CN112881787B - 用于电压测试的低输入阻抗的高压电路及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电压测试的低输入阻抗的高压电路及实现方法，包括开关电路、电压检测电路、处理器及开关控制逻辑电路；电压检测电路分别与开关电路处理器及开关控制逻辑电路连接，用于检测输入电压并将检测信号传递给处理器以检测状态，将检测信号传递给开关逻辑电路以产生开关信号；处理器与开关控制逻辑电路连接，用于控制开关控制逻辑电路；开关控制逻辑电路与开关电路连接，用于强制关闭开关或者对开关电路限流。本发明可以保护后面的电路不会破坏的基础上，输入阻抗很小，这样可以减少对后级电路的影响，并且可以通过数字信号ON1和ON0控制保护电路是否工作和保护效果，检测信号可以传递给CPU用来检测控制状态。

Description

用于电压测试的低输入阻抗的高压电路及实现方法

技术领域：

本发明涉及电压信号测试电路技术领域，尤其涉及一种用于电压测试的低输入阻抗的高压电路及实现方法。

背景技术：

很多电路对不同频响需要不同的电容进行调节，多数的情况下是通过模拟开关连接多个电容，通过对模拟开关的控制，实现电容之间的串并联，从而得到需要的电容。这样的电路一般只能调节有限的电容值，并且调节的电容值多数都是确定在一定的范围内的。

专利号为CN104078966A的一种低阻抗限流式高压保护电路，其采用在输入级加入限流控制装置(限流电阻)，以解决上述问题。如果需要保护的电压范围比较大的时候，限流电阻一般都要很大。例如保护1000V，限流电阻要保证1000V烧不坏，如果限流电阻功率是2W，则需要一个500k的电阻。这么大的电阻就会对电路造成影响。当然也可以通过串联电阻，减少电阻阻抗，如果减少到一定程度，则必须串联许多电阻才可以。例如把输入阻抗控制在10k，则需要50个200欧姆的电阻串联，这在实际操作中是不可能的。

发明内容：

针对上述问题，本发明提供一种用于电压测试的低输入阻抗的高压电路及实现方法，可以保护后面的电路不会破坏的基础上，输入阻抗很小，这样可以减少对后级电路的影响，并且可以通过数字信号ON0和ON1控制保护电路是否工作和保护效果，检测信号可以传递给CPU用来检测控制状态。

本发明提供一种用于电压测试的低输入阻抗的高压电路，包括开关电路、电压检测电路、处理器及开关控制逻辑电路；

所述电压检测电路分别与开关电路、处理器及开关控制逻辑电路连接，用于检测输入电压，并将检测信号传递给处理器以检测状态，同时将检测信号传递给开关逻辑电路以产生开关信号；

所述处理器与开关控制逻辑电路连接，用于控制开关控制逻辑电路，选择开关控制状态；

所述开关控制逻辑电路与开关电路连接，用于强制关闭开关或者对开关电路限流。

检测电路检测输入信号是否超过保护电压，如果超过保护电压的范围，DetectionSignal(检测信号)会变成低电平。DetectionSignal与ON0信号(保护控制信号)通过与门进行运算，控制两个光耦U1、U2是否正常工作。如果正常工作那么Q1、Q2、Q3、Q4四个开关正常工作，信号可以从输入传递到输出，反之开关关闭，保护后面的电路。同样的DetectionSignal与ON1信号(限流保护控制信号)也是会进行运算，但是这个运算结果是控制U1、U2的工作电流大小从而控制D1、D2上面所能产生的电压，这样就控制了Q1、Q2、Q3、Q4的导通能力。

DetectionSignal传递给数字电路，是为了数字电路可以灵活的控制电路给的一个反馈信号，用来检测保护电路是否能正常工作。

由于芯片是单向关闭的，本发明的开关电路优选设计四个开关，使用两个组成一组可以保护正负电压，而使用两组是为了提高耐压能力。如果保护电压不需要太高，那么可以只安装一组，这样可以减少成本并且简化电路。

