压值；所述显示器与所述微处理器相连，所述显示器可以为LCD显示器。
如图3所示，所述滤波放大电路可以包括一级滤波放大电路和二级滤波放大电路，一级滤波放大电路的输出端与二级滤波放大电路的输入端相连，所述一级滤波放大电路的输入端即为所述滤波放大电路的输入端，所述二级滤波放大电路的输出端即为所述滤波放大电路的输出端，通过一级滤波放大电路和二级滤波放大电路进行两级滤波放大以保证得到的待测纹波信号的准确性。
具体的，所述一级滤波放大电路包括一级滤波电路和一级放大电路，一级滤波电路的输出端与一级放大电路的输入端相连，所述一级滤波电路的输入端即为所述一级滤波放大电路的输入端，所述一级放大电路的输出端即为所述一级滤波放大电路的输出端。所述一级滤波电路包括电容C1、电容C2以及电阻R1；电容C1的一端作为一级滤波电路的输入端，电容C1的另一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端接地，电阻R1的另一端作为一级滤波电路的输出端；所述电容C1起到一个隔直通交的作用以采集待测信号的交流分量；所述电容C2和电阻R1构成一个RC滤波电路，去除交流分量中高于20MHz的高频噪声。所述一级放大电路为同相放大电路，所述一级放大电路用来弥补电阻R1造成的信号衰减，所述一级放大电路包括运算放大器U1、电阻R2以及电阻R3；运算放大器U1的同相输入端作为一级放大电路的输入端，运算放大器U1的反相输入端与电阻R2的一端和电阻R3的一端均相连；电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的输出端相连；运输放大器U1的输出端作为一级放大电路的输出端。
所述二级滤波放大电路包括二级滤波电路和二级放大电路，二级滤波电路的输出端与二级放大电路的输入端相连，所述二级滤波电路的输入端即为所述二级滤波放大电路的输入端，所述二级放大电路的输出端即为所述二级滤波放大电路的输出端。所述二级滤波电路包括电容C3、电容C4以及电阻R4；电容C3的一端作为二级滤波电路的输入端，电容C3的另一端与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地，电阻R4的另一端作为二级滤波电路的输出端。所述二级放大电路为同相放大电路，所述二级放大电路包括运算放大器U2、电阻R5以及电阻R6；运算放大器U2的同相输入端作为二级放大电路的输入端，运算放大器U2的反相输入端与电阻R5的一端和电阻R6的一端均相连；电阻R5的另一端接地，电阻R6的另一端与运算放大器U2的输出端相连；运输放大器U2的输出端作为二级放大电路的输出端。
配合图3所示，所述峰值检波器包括电容C5、电容C6、极性电容E1、电阻R7、电阻R8、电阻R9、二极管D1以及运算放大器U3，电容C5的一端作为峰值检波器的输入端，电容C5的另一端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接运算放大器U3的同相输入端，电阻R8的一端与运算放大器U3的反相输入端相连，运算放大器U3的输出端与二级管D1的正极相连，二极管D1的负极与电阻R8的另一端、电容C6的一端、电阻R9的一端以及极性电容E1的正极均相连；电容C6的另一端、电阻R9的另一端以及极性电容E1的负极均接地。
如图2所示，所述分压滤波电路包括分压电路和滤波电路，分压电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述分压电路的输入端即为所述分压滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端即为所述分压滤波电路的输出端；通过滤波电路和分压电路可以滤除待测信号的交流分量以得到直流分量并保证分压信号的电压值不会超过微处理器的供电电压从而保证分压信号能被微处理器准确识别；所述分压电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、稳压二极管Z1以及电子开关，所述电子开关具有一个输入端、一个控制端和两个输出端；所述电子开关的型号可以为P15A3157。所述电阻R10的一端作为分压电路的输入端，电阻R10的另一端作为分压电路的输出端，电阻R10的另一端与稳压二极管Z1的负极、电子开关的输入端均相连，所述电子开关的控制端与微处理器的一个输出端口相连，所述微处理器控制电子开关的输入端与电子开关的两个输出端的其中之一导通，所述电子开关的第一输出端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接地，电子开关的第二输出端与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端接地，电阻R11的阻值不等于电阻R12的阻值。