CN117590056B - 一种交直流信号隔离检测电路和检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种交直流信号隔离检测电路,包括:分频模块;分频模块的输入端接入交直流检测信号,对该交直流检测信号进行高低频分离并分别输出低频信号和高频信号;低频隔离模块;低频隔离模块与分频模块连接,以输入低频信号并将低频信号经隔离传输后输出;高频隔离模块;高频隔离模块与分频模块连接,以输入高频信号并将高频信号经隔离传输后输出;混频模块;混频模块分别与低频隔离模块和高频隔离模块连接,以输入经隔离传输后的低频信号和高频信号,并将低频信号和高频信号进行混频得到混频信号。可以避免信号检测和传输干扰问题,实现宽频信号隔离传输的同时可以简化电路结构,降低检测装置成本。
Description
技术领域
本申请涉及信号检测技术领域,尤其涉及一种交直流信号隔离检测电路和检测装置。
背景技术
在开关电源中有两个开关管(上MOS管和下MOS管)交替导通,而上管波形就是指上开关管的栅极相对源极的电压波形。这种波形可以用来分析电路的工作状态和性能。比如,通过观察上管波形,可以推断出输出电压是否稳定,是否存在过流等问题。
如图5所示为现有技术中一个开关电源的电路示意图,在开关电源的半桥或全桥等驱动测试中,上管波形(如图5中所示MOS管Q3的栅极波形)往往难以准确测量,因为其测量参考点是MOS管的源极(如图5中所示的V3测量点),属于动态参考点、不能直接接地。
现有的测量技术中,差分探头虽然可以测量参考点跳动的信号,但在与被测MOS管的栅极连接时,因其信号输入引线长,容易形成天线效应接收干扰,反而对被测栅极的信号波形产生干扰,同时也容易产生寄生电容耦合到待测栅极上导致测不准。另外,光电隔离检测可以用来进行电气隔离、防干扰检测,并且具有宽频信号检测特点,但目前的光电隔离检测采用是检测后将电信号转换为激光发射,经光纤传输后再将接收的激光转换为电信号输入示波器的模式,整个装置不但结构复杂,价格更是高昂。
发明内容
为解决上述问题,本申请提供一种交直流信号隔离检测电路,通过采用信号隔离传输模式可以避免信号检测和传输干扰问题,同时对待测的交直流信号进行分频得到高、低频信号,对低频信号采用光耦隔离传输,对高频信号采用变压器隔离传输,实现宽频信号检测、隔离传输的同时可以简化电路结构,降低检测装置成本。
为实现上述目的,本申请采取的技术方案如下:
一种交直流信号隔离检测电路,包括:
分频模块;所述分频模块的输入端接入交直流检测信号,对该交直流检测信号进行高低频分离并分别输出低频信号和高频信号;
低频隔离模块;所述低频隔离模块与所述分频模块连接,以输入低频信号并将低频信号经隔离传输后输出;
高频隔离模块;所述高频隔离模块与所述分频模块连接,以输入高频信号并将高频信号经隔离传输后输出;
混频模块;所述混频模块分别与所述低频隔离模块和高频隔离模块连接,以输入经隔离传输后的低频信号和高频信号,并将低频信号和高频信号进行混频得到混频信号。
进一步的,所述分频模块包括放大器U1和放大器U3;所述放大器U1的同相输入端通过第二低通滤波电路接入交直流检测信号;所述放大器U1的反相输入端与输出端之间并联一电阻R5;还包括电容C3和电阻R4;所述电容C3和电阻R4串联后并联在所述放大器U1的反相输入端与输出端之间;所述放大器U1的反相输入端串接一电阻R3后接地;所述放大器U1的输出端串联一电阻R58后输出低频信号至低频隔离模块;所述放大器U3的同相输入端通过一电阻R12接入低频信号,反相输入端通过一电阻R16接入交直流检测信号,输出端通过一电阻R60输出高频信号至高频隔离模块;所述放大器U3的反相输入端与输出端之间并联一电阻R13。