本发明还提供一种上述用于电压测试的低输入阻抗的高压电路的实现方法，包括：

(1)如果保护控制信号为低电平：

强制关闭电路，信号不能从输入端VIN传递到输出端VOUT；

(2)如果保护控制信号为高电平：

当输入电压大于保护的正电压的时候，检测信号为低电平，强制关闭电路，信号不能从输入端VIN传递到输出端VOUT；

当输入电压小于保护的负电压的时候，检测信号为低电平，强制关闭电路，信号不能从输入端VIN传递到输出端VOUT；

当输入电压小于保护的正电压的时候，检测信号为高电平，信号能从输入端VIN传递到输出端VOUT；

(3)如果保护控制信号为高电平，限流保护控制信号为低电平：

开关控制逻辑电路对开关电路限流；

(4)如果保护控制信号为高电平，限流保护控制信号为高电平：

开关控制逻辑电路对开关电路限流。

ON0保护控制信号：CPLD或者FPGA等高速数字电路给的开关信号，控制保护电路是否工作，这个信号对保护电路是否工作起决定作用。

ON1限流保护控制信号：数字电路给的控制信号，决定保护电路的限制电流的能力，也决定了保护电路的导通能力，只是起到辅助作用，即使没有这个信号也不影响保护电路的正常工作，只影响保护电路的保护效果。

两队MOS管可以提高保护电路的耐压值。ON0和ON1两个信号可以根据需要改变保护电路的状态。使得保护电路有三个状态，分别是：关闭状态，该状态完全关闭通路；弱工作状态，可以正常工作，但是流过保护管的电流比较小，可以更好的防治后面电路被冲击；强工作状态，可以正常工作，保护电路可以流过相对较大的电流信号，增加导通能力。

增加数字检测信号DetectionSignal，通过该信号和给定的控制信号已经已知的输入信号和测试结果，可以判断保护电路是否正常工作。

本发明的有益效果是：该用于电压测试的低输入阻抗的高压电路及实现方法，可以保护后面的电路不会破坏的基础上，输入阻抗很小，这样可以减少对后级电路的影响，并且可以通过数字信号ON1和ON0控制保护电路是否工作和保护效果，检测信号可以传递给CPU用来检测控制状态；本发明可以使用在有源模拟滤波电路上，在如今工业领域内对信号的滤波电路随处可见，很多电子测量设备当中都需要对信号进行滤波处理，所以本发明可以使用在大部分的工业设备之中，尤其是频率范围比较广的调节电路之中，还有一些体积限制但是需要很大的电容滤波电路中也可以使用该原理的对电容进行比例放大。

附图说明：

图1为本发明的用于电压测试的低输入阻抗的高压电路的结构示意图；

图2为本发明的用于电压测试的低输入阻抗的高压电路的电路原理图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示的一种用于电压测试的低输入阻抗的高压电路，包括开关电路、电压检测电路、处理器及开关控制逻辑(电路)。

输入电压信号经过开关电路输出电压信号给后级电路。在开关电路后面，电压检测电路检测输入电压大小，如果输入电压超过需要保护的电压，则电压检测电路会给一个检测信号给处理器用来检测状态，并且给开关控制逻辑电路用来产生开关信号。

开关信号不仅仅需要检测信号，还和处理器给出的控制信号有关。如果没有处理器，那么信号就只能处于导通关闭再导通再关闭的循环状态，把电压信号钳位在一定的值，而增加了处理器控制和开关控制逻辑电路，就可以选择开关控制状态。可以强制关闭开关，或者开关的限流能力，这样可以改变保护电路的抗冲击能力。

本发明的用于电压测试的低输入阻抗的高压电路的电路原理如图2所示，其中R1＝49.9Ω，R6＝4.7kΩ，R7＝4.7kΩ，R8＝4.7kΩ，R59＝4.7kΩ，R11＝4.7kΩ，R10＝2.49kΩ。

