CN111879997A - 高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器 - Google Patents
高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111879997A CN111879997A CN202010757343.8A CN202010757343A CN111879997A CN 111879997 A CN111879997 A CN 111879997A CN 202010757343 A CN202010757343 A CN 202010757343A CN 111879997 A CN111879997 A CN 111879997A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- differential
- digital
- converter
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/04—Voltage dividers
- G01R15/06—Voltage dividers having reactive components, e.g. capacitive transformer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
本申请涉及一种高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器。所述电压传感器包括：按照信号流向依次连接的差分电压分压器、取样跟随器、A/D前置放大器、A/D变换器、数字隔离器、数字处理器、D/A变换器以及V/I转换器，差分电压分压器用于进行差分压式电压信号采样，得到差分电压信号，取样跟随器用于对所述差分电压信号进行处理并输入A/D前置放大器和A/D变换器进行信号放大以及模数转换，得到数字电压信号，数字隔离器用于隔离电压传感器的输入和输出端，数字处理器用于读取数字电压信号，并将数字电压信息输入D/A变换器和V/I转换器分别完成数模转换，得到模拟电压信号以及将模拟电压信号转化为模拟电流信号输出。采用本方法能够提供一种使用安全的电压传感器。
Description
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器。
背景技术
电压传感器是一种能将被测电压转换成按线性比例输出电压的仪器，能够感受被测电压并转换成可用输出信号。在各种自动检测、控制系统中，常需要对高速变化的交、直流电压信号做跟踪采集，对于比较复杂的电压波形做频谱分析。这类信号可能是高电压、大电流等强电，也可能是负载能力很差的弱电或幅值很小的信号。在这些情况中，就需要采用合适的电压传感器对不能直接测量或不匹配的电压信号进行采集，从而得到标准化、电气隔离的电压信号。另外，电压传感器拥有精度高、响应快、线性好、频带宽、过载强和不损失测量能量等优点，广泛应用在电力、电子、逆变装置、开关电源、交流变频调速、远程监控工业自控等诸多领域。
由于电压传感器产品在测量精度、温度特性、响应时间、稳定性、可靠性等各项指标上都有严格要求，想要提高产品各项性能，需要在传统电压传感器的基础上有所创新和突破，同时提高其使用安全性。目前，传统的电压传感器普遍安全性不够，特别在高压、低压输入频繁切换时，无法确保使用的安全性。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决电压传感器安全性问题的高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器。
一种高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器，包括：按照信号流向依次连接的差分电压分压器、取样跟随器、A/D前置放大器、A/D变换器、数字隔离器、数字处理器、D/A变换器以及V/I转换器；
所述差分电压分压器用于进行差分压式电压信号采样，得到差分电压信号；
所述取样跟随器用于对所述差分电压信号进行处理并输入所述A/D前置放大器和所述A/D变换器进行信号放大以及模数转换，得到数字电压信号；
所述数字隔离器用于隔离所述电压传感器的输入和输出端；
所述数字处理器用于读取所述数字电压信号，并将所述数字电压信息输入所述D/A变换器和所述V/I转换器分别完成数模转换，得到模拟电压信号以及将所述模拟电压信号转化为模拟电流信号输出。
在其中一个实施例中，还包括：所述差分电压分压器包括两路取样通道；所述取样通道通过多个电阻对差分输入信号进行分压取样，得到差分电压信号。
在其中一个实施例中，还包括：所述数字处理器通过CPLD实现。
在其中一个实施例中，还包括：所述V/I转换器包括：第一电阻网络、第一差分放大器、第二电阻网络、第二差分放大器以及电流输出模块；所述模拟电压信号分别输入所述第一电阻网络，所述第一电阻网络的输出端连接所述差分放大器的输入端；所述第一电阻网络用于提供进行差分放大的输入电阻；所述第一差分放大器的输出端连接所述第二电阻网络的输入端，所述第二电阻网络的输入端对应的输出端连接所述第二差分放大器的反向输入端，所述电流输出模块采集所述第二差分放大器的输出，并进行电流输出。
