CN110850143B - 一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路 - Google Patents

一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，包括多电压采集电路和故障检测电路，多电压采集电路包括隔离二极管、下拉电阻、零欧电阻及差分放大电路，故障检测电路包括基准电源、模拟开关及数字隔离器。本发明的电路，可通过下拉电阻降低二极管漏电流至微安级别，进而消除多电压采集过程中由漏电流引起的浮压，同时，在保证运算放大器增益不变的情况下，通过比例电阻的匹配，减少了潜在通道漏流的产生，进而提高电压采样的准确性，降低了虚警率；通过故障检测电路可实现对采样电路的自检测功能，提高了电路故障检测率，进而提升了产品的可靠性。

Description

一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路
技术领域
本发明是一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，属于航空电气技术领域。
背景技术
在飞机配电网络中，配电产品存在多个输入电源时，需要对来自不同电源的输入电压进行识别，以分析各输入电源的运行情况；如果单一电源上电，由于电压采集电路中隔离二极管存在的漏流，导致浮压的产生，且运算放大电路存在潜在通道，最终导致其余输入电压的采样误报，产品对输入电压的识别出现故障。因此，需要一种能消除多电压采集过程中产生的浮压，提高采样的准确性及故障检测的准确率的电路。
发明内容
本发明的目的在于，基于上述多电压输入采集电路中存在漏流及潜在通道的问题，设计出可消除多电压采集过程中产生的浮压，提高采样的准确性及故障检测的准确率的电路。
本发明技术方案:一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，包括多电压采集电路和故障检测电路，多电压采集电路包括隔离二极管、下拉电阻、零欧电阻及差分放大电路，故障检测电路包括基准电源、模拟开关及数字隔离器；
多电压采集电路中，隔离二极管D1～D3用于对3路输入电源P28V_1、P28V_2、P28V_3进行隔离，防止当其中一个电源发生短路故障时，将其余电源同时短路；另外，隔离二极管D1～D3还能防止输入电源的正负极反接导致损毁后级电路；差分放大电路实现对P28V_1～P28V_3模拟量采集，包括零欧电阻R4，输入电阻R5～R10，补偿电阻R12、R14和R16，反馈电阻R11、R13和R15,反馈电容C1、C3和C4，运算放大器M1A、M1B和M2A，以及供电电源ADC+5V与ADGND之间的滤波电容C2、C5；下拉电阻R1～R3分别串联至P28V_1～P28V_3与PGND之间，通过减少隔离二极管D1～D3的漏流，以达到降低浮压的目的；零欧电阻R4串联至PGND与ADGND之间，实现接地特性，减少漏流经由模拟地ADGND的窜流。
故障检测电路中，基准电源U28将ADC+5V输入电压转换为2.5V基准电压；U29、U50、U51模拟开关由ADC+5V电源供电，其开关使能同时受外部高电平激励信号AD_BITOUT控制，AD_BITOUT信号由数字隔离器U30的输出，数字隔离器U30的输入为外部激励AD_BIT，模拟开关U29、U50、U51的输入信号为基准电源U28输出的2.5V电压，输出2.5V分别经由限流电阻R143与开关二极管D73串联线路后输出P28V_BIT1；经由限流电阻R414与开关二极管D76串联线路后输出P28V_BIT2；经由限流电阻R415与开关二极管D77串联线路后输出P28V_BIT3；P28V_BIT1、P28V_BIT2、P28V_BIT3分别作为运算放大器M1A、M1B、M2A的正向输入端信号，最终实现对多电压采集电路的BIT自检。
多电压采集电路中：隔离二极管D1～D3选用肖特基二极管SR504；差分放大电路中的输入电阻R5～R10选用阻值为360K的高可靠性片式薄膜电阻器；补偿电阻R12、R14、R16选用阻值为30K的高可靠性片式薄膜电阻器；反馈电阻R11、R13、R15选用阻值为30K的高可靠性片式薄膜电阻器；反馈电容C1、C3、C4和滤波电容C2、C5选用容值为0.1uF的一类瓷介质片式电容器；运算放大器M1A、M1B和M2A选用OPA2340四通道轨对轨运算放大器；下拉电阻R1～R3选用阻值为10K的高可靠性片式薄膜电阻器；零欧电阻R4选用阻值0Ω高可靠性片式薄膜电阻。
故障检测电路中：限流电阻R142、R143、R414、R415选用阻值为3K的高可靠性片式薄膜电阻器；基准电源U28选用FW431型基准电源芯片；模拟开关U29、U50、U51选用ADG701BRM；开关二极管D73、D76、D77选用高速开关二极管1N4148H；数字隔离器U30选用HCPL-0931-HP。