D3、D4使用BZT52C11，也就是11V的稳压管。方向导通电压一般在0.7V左右，这里默认是0.7V。正向导通电压为VD1，反向稳压电压为VT。

Q5、Q6选择S9013LT1，BE端控制工作电压在0.7V左右，这默认0.7V。

U1、U2选择TLP591B，U3选择AD8510。

Q1、Q2、Q3、Q4选择FQD2N100。

Q7、Q8、Q9、Q10是NPN三极管，导通电压为VD2。则保护电压VF大概在±(VT+VD1+VD2)之内。|VF|＝VT+VD1+VD2。

钳位电压大概|VF|11V+0.7V+0.7V＝12.4V，也就是保护电压大概在±12.4V以内。可以根据实际需要更换D3和D4来改变保护电压的范围。

本发明的工作原理如下：

1.ON0＝0：强制关闭电路，信号不能从VIN传递到VOUT；

2.ON0＝1：

当VIN>|VF|的时候，Q7和Q8工作，Q9的VB<VE不导通，Q10的VB由于Q8导通而降低使得无法导通CE端，那么Q10的C端信号就是高电平，该信号经过非门转换成DetectionSignal信号就是低电平。VIN<－|VF|的时候，Q7和Q8关闭，Q9的E端信号时负电压，那么Q9就会导通，从而拉低Q10的B端电压使得Q10不工作。这个时候DetectionSignal信号同样是一个低电平。如果|VIN|<|VF|，Q7，Q8，Q9都不工作，Q10的B端信号就是高电平，从而使得Q10工作，那么DetectionSignal就会是一个高电平。

DetectionSignal低电平那么Q5和Q6就会关闭。光耦U1和U2不会有电流流过，那么D1、D2就不会有压降。这样就把Q1、Q2、Q3、Q4关闭了，信号就不能传递到VOUT了，从而保护了后面的电路。

DetectionSignal信号就是高电平，这个时候Q5和Q6导通。光耦U1和U2有电流流过，那么D1、D2就会有压降。这样就把Q1、Q2、Q3、Q4打开了，信号就能传递到VOUT了，从而是信号正常传递到VOUT。

所以当输入信号|VIN|>|VF|，则保护电路关断保护后面的电路，反之电路可以正常工作。

3.ON0＝1，ON1＝0，流过U1和U2光耦的电流相对较小，使得D1和D2上面的稳压电压会相对较小，从而提高Q1、Q2、Q3、Q4的限流能力。

4.ON0＝1，ON1＝1，流过U1和U2光耦的电流相对较大，使得D1和D2上面的稳压电压会相对较大，从而提高Q1、Q2、Q3、Q4的电流导通能力。

所以当输入信号超过保护范围会使得电路保护，关断输入通道。输出的电压会再关闭通道后降低再使得通道打开，这样就会使得输出钳位在保护电压的极限值的位置。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种用于电压测试的低输入阻抗的高压电路的实现方法，其特征在于：所述高压电路包括开关电路、电压检测电路、处理器及开关控制逻辑电路；

所述开关电路为一组或多组，每组两个；

所述电压检测电路分别与开关电路、处理器及开关控制逻辑电路连接，用于检测输入电压，并将检测信号传递给处理器以检测状态，同时将检测信号传递给开关逻辑电路；

所述处理器与开关控制逻辑电路连接，用于给出控制信号，控制开关控制逻辑电路，选择开关控制状态；

所述开关控制逻辑电路与开关电路连接，根据检测信号和控制信号产生开关信号，用于强制关闭开关或者对开关电路限流；

所述的实现方法包括：

(1)当高压电路的保护控制信号为低电平：

强制关闭电路，信号不能从输入端VIN传递到输出端VOUT；

(2)当高压电路的保护控制信号为高电平：

当输入电压大于保护的正电压的时候，检测信号为低电平，强制关闭电路，信号不能从输入端VIN传递到输出端VOUT；

当输入电压小于保护的负电压的时候，检测信号为低电平，强制关闭电路，信号不能从输入端VIN传递到输出端VOUT；

当输入电压小于保护的正电压的时候，检测信号为高电平，信号能从输入端VIN传递到输出端VOUT；此时，

(2.1)当高压电路的限流保护控制信号为低电平：

开关控制逻辑电路对开关电路限流，使得开关电路的输入端流向输出端的电流不会过大；

(2.2)当高压电路的限流保护控制信号为高电平：

开关控制逻辑电路对开关电路限流，使得开关电路的输入端流向输出端的电流可以更大。

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