上述高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器，通过差分放大器，可以实现信号的差分输入，然后依次经过取样跟随器、A/D前置放大器、A/D变换器，完成信号的输入部分，然后通过数字隔离器将输入部分和输出部分进行隔开，保证电压传感器的安全性，然后通过数字处理器进行数字信号读取的方式，重新构建数字电压信号，然后输入D/A变换器以及V/I转换器实现模拟电流输出。
附图说明
图1为一个实施例中高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器的结构框图；
图2为一个实施例中差分电压分压器的电路示意图；
图3为一个实施例中取样跟随器的电路示意图；
图4为一个实施例中V/I转换器的电路示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器的结构框图，包括：差分电压分压器102、取样跟随器104、A/D前置放大器106、A/D变换器108、数字隔离器110、数字处理器112、D/A变换器114以及V/I转换器116。
差分电压分压器102用于进行差分压式电压信号采样，得到差分电压信号，取样跟随器104用于对差分电压信号进行处理并输入A/D前置放大器106和A/D变换器108进行信号放大以及模数转换，得到数字电压信号，值得说明的是，A/D前置放大器用于进行信号放大，A/D变换器108用于进行模数转换，模数转换指的是将模拟信号转化为数据信号，在转换为数字信号之后，利于通过数字隔离器110进行信号隔离，即隔离电压传感器的输入和输出端，提高安全信息，然后通过数字处理器112进行数字采样，得到数字电压信号，即对信号进行重构，然后采用D/A变换器114，将数字电压信号转化为模拟电压信号，最终将模拟电压信号输入V/I转换器116。
上述高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器，通过差分放大器，可以实现信号的差分输入，然后依次经过取样跟随器、A/D前置放大器、A/D变换器，完成信号的输入部分，然后通过数字隔离器将输入部分和输出部分进行隔开，保证电压传感器的安全性，然后通过数字处理器进行数字信号读取的方式，重新构建数字电压信号，然后输入D/A变换器以及V/I转换器实现模拟电流输出。
值得说明的是，上述差分电压分压器、取样跟随器、A/D前置放大器、A/D变换器、数字隔离器、数字处理器、D/A变换器以及V/I转换器均可以采用现有的器件实现，从而组合形成具有输入和输出隔离、安全的电压传感器。
在其中一个实施例中，差分电压分压器包括两路取样通道；取样通道通过多个电阻对差分输入信号进行分压取样，得到差分电压信号。
具体的，两路取样通道如图2所示，每一路取样通道包括11个电阻，其中10个电阻与另一个电阻串联，另一个电阻的另一端接地，通过两路取样通道，可以得到差分形式的差分电压信号。
在其中一个实施例中，如图3所示，取样跟随器可以对差分电压信号进行处理，其中，一路差分电压信号由a输入口输入，经过电阻R25后输入运算放大器U1B的正向输入端，运算放大器U1B的输出端连接电阻R27，电阻R27由输出a out输出处理后的差分电压信号，并且反馈至运算放大器U1B的反向输入端。另一路差分电压信号由b输入口输入，经过电阻R26后输入运算放大器U1A的正向输入端，运算放大器U1A的输出端连接电阻R28，电阻R28由输出b out输出处理后的差分电压信号，并且反馈至运算放大器U1A的反向输入端。从而完成两路差分电压信号的处理。
在其中一个实施例中，数字处理器通过CPLD实现。本实施例中，CPLD是一种复杂可编程逻辑器件，通过CPLD可以执行高速率采集，从而准确的对数字电压信号进行重构，从而提高电压传感器的精度。
在其中一个实施例中，V/I转换器包括：第一电阻网络、第一差分放大器、第二电阻网络、第二差分放大器以及电流输出模块；模拟电压信号分别输入第一电阻网络，第一电阻网络的输出端连接所述差分放大器的输入端；第一电阻网络用于提供进行差分放大的输入电阻；第一差分放大器的输出端连接第二电阻网络的输入端，第二电阻网络的输入端对应的输出端连接第二差分放大器的反向输入端，电流输出模块采集第二差分放大器的输出，并进行电流输出。
具体的，第一电阻网络和第二电阻网络可以采用TL5400系列芯片实现，其中包括4个电阻，每个电阻包括一个输入端和一个输出端，从而第一电阻网络和第二电阻网络均包含8个引脚和一个接地引脚。
在一个具体实施例中，如图4所示，模拟电压信号分别由VOUTP输入第一电阻网络的引脚2，引脚8和引脚7均连接第一差分放大器的反向输入端2，第一差分放大器的输出端6连接第一电阻网络的引脚1，模拟电压信号VOUTN输入第一电阻网络的引脚3，引脚5和引脚6均连接第一差分放大器的正向输入端3，第一电阻网络的引脚4接地，另外，引脚1和第一差分放大器的反向输入端2通过电容C1隔断，第一差分放大器的正向输入端3和地端通过电容C2隔断，第一差分放大器的引脚4和引脚7分别加载12V电压，并通过滑动变阻器Rw1将12V电压分压至第一差分放大器的引脚1和引脚8。第一差分放大器的输出端6输入第二电阻网络的引脚3，第二电阻网络的引脚2接地，第二电阻网络的引脚7和引脚8均连接第二差分放大器的正向输入端3，第二差分放大器的输出端1连接第二电阻网络的引脚1，第二电阻网络的引脚5和引脚6均连接第二差分放大器的反向输入端，第二差分放大器的引脚4和引脚8均加载12V电压。对于电流输出模块，一方面将第二差分放大器的输出端1作为输入，采用电阻R1和电阻R2与滑动变阻器Rw2的并联，采集电流，并作为Iout，为了保证电流输出的稳定性，Iout端还连接运算放大器的正向输入端，运算放大器的反向输入端连接电阻R3与电容C3的并联，电阻R3的另一端连接运算放大器的输出端以及第二电阻网络的引脚4。