所述分压电路通过微处理器控制电子开关的输入端与电子开关的两个输出端的其中之一导通而且形成分压比不同的分压电路，所述分压电路的分压比即为分压滤波电路的分压比，所述电子开关的控制端可以串联一个接地的电容C7以避免电子开关进行切换时造成微处理器电压不稳；当电子开关的输入端与电子开关的第一输出端导通时，分压比为电阻R11的阻值除以电阻R11和电阻R10的阻值之和；当电子开关的输入端与电子开关的第二输出端导通时，分压比为电阻R11的阻值除以电阻R11和电阻R10的阻值之和；其中所述电阻R11的阻值可以小于电阻R12的阻值；常态时，电子开关的输入端与电子开关的第一输出端导通以确保分压信号的电压值不会超过微处理器的供电电压。所述滤波电路包括电阻R13和电容C8，所述电阻R13的一端作为滤波电路的输入端；所述电阻R13的另一端与电容C8的一端相连，电容C8的另一端接地，所述电阻R13的另一端作为滤波电路的输出端。
所述电压跟随器包括运算放大器U4、电容C9；运算放大器U4的同相输入端作为电压跟随器的输入端，运算放大器U4的反相输入端与运算放大器U4的输出端相连，运算放大器U4的输出端作为电压跟随器的输出端，电容C9的一端与运算放大器U4的输出端相连，电容C9的另一端接地。
本发明用于直流稳压电源测试时，直流稳压电源的输出端接入到滤波放大电路和分压滤波电路的输入端以将直流稳压电源的待测信号输入到滤波放大电路和分压滤波电路中；滤波放大电路采集待测信号的交流分量并对交流分量进行滤波放大以得到待测纹波信号；峰值检波器检测待测纹波信号的峰峰值以形成峰值信号；而分压滤波电路则对待测信号进行分压和滤波以提取待测信号的直流分量分压后的分压信号，电压跟随器对分压信号进行阻抗变换以形成转换信号；微处理器对峰值信号进行模数转换以得到待测信号的纹波电压值，微处理器还对转换信号进行模数转换并根据分压滤波电路的分压比得到待测信号的直流电压值；所述直流电压值得到过程为微处理器对转换信号进行模数转换得到分压信号的分压值，微处理器将分压信号的分压值除以分压滤波电路的分压比得到待测信号的直流电压值，此为常用电压检测处理方法；所述显示器显示待测信号的纹波电压值和直流电压值。本发明既能通过滤波放大电路、峰值检波器和微处理器实现对直流稳压电源的纹波电压的检测，又能通过分压滤波电路、电压跟随器和微处理器实现对直流稳压电源的直流电压的检测，而且还通过显示器对直流稳压电源的纹波电压和直流电压进行显示；整体实现简单，方便对直流稳压电源进行性能检测。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (9)
1.一种纹波检测装置，其特征在于：包括滤波放大电路、峰值检波器、分压滤波电路、电压跟随器、微处理器以及显示器；
所述滤波放大电路，用于采集待测信号的交流分量并对交流分量进行滤波放大以得到待测纹波信号；
所述峰值检波器，用于检测待测纹波信号的峰峰值以形成峰值信号；所述峰值检波器的输入端与所述滤波放大电路的输出端相连；
所述分压滤波电路，用于对待测信号进行分压和滤波以提取待测信号的直流分量分压后的分压信号；
所述电压跟随器，用于隔离微处理器和分压滤波电路并对分压信号进行阻抗变换以形成转换信号；所述电压跟随器的输入端与分压电路的分压输出端相连；
所述微处理器，用于对峰值信号进行模数转换以得到待测信号的纹波电压值以及对转换信号进行模数转换并根据分压滤波电路的分压比得到待测信号的直流电压值；所述微处理器内部集成有A/D转换芯片，所述微处理器的两个ADC输入端口分别与峰值检波器的输出端和电压跟随器的输出端相连，所述微处理器还用于控制所述分压滤波电路的内部导通以形成分压比不同的分压电路；
所述显示器，用于显示待测信号的纹波电压值和直流电压值；所述显示器与所述微处理器相连，所述显示器为LCD显示器。
2.如权利要求1所述的纹波检测装置，其特征在于：所述滤波放大电路包括一级滤波放大电路和二级滤波放大电路，一级滤波放大电路的输出端与二级滤波放大电路的输入端相连，所述一级滤波放大电路的输入端即为所述滤波放大电路的输入端，所述二级滤波放大电路的输出端即为所述滤波放大电路的输出端。
3.如权利要求2所述的纹波检测装置，其特征在于：所述一级滤波放大电路包括一级滤波电路和一级放大电路，一级滤波电路的输出端与一级放大电路的输入端相连，所述一级滤波电路的输入端即为所述一级滤波放大电路的输入端，所述一级放大电路的输出端即为所述一级滤波放大电路的输出端；
所述一级滤波电路包括电容C1、电容C2以及电阻R1；电容C1的一端作为一级滤波电路的输入端，电容C1的另一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电容C2的一端相连，电容C2的另一端接地，电阻R1的另一端作为一级滤波电路的输出端；
