CN108267630A - 用于高压前端的采样电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高压前端的采样电路，包括分压降压电路、电压缓冲电路以及量程选择差分放大电路；所述的分压降压电路的输出端连接电压缓冲电路的输入端；所述电压缓冲电路的输出端连接量程差分放大电路的输入端；所述的分压降压电路包括分压网络和第一继电器；所述的第一继电器连接于分压网络的输出端，为采样电路提供不一样的分压比。本发明采用的采样电压量程切换选择电路实现了从1/250到1/4000的缩放范围中有六个可选择量程，从而保证从100V到6400V(合理替换所用元器件参数可根据需要改变缩放范围和采样电压范围)，采样电压范围内得到优良的信噪比，进而提高测量结果的准确度和分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及电子测试领域，尤其是一种可广泛用于电子测量仪器上高压前端的采样电路。
背景技术
目前现有的同类电路普遍采用直插大电阻器件，而该类器件的分布电参数比较随机，这主要是由器件本身以及安装方法和位置造成的，因此这样的直插大电阻器件会造成很难设计出准确而普适的相位和频率补偿方法，从而限制高压信号采样电路的带宽以及使用范围。
此外，目前同类电路基本没有采样电压量程选择设计考虑，或者一些采用不完善的设计方法；因而无法保证电路在采样电压信号的全范围内实现优良的信噪比，从而得到信号理想的测量准确度和分辨率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于高压前端的采样电路，不仅能够大大提高高压前端采样电路的频响特性，而且具有采样电压量程选择功能，在保证高压端可靠采样的同时，兼具电压端采样的信噪比和模数转换分辨率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于高压前端的采样电路，包括分压降压电路、电压缓冲电路以及量程选择差分放大电路；所述的分压降压电路的输出端连接电压缓冲电路的输入端；所述电压缓冲电路的输出端连接量程差分放大电路的输入端；所述的分压降压电路包括分压网络和第一继电器；所述的第一继电器连接于分压网络的输出端，为采样电路提供不一样的分压比。
进一步的说，本发明所述的分压网络是由电阻和电容构成的；所述电阻构成低频段的分压电路；所述电容构成高频段的分压电路；该高频段的分压电路为补偿电路。
再进一步的说，本发明所述的第一继电器的线圈端连接第一控制信号；当第一控制信号为低时，实现1/1000分压比；当第一控制信号为高时，实现1/4000分压比。
再进一步的说，本发明所述的电压缓冲电路包括两个运算放大器；所述的运算放大器为电压跟随器；所述电压缓冲电路为量程选择差分放大电路提供低输出阻抗。
再进一步的说，本发明所述的量程选择差分放大电路包括第二继电器、第三继电器以及差分放大器；所述的第二继电器和第三继电器分别连接第二控制信号和第三控制信号；所述的量程差分放大电路通过第二控制信号和第三控制信号实现4/3倍、1倍、4倍的放大；所述的差分放大器的输出端产生差分对信号；所述的差分对信号为采样电路的输出信号。
本发明的有益效果是，解决了背景技术中存在的缺陷，本发明采用的采样电压量程切换选择电路实现了从1/250到1/4000的缩放范围中有十二个可选择量程，从而保证从100V到6400V(合理替换所用元器件参数可根据需要改变缩放范围和采样电压范围)，采样电压范围内得到优良的信噪比，进而提高测量结果的准确度和分辨率。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体电路原理图；
图2是本发明分压降压电路原理图；
图3是本本发明电压缓冲电路原理图；
图4是本发明量程选择差分放大电路原理图；
图5是本发明使用状态电路原理框图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种用于高压前端的采样电路，包括分压降压电路、电压缓冲电路以及量程选择差分放大电路；所述的分压降压电路的输出端连接电压缓冲电路的输入端；所述电压缓冲电路的输出端连接量程差分放大电路的输入端。
由于图1受视图尺寸大小限制，为了更好的表现图1中的内容，现将图1中的分压降压电路、电压缓冲电路以及量程选择差分放大电路进行局部拆分，分别为图2、图3、图4。
工作原理如图2-4所示：
Hpot和Lpot为高压采样的输入端，
当高压信号采样过来以后，首先经过由R300～R305、R310、R317、R324～R329、C303～C304、C306～C313、C315、C321～C329、C333～C334构成的电阻电容分压网络。
一般情况下，电阻分压采用纯电阻模式即可得到理想的结果，但是此处所采用的电阻比较大，电阻的pF级的分布电容即可和电阻(3MΩ)构成截止频率为几百kHz到几MHz的低通滤波器，从而大大削弱采样电路的频响特性。
针对上述原因，采样电路的分压部分在电阻分压的基础上增加电容补偿电路，利用电容通高频信号的特性为采样信号提高一个高频分压电路。通过合理的选择元器件参数，利用电阻的低频特性和电容的高频特性可以在100MHz的带宽范围内得到理想的频率响应。此外，贴片电阻的分布电容比较稳定且具有可预知性，贴片电阻的采用大大拓宽了高压采样的应用范围。