在一个具体实施例中，表1是传统的电压传感器与本发明高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器参数对比分析。
表一 传统电压传感器与本发明隔离电压传感器参数对比分析
从表中参数对比分析可看出，我本发明隔离电压传感器相比于传统电压传感器性能优越不少。另外，在各种自动检测、控制系统中，常常需要对高速变化的交、直流电压信号做跟踪采集，对于比较复杂的电压波形作频谱分析，这类信号可能是高电压、大电流等强电，也可能是负载能力很差的弱点或幅值很小的信号。在这些情况中，就需要合适的隔离的电压传感器对不能直接测量或不匹配的电压信号进行采集，从而得到标准化、电气隔离的电压信号。传统非隔离式的电压传感器由于其非隔离性的特性，这种隔离采集电压、电流的场合并不适合。由于电压传感器的隔离特性，其安全性往往较好。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器，包括：按照信号流向依次连接的差分电压分压器、取样跟随器、A/D前置放大器、A/D变换器、数字隔离器、数字处理器、D/A变换器以及V/I转换器；
所述差分电压分压器用于进行差分压式电压信号采样，得到差分电压信号；
所述取样跟随器用于对所述差分电压信号进行处理并输入所述A/D前置放大器和所述A/D变换器进行信号放大以及模数转换，得到数字电压信号；
所述数字隔离器用于隔离所述电压传感器的输入和输出端；
所述数字处理器用于读取所述数字电压信号，并将所述数字电压信息输入所述D/A变换器和所述V/I转换器分别完成数模转换，得到模拟电压信号以及将所述模拟电压信号转化为模拟电流信号输出。
2.根据权利要求1所述的电压传感器，其特征在于，所述差分电压分压器包括两路取样通道；
所述取样通道通过多个电阻对差分输入信号进行分压取样，得到差分电压信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字处理器通过CPLD实现。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述V/I转换器包括：第一电阻网络、第一差分放大器、第二电阻网络、第二差分放大器以及电流输出模块；
所述模拟电压信号分别输入所述第一电阻网络，所述第一电阻网络的输出端连接所述差分放大器的输入端；所述第一电阻网络用于提供进行差分放大的输入电阻；
所述第一差分放大器的输出端连接所述第二电阻网络的输入端，所述第二电阻网络的输入端对应的输出端连接所述第二差分放大器的反向输入端，所述电流输出模块采集所述第二差分放大器的输出，并进行电流输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010757343.8A CN111879997A (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010757343.8A CN111879997A (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111879997A true CN111879997A (zh) | 2020-11-03 |
Family
ID=73205799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010757343.8A Pending CN111879997A (zh) | 2020-07-31 | 2020-07-31 | 高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111879997A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113922809A (zh) * | 2021-11-01 | 2022-01-11 | 上海数明半导体有限公司 | 可重构的数字隔离器与电子设备 |
| CN116087609A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-09 | 电子科技大学 | 一种基于数字信号隔离的电压传感器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101295188A (zh) * | 2008-05-26 | 2008-10-29 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五一四研究所 | 直流小电流恒流源及其校准方法 |
| CN202535337U (zh) * | 2012-04-14 | 2012-11-14 | 方块科技(上海)有限公司 | 带配电功能的多通道信号转换隔离模块 |
| CN106645905A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-10 | 大禹电气科技股份有限公司 | 一种高压变频器输出电压隔离采样电路 |