多电压采集电路中，输入电源P28V_1与隔离二极管D1正极连接，P28V_2与隔离二极管D2正极连接，P28V_3与隔离二极管D3正极连接；三个隔离二极管D1～D3的负极连在一起，为后级电路供电；
P28V_1与PGND之间串联R1，P28V_2与PGND之间串联R2，P28V_3与PGND之间串联R3；功率地PGND与模拟地ADGND之间串联R4；
P28V_1经由R6与M1A的输入正端连接，M1A的输入正端经由R12与M1A的接地端连接，PGND经由R5与M1A的输入负端连接，M1A的输入负端经由R11与M1A的输出端连接，M1A的输出信号为P28V_OUT1；C1与R11并联，跨接在M1A的输入负端与输出端之间；M1A的供电端与接地端之间跨接电容C2；
P28V_2经由R8与M1B的输入正端连接，M1B的输入正端经由R14与M1B的接地端连接，PGND经由R7与M1B的输入负端连接，M1B的输入负端经由R13与M1B的输出端连接，M1B的输出信号为P28V_OUT2；C3与R13并联，跨接在M1B的输入负端与输出端之间；
P28V_3经由R10与M2A的输入正端连接，M2A的输入正端经由R16与M2A的接地端连接，PGND经由R9与M2A的输入负端连接，M2A的输入负端经由R15与M2A的输出端连接，M2A的输出信号为P28V_OUT3；C4与R15并联，跨接在M2A的输入负端与输出端之间；M2A的供电端与接地端之间跨接电容C5。
故障检测电路中，ADC+5V供电电源经由限流电阻R142与基准电源U28的输入端相连，基准电源U28的接地端与ADGND相连接；基准电源U28的输出端分别与U29、U50、U51的输入端相连，模拟开关U29、U50、U51的供电端共同连接ADC+5V，接地端共同连接ADGND，使能端共同连接U30的输出端，U30的输出信号为AD_BITOUT；U29的输出端经R143与D73串联后，再与M1A的输入正端连接，U50的输出端经R414与D76串联后，再与M1B的输入正端连接，U51的输出端经R415与D77串联后，再与M2A的输入正端连接；U30的供电端1与ADC+5V连接，接地端1与ADGND连接，供电端2与D+3.3V连接，接地端2与DGND连接，输入端与外部激励AD_BIT连接。
发明的有益效果：本发明的电路，可通过下拉电阻降低二极管漏电流至微安级别，进而消除多电压采集过程中由漏电流引起的浮压，同时，在保证运算放大器增益不变的情况下，通过比例电阻的匹配，减少了潜在通道漏流的产生，进而提高电压采样的准确性，降低了虚警率；通过故障检测电路可实现对采样电路的自检测功能，提高了电路故障检测率，进而提升了产品的可靠性。
附图说明
图1消除浮压的多电压采集电路原理图
图2共地电路原理图
图3故障检测电路原理图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
本发明的一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，包括多电压采集电路和故障检测电路，多电压采集电路包括隔离二极管、下拉电阻、零欧电阻及差分放大电路，故障检测电路包括基准电源、模拟开关及数字隔离器。
如图1所示，多电压采集电路中，输入电源P28V_1与隔离二极管D1正极连接，P28V_2与隔离二极管D2正极连接，P28V_3与隔离二极管D3正极连接；三个隔离二极管D1～D3的负极连在一起，为后级电路供电；P28V_1与PGND之间串联R1，P28V_2与PGND之间串联R2，P28V_3与PGND之间串联R3；功率地PGND与模拟地ADGND之间串联R4，如图2所示；P28V_1经由R6与M1A的输入正端连接，M1A的输入正端经由R12与M1A的接地端连接，PGND经由R5与M1A的输入负端连接，M1A的输入负端经由R11与M1A的输出端连接，M1A的输出信号为P28V_OUT1；C1与R11并联，跨接在M1A的输入负端与输出端之间；M1A的供电端与接地端之间跨接电容C2；P28V_2经由R8与M1B的输入正端连接，M1B的输入正端经由R14与M1B的接地端连接，PGND经由R7与M1B的输入负端连接，M1B的输入负端经由R13与M1B的输出端连接，M1B的输出信号为P28V_OUT2；C3与R13并联，跨接在M1B的输入负端与输出端之间；P28V_3经由R10与M2A的输入正端连接，M2A的输入正端经由R16与M2A的接地端连接，PGND经由R9与M2A的输入负端连接，M2A的输入负端经由R15与M2A的输出端连接，M2A的输出信号为P28V_OUT3；C4与R15并联，跨接在M2A的输入负端与输出端之间；M2A的供电端与接地端之间跨接电容C5。