所述一级放大电路为同相放大电路，所述一级放大电路包括运算放大器U1、电阻R2以及电阻R3；运算放大器U1的同相输入端作为一级放大电路的输入端，运算放大器U1的反相输入端与电阻R2的一端和电阻R3的一端均相连；电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的输出端相连；运输放大器U1的输出端作为一级放大电路的输出端。
4.如权利要求2所述的纹波检测装置，其特征在于：所述二级滤波放大电路包括二级滤波电路和二级放大电路，二级滤波电路的输出端与二级放大电路的输入端相连，所述二级滤波电路的输入端即为所述二级滤波放大电路的输入端，所述二级放大电路的输出端即为所述二级滤波放大电路的输出端；
所述二级滤波电路包括电容C3、电容C4以及电阻R4；电容C3的一端作为二级滤波电路的输入端，电容C3的另一端与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地，电阻R4的另一端作为二级滤波电路的输出端；
所述二级放大电路为同相放大电路，所述二级放大电路包括运算放大器U2、电阻R5以及电阻R6；运算放大器U2的同相输入端作为二级放大电路的输入端，运算放大器U2的反相输入端与电阻R5的一端和电阻R6的一端均相连；电阻R5的另一端接地，电阻R6的另一端与运算放大器U2的输出端相连；运输放大器U2的输出端作为二级放大电路的输出端。
5.如权利要求1所述的纹波检测装置，其特征在于：所述峰值检波器包括电容C5、电容C6、极性电容E1、电阻R7、电阻R8、电阻R9、二极管D1以及运算放大器U3，电容C5的一端作为峰值检波器的输入端，电容C5的另一端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接运算放大器U3的同相输入端，电阻R8的一端与运算放大器U3的反相输入端相连，运算放大器U3的输出端与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与电阻R8的另一端、电容C6的一端、电阻R9的一端以及极性电容E1的正极均相连；电容C6的另一端、电阻R9的另一端以及极性电容E1的负极均接地。
6.如权利要求1所述的纹波检测装置，其特征在于：所述分压滤波电路包括分压电路和滤波电路，分压电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述分压电路的输入端即为所述分压滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端即为所述分压滤波电路的输出端；
所述分压电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、稳压二极管Z1以及电子开关，所述电子开关具有一个输入端、一个控制端和两个输出端；电阻R10的一端作为分压电路的输入端，电阻R10的另一端作为分压电路的输出端，电阻R10的另一端与稳压二极管Z1的负极、电子开关的输入端均相连，所述电子开关的控制端与微处理器的一个输出端口相连，所述微处理器控制电子开关的输入端与电子开关的两个输出端的其中之一导通，所述电子开关的第一输出端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接地，电子开关的第二输出端与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端接地，电阻R11的阻值不等于电阻R12的阻值；
所述滤波电路包括电阻R13和电容C8，所述电阻R13的一端作为滤波电路的输入端，所述电阻R13的另一端与电容C8的一端相连，电容C8的另一端接地，所述电阻R13的另一端作为滤波电路的输出端。
7.如权利要求6所述的纹波检测装置，其特征在于：所述电子开关的控制端串联一个接地的电容C7。
8.如权利要求6或7所述的纹波检测装置，其特征在于：所述电阻R11的阻值小于电阻R12的阻值；常态时，电子开关的输入端与电子开关的第一输出端导通。
9.如权利要求1所述的纹波检测装置，其特征在于：所述电压跟随器包括运算放大器U4、电容C9；运算放大器U4的同相输入端作为电压跟随器的输入端，运算放大器U4的反相输入端与运算放大器U4的输出端相连，运算放大器U4的输出端作为电压跟随器的输出端，电容C9的一端与运算放大器U4的输出端相连，电容C9的另一端接地。
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