| CN106773910A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-05-31 | 天津航空机电有限公司 | 一种高线性度差分隔离采样电路 |
| CN210294383U (zh) * | 2019-07-14 | 2020-04-10 | 湖南科达瑞智能科技有限公司 | 一种高精度直流计量信号采样电路 |
-
2020
- 2020-07-31 CN CN202010757343.8A patent/CN111879997A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101295188A (zh) * | 2008-05-26 | 2008-10-29 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五一四研究所 | 直流小电流恒流源及其校准方法 |
| CN202535337U (zh) * | 2012-04-14 | 2012-11-14 | 方块科技(上海)有限公司 | 带配电功能的多通道信号转换隔离模块 |
| CN106645905A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-10 | 大禹电气科技股份有限公司 | 一种高压变频器输出电压隔离采样电路 |
| CN106773910A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-05-31 | 天津航空机电有限公司 | 一种高线性度差分隔离采样电路 |
| CN210294383U (zh) * | 2019-07-14 | 2020-04-10 | 湖南科达瑞智能科技有限公司 | 一种高精度直流计量信号采样电路 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113922809A (zh) * | 2021-11-01 | 2022-01-11 | 上海数明半导体有限公司 | 可重构的数字隔离器与电子设备 |
| CN116087609A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-09 | 电子科技大学 | 一种基于数字信号隔离的电压传感器 |
| CN116087609B (zh) * | 2023-02-09 | 2023-08-08 | 电子科技大学 | 一种基于数字信号隔离的电压传感器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100549704C (zh) | 蓄电池电压与阻抗测量电路 | |
| CN111879997A (zh) | 高压输入电流输出隔离型、高精度的电压传感器 | |
| CN111060734A (zh) | 高边电流检测装置及系统 | |
| CN112816784B (zh) | 电阻测试电路及系统 | |
| CN215296515U (zh) | 压力检测系统 | |
| CN105372482B (zh) | 用以转换信号的系统、电路和方法 | |
| CN104237624B (zh) | 一种电动汽车直流高压传感器及其采样方法 | |
| CN211785744U (zh) | 高边电流检测装置及系统 | |
| CN220650862U (zh) | 针对检流放大器的电流校准电路 | |
| CN114156982A (zh) | Bms系统零点漂移补偿电路及方法 | |
| CN102200550A (zh) | 一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法 | |
| CN210119521U (zh) | 一种多通道差分采样系统及电池充电设备 | |
| CN117516740A (zh) | 一种t型热电偶信号处理装置及方法 | |
| CN218767097U (zh) | 电流检测装置及电气设备 | |
| CN218567474U (zh) | 一种电阻测量控制电路 | |
| CN110501559B (zh) | 一种电流采集装置 | |
| CN108306645A (zh) | 传感器数字采集量获取方法、装置及系统 | |
| CN211826404U (zh) | 一种电源蓄电池单体电压差分采集电路 | |
| CN114236222A (zh) | 静电探针电流测量装置 | |
| CN115453609A (zh) | 一种基于Pt100的高纯锗探测器保护系统 | |
| CN111208346A (zh) | 一种小信号电压测量装置及方法 | |
| CN218499125U (zh) | 一种直流信号隔离采集电路 | |
| CN207937503U (zh) | 一种高压检测装置 | |
| CN112904111B (zh) | 一种离子信号检测电路 | |
| CN221612944U (zh) | 一种微小电流检测电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201103 |