如图3所示，故障检测电路中，ADC+5V供电电源经由限流电阻R142与基准电源U28的输入端相连，基准电源U28的接地端与ADGND相连接；基准电源U28的输出端分别与U29、U50、U51的输入端相连，模拟开关U29、U50、U51的供电端共同连接ADC+5V，接地端共同连接ADGND，使能端共同连接U30的输出端，U30的输出信号为AD_BITOUT；U29的输出端经R143与D73串联后，再与M1A的输入正端连接，U50的输出端经R414与D76串联后，再与M1B的输入正端连接，U51的输出端经R415与D77串联后，再与M2A的输入正端连接；U30的供电端1与ADC+5V连接，接地端1与ADGND连接，供电端2与D+3.3V连接，接地端2与DGND连接，输入端与外部激励AD_BIT连接。
隔离二极管D1～D3选用肖特基二极管SR504；差分放大电路中的输入电阻R5～R10选用阻值为360K的高可靠性片式薄膜电阻器；补偿电阻R12、R14、R16选用阻值为30K的高可靠性片式薄膜电阻器；反馈电阻R11、R13、R15选用阻值为30K的高可靠性片式薄膜电阻器；反馈电容C1、C3、C4和滤波电容C2、C5选用容值为0.1uF的一类瓷介质片式电容器；运算放大器M1A、M1B和M2A选用OPA2340四通道轨对轨运算放大器；下拉电阻R1～R3选用阻值为10K的高可靠性片式薄膜电阻器；零欧电阻R4选用阻值0Ω高可靠性片式薄膜电阻。
限流电阻R142、R143、R414、R415选用阻值为3K的高可靠性片式薄膜电阻器；基准电源U28选用FW431型基准电源芯片；模拟开关U29、U50、U51选用ADG701BRM；开关二极管D73、D76、D77选用高速开关二极管1N4148H；数字隔离器U30选用HCPL-0931-HP。
工作时，在多电压采集电路中，隔离二极管D1～D3用于对3路输入电源P28V_1、P28V_2、P28V_3进行隔离，防止当其中一个电源发生短路故障时，将其余电源同时短路；另外，隔离二极管D1～D3还能防止输入电源的正负极反接导致损毁后级电路；差分放大电路实现对P28V_1～P28V_3模拟量采集，包括零欧电阻R4，输入电阻R5～R10，补偿电阻R12、R14和R16，反馈电阻R11、R13和R15,反馈电容C1、C3和C4，运算放大器M1A、M1B和M2A，以及供电电源ADC+5V与ADGND之间的滤波电容C2、C5；下拉电阻R1～R3分别串联至P28V_1～P28V_3与PGND之间，通过减少隔离二极管D1～D3的漏流，以达到降低浮压的目的；零欧电阻R4串联至PGND与ADGND之间，实现接地特性，减少漏流经由浮地ADGND的窜流。
故障检测电路中，基准电源U28将ADC+5V输入电压转换为2.5V基准电压；U29、U50、U51模拟开关由ADC+5V电源供电，其开关使能同时受外部高电平激励信号AD_BITOUT控制，AD_BITOUT信号由数字隔离器U30的输出，数字隔离器U30的输入为外部激励AD_BIT，模拟开关U29、U50、U51的输入信号为基准电源U28输出的2.5V电压，输出2.5V分别经由限流电阻R143与开关二极管D73串联线路后输出P28V_BIT1；经由限流电阻R414与开关二极管D76串联线路后输出P28V_BIT2；经由限流电阻R415与开关二极管D77串联线路后输出P28V_BIT3；P28V_BIT1、P28V_BIT2、P28V_BIT3分别作为运算放大器M1A、M1B、M2A的正向输入端信号，最终实现对多电压采集电路的BIT自检。

Claims (9)

1.一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，包括多电压采集电路和故障检测电路，多电压采集电路包括隔离二极管、下拉电阻、零欧电阻及差分放大电路，故障检测电路包括基准电源、模拟开关及数字隔离器；
多电压采集电路中，隔离二极管D1～D3用于对3路输入电源P28V_1、P28V_2、P28V_3进行隔离，防止当其中一个输入电源发生短路故障时，将其余输入电源同时短路；隔离二极管D1～D3还能防止输入电源的正负极反接导致损毁后级电路；差分放大电路实现对P28V_1～P28V_3模拟量采集，包括零欧电阻R4，输入电阻R5～R10，补偿电阻R12、R14和R16，反馈电阻R11、R13和R15,反馈电容C1、C3和C4，运算放大器M1A、M1B和M2A，以及供电电源ADC+5V与ADGND之间的滤波电容C2、C5；下拉电阻R1～R3分别串联至P28V_1～P28V_3与PGND之间，通过减少隔离二极管D1～D3的漏流，以达到降低浮压的目的；零欧电阻R4串联至PGND与ADGND之间，实现接地特性，减少漏流经由模拟地ADGND的窜流；
故障检测电路中，基准电源U28将ADC+5V输入电压转换为2.5V基准电压；U29、U50、U51模拟开关由ADC+5V电源供电，其开关使能同时受外部高电平激励信号AD_BITOUT控制，AD_BITOUT信号由数字隔离器U30的输出，数字隔离器U30的输入为外部激励AD_BIT，模拟开关U29、U50、U51的输入信号为基准电源U28输出的2.5V电压，输出2.5V分别经由限流电阻R143与开关二极管D73串联线路后输出P28V_BIT1；经由限流电阻R414与开关二极管D76串联线路后输出P28V_BIT2；经由限流电阻R415与开关二极管D77串联线路后输出P28V_BIT3；P28V_BIT1、P28V_BIT2、P28V_BIT3分别作为运算放大器M1A、M1B、M2A的正向输入端信号，最终实现对多电压采集电路的BIT自检。