具体依Hpot采样端为例：R300～R305与R310构成低频段的分压电路，C303～C304、C306～C313与C315构成高频段的分压电路，经过计算和合理的实际调整即可在100MHz的带宽范围内得出理想的频率效应。Lpot采样端同理。
继电器K302的引入为采样分压比提供1/1000和1/4000两种选择。
依Hpot采样端为例，当控制信号range1为低时，R311、R312、C316、C317、C318电路网络悬空，低频段的分压电路由R300～R305与R310构成，高频段的分压电路由C303～C304、C306～C313与C315构成，从而实现1/1000分压比；
当控制信号range1为高时，R311、R312、C316、C317、C318电路网络与R310、C315并联。因此低频段的分压电路R300～R305与R310和R311、R312并联网络构成，高频段的分压电路由C303～C304、C306～C313与C315和C316、C317、C318并联网络构成，从而实现1/4000分压比。
运算放大器U300和U302为电压跟随器，起到信号缓冲和阻抗匹配的作用，为后端的放大电路提供一个低输出阻抗。
差分放大器U301和继电器K300、K301、电阻R306～R308、R320～R322构成差分放大电路，通过控制range2和range3可实现4/3倍、1倍、4倍的放大
差分对信号DIFF_N、DIFF_P即为该采样电路的输出信号，即可作为ADC的输入进行模数转换。具体使用原理框图如图5所示。
依据该电路绘制PCB，在实际电路调试阶段，利用频谱分析仪测量所需带宽范围内的频率特性，如果不满足要求，通过调整电容值来调整其频率特性。
通过range1、range2、range3来控制该采样电路的缩放比，从而实现采样电压量程选择，控制信号对照表如下表所示：
| range1 | range2 | range3 | 缩放比 | 适用电压范围 |
| 0 | 1 | 0 | 1/250 | 0V-400V |
| 0 | 0 | 1 | 1/750 | 400V-1200V |
| 0 | 1 | 1 | 1/1000 | 1200V-1600V |
| 1 | 1 | 0 | 1/1000 | 1200V-1600V |
| 1 | 0 | 1 | 1/3000 | 1600V-4800V |
| 1 | 1 | 1 | 1/4000 | 4800V-6400V |
根据实际需要，可通过改变电阻R306～R308，R320～R322的阻值来调整缩放比。
本发明基于贴片电子元器件的分布电参数比较稳定的特点，利用计算和实验微调的方法可精确设计出分压电阻分布电参数的补偿电路(得到确切的元器件参数)。经试验验证，本发明的信号采样带宽可达100MHz，大大拓宽了高压采样的应用范围。
本发明大大提高了高压前端采样电路的频响特性，采样的高压信号的带宽可达100Mhz，相对于目前现有同类电路实现了突破性的改善。此外本发明还具有采样电压量程选择功能，在保证高压端可靠采样的同时，兼具电压端采样的信噪比和模数转换分辨率。
该发明可广泛用于电子测量仪器，比如高压信号频谱分析仪，脉冲式线圈测试仪等电子测量仪器中。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
Claims (5)
1.一种用于高压前端的采样电路，其特征在于：包括分压降压电路、电压缓冲电路以及量程选择差分放大电路；所述的分压降压电路的输出端连接电压缓冲电路的输入端；所述电压缓冲电路的输出端连接量程差分放大电路的输入端；所述的分压降压电路包括分压网络和第一继电器；所述的第一继电器连接于分压网络的输出端，为采样电路提供不一样的分压比。
2.如权利要求1所述的用于高压前端的采样电路，其特征在于：所述的分压网络是由电阻和电容构成的；所述电阻构成低频段的分压电路；所述电容构成高频段的分压电路；该高频段的分压电路为补偿电路。
3.如权利要求1所述的用于高压前端的采样电路，其特征在于：所述的第一继电器的线圈端连接第一控制信号；当第一控制信号为低时，实现1/1000分压比；当第一控制信号为高时，实现1/4000分压比。
4.如权利要求1所述的用于高压前端的采样电路，其特征在于：所述的电压缓冲电路包括两个运算放大器；所述的运算放大器为电压跟随器；所述电压缓冲电路为量程选择差分放大电路提供低输出阻抗。
5.如权利要求1所述的用于高压前端的采样电路，其特征在于：所述的量程选择差分放大电路包括第二继电器、第三继电器以及差分放大器；所述的第二继电器和第三继电器分别连接第二控制信号和第三控制信号；所述的量程差分放大电路通过第二控制信号和第三控制信号实现4/3倍、1倍、4倍的放大；所述的差分放大器的输出端产生差分对信号；所述的差分对信号为采样电路的输出信号。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102901864A (zh) * | 2012-10-11 | 2013-01-30 | 阳光电源股份有限公司 | 一种电压检测装置 |
| CN103163479A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-06-19 | 叶露林 | 锂离子动力电池单体电芯电压测量电路 |