2.如权利要求1所述的一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，其特征在于，多电压采集电路中，输入电源P28V_1与隔离二极管D1正极连接，P28V_2与隔离二极管D2正极连接，P28V_3与隔离二极管D3正极连接；三个隔离二极管D1～D3的负极连在一起，为后级电路供电；
P28V_1与PGND之间串联R1，P28V_2与PGND之间串联R2，P28V_3与PGND之间串联R3；功率地PGND与模拟地ADGND之间串联R4；
P28V_1经由R6与M1A的输入正端连接，M1A的输入正端经由R12与M1A的接地端连接，PGND经由R5与M1A的输入负端连接，M1A的输入负端经由R11与M1A的输出端连接，M1A的输出信号为P28V_OUT1；C1与R11并联，跨接在M1A的输入负端与输出端之间；M1A的供电端与接地端之间跨接电容C2；
P28V_2经由R8与M1B的输入正端连接，M1B的输入正端经由R14与M1B的接地端连接，PGND经由R7与M1B的输入负端连接，M1B的输入负端经由R13与M1B的输出端连接，M1B的输出信号为P28V_OUT2；C3与R13并联，跨接在M1B的输入负端与输出端之间；
P28V_3经由R10与M2A的输入正端连接，M2A的输入正端经由R16与M2A的接地端连接，PGND经由R9与M2A的输入负端连接，M2A的输入负端经由R15与M2A的输出端连接，M2A的输出信号为P28V_OUT3；C4与R15并联，跨接在M2A的输入负端与输出端之间；M2A的供电端与接地端之间跨接电容C5。
3.如权利要求2所述的一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，其特征在于，故障检测电路中，ADC+5V供电电源经由限流电阻R142与基准电源U28的输入端相连，基准电源U28的接地端与ADGND相连接；基准电源U28的输出端分别与U29、U50、U51的输入端相连，模拟开关U29、U50、U51的供电端共同连接ADC+5V，接地端共同连接ADGND，使能端共同连接U30的输出端，U30的输出信号为AD_BITOUT；U29的输出端经R143与D73串联后，再与M1A的输入正端连接，U50的输出端经R414与D76串联后，再与M1B的输入正端连接，U51的输出端经R415与D77串联后，再与M2A的输入正端连接；U30的供电端1与ADC+5V连接，接地端1与ADGND连接，供电端2与D+3.3V连接，接地端2与DGND连接，输入端与外部激励AD_BIT连接。
4.如权利要求3所述的一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，其特征在于，下拉电阻R1～R3选用阻值为10K的高可靠性片式薄膜电阻器；零欧电阻R4选用阻值0Ω高可靠性片式薄膜电阻；差分放大电路中的输入电阻R5～R10选用阻值为360K的高可靠性片式薄膜电阻器；补偿电阻R12、R14、R16选用阻值为30K的高可靠性片式薄膜电阻器；反馈电阻R11、R13、R15选用阻值为30K的高可靠性片式薄膜电阻器。
5.如权利要求3所述的一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，其特征在于，隔离二极管D1～D3选用肖特基二极管SR504。
6.如权利要求3所述的一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，其特征在于，反馈电容C1、C3、C4和滤波电容C2、C5选用容值为0.1uF的一类瓷介质片式电容器。
7.如权利要求3所述的一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，其特征在于，运算放大器M1A、M1B和M2A选用OPA2340四通道轨对轨运算放大器。
8.如权利要求3所述的一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，其特征在于，限流电阻R142、R143、R414、R415选用阻值为3K的高可靠性片式薄膜电阻器。
9.如权利要求3所述的一种消除浮压的多电压采集及故障检测电路，其特征在于，基准电源U28选用FW431型基准电源芯片；模拟开关U29、U50、U51选用ADG701BRM；开关二极管D73、D76、D77选用高速开关二极管1N4148H；数字隔离器U30选用HCPL-0931-HP。
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