| CN203275483U (zh) * | 2013-04-15 | 2013-11-06 | 上海理工大学 | 自动调幅示波器 |
| CN103823104A (zh) * | 2014-02-24 | 2014-05-28 | 中国航天时代电子公司 | 一种单电源供电的自动量程正负电压测量电路 |
| CN105334487A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-02-17 | 湖南省湘电试验研究院有限公司 | 一种直流电能表检定装置 |
| CN105388816A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-03-09 | 天津市森特尔新技术有限公司 | 一种可扩展的高压检测控制单元 |
| CN106058860A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-10-26 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种适用于多种电压等级变电站的全波电压综合测量装置 |
| CN106443117A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-02-22 | 天津市英贝特航天科技有限公司 | 一种程控多量程采集电路 |
| CN206387846U (zh) * | 2016-08-10 | 2017-08-08 | 许继电气股份有限公司 | 一种宽频带电容补偿式电阻分压器 |
| CN206618791U (zh) * | 2016-11-10 | 2017-11-07 | 许继电气股份有限公司 | 一种宽频带电容补偿式电阻分压器 |
| CN107907736A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-04-13 | 广东东方电讯科技有限公司 | 数字化非线性模拟前端测量电路 |
| CN208076592U (zh) * | 2018-04-25 | 2018-11-09 | 常州同惠电子股份有限公司 | 一种用于高压前端的采样电路 |
-
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Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102901864A (zh) * | 2012-10-11 | 2013-01-30 | 阳光电源股份有限公司 | 一种电压检测装置 |
| CN103163479A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-06-19 | 叶露林 | 锂离子动力电池单体电芯电压测量电路 |
| CN203275483U (zh) * | 2013-04-15 | 2013-11-06 | 上海理工大学 | 自动调幅示波器 |
| CN103823104A (zh) * | 2014-02-24 | 2014-05-28 | 中国航天时代电子公司 | 一种单电源供电的自动量程正负电压测量电路 |
| CN105334487A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-02-17 | 湖南省湘电试验研究院有限公司 | 一种直流电能表检定装置 |
| CN105388816A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-03-09 | 天津市森特尔新技术有限公司 | 一种可扩展的高压检测控制单元 |
| CN106058860A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-10-26 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种适用于多种电压等级变电站的全波电压综合测量装置 |
| CN206387846U (zh) * | 2016-08-10 | 2017-08-08 | 许继电气股份有限公司 | 一种宽频带电容补偿式电阻分压器 |
| CN106443117A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-02-22 | 天津市英贝特航天科技有限公司 | 一种程控多量程采集电路 |
| CN206618791U (zh) * | 2016-11-10 | 2017-11-07 | 许继电气股份有限公司 | 一种宽频带电容补偿式电阻分压器 |
| CN107907736A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-04-13 | 广东东方电讯科技有限公司 | 数字化非线性模拟前端测量电路 |
| CN208076592U (zh) * | 2018-04-25 | 2018-11-09 | 常州同惠电子股份有限公司 | 一种用于高压前端的采样电路 |
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