进一步的,所述低频隔离模块包括第一输入电路、第一输出电路以及光耦U10;所述光耦U10中包括发光二极管U10A、光敏二极管U10B和光敏二极管U10C;所述第一输入电路的输出端与所述发光二极管U10A连接,输入端与所述光敏二极管U10B连接;所述第一输出电路的输入端与所述光敏二极管U10C连接。
进一步的,所述第一输入电路包括电阻R71、放大器U11、电容C26、电阻R70、电阻R67、电阻R64、三极管Q2、二极管D2和电阻R72;所述电阻R71的第一端接入低频信号,第二端与所述光敏二极管U10B的阴极、放大器U11的反相输入端、电容C26的第一端连接后,接入第一可调电压;所述光敏二极管U10B的阳极与放大器U11的同相输入端连接;所述放大器U11的输出端与电容C26的第二端、电阻R70的第一端连接;所述电阻R70的第二端与所述电阻R67的第一端、三极管Q2的基极连接;所述电阻R67的第二端与电阻R64的第一端连接后接电压+VCC;所述电阻R64的第二端接三极管Q2的发射极;所述三极管Q2的集电极与发光二极管U10A的阳极、二极管D2的阴极和电阻R72的第一端连接;所述发光二极管U10A的阴极与二极管D2的阳极连接后接地;所述电阻R72的第二端接电压-VCC。
进一步的,所述第一输出电路包括放大器U12、电阻R66、可调电阻RV6、电容C25和电阻R74;所述放大器U12的正向输入端与反相输入端之间正向并联光敏二极管U10C;所述放大器U12的反相输入端与输出端之间并联电容C25;所述电阻R66和可调电阻RV6串联连接后再与电容C25并联连接;所述放大器U12的反相输入端接入第二可调电压;所述电阻R74的第一端与所述放大器U12的输出端连接,第二端输出经隔离传输后的低频信号。
进一步的,所述高频隔离模块包括第二输入电路、变压器TR1、第二输出电路和截频电路;所述变压器TR1包括输入侧TR1A、第一输出侧TR1B和第二输出侧TR1C;所述第二输入电路的输出端与所述输入侧TR1A连接,输入端与第一输出侧TR1B连接;所述截频电路分别与所述输入侧TR1A和第二输入电路连接;所述第二输出电路与所述第二输出侧TR1C连接。
进一步的,所述第二输入电路包括放大器U7;所述放大器U7的反相输入端串联一电阻R33后接入高频信号;所述放大器U7的反相输入端与输出端之间并联一电阻R31和一电容C24;所述放大器U7的输出端串联一电阻R34后接入输入侧TR1A的第一端;所述输入侧TR1A的第二端串联一电阻R38后接地;所述放大器U7的同相输入端先后串联一电阻R35和电阻R37后接地;所述第一输出侧TR1B的两端与所述电阻R37的两端并联联接。
进一步的,所述截频电路包括放大器U9;所述放大器U9的同相输入端通过第一低通滤波电路与所述输入侧TR1A的第二端连接;所述放大器U9的反相输入端与输出端之间并联一电阻R44;所述放大器U9的反相输入端串联一电阻R45后接地;所述放大器U9的输出端串联一电阻R30后接放大器U7的反相输入端。
进一步的,所述混频模块包括放大器U2;所述放大器U2的同相输入端串接一电阻R10后接入所述低频隔离模块;所述放大器U2的同相输入端串接一电阻R7后接地;所述放大器U2的反相输入端串接一电阻R15后接入所述高频隔离模块;所述放大器U2的输出端与反相输入端之间并联一电阻R8;所述混频模块还包括一电阻R6和电容C4;所述电阻R6和电容C4串联后并联到所述放大器U2的输出端与反相输入端之间;经隔离传输后的高频信号和低频信号在所述放大器U2进行相加得到混频信号,从放大器U2的输出端经一电阻R59输出。
进一步的,所述第二输出电路包括放大器U8;所述放大器U8的同相输入端先后串联一电阻R36和电阻R39后接地;所述第二输出侧TR1C与所述电阻R39并联连接;所述放大器U8的反相输入端和输出端之间并联一电容C14和电阻R29;所述放大器U8的反相输入端先后串联一电阻R32和滑动电阻RV2后接地;所述放大器U8的输出端串联一电阻R57后输出经隔离传输后的高频信号。
一种交直流信号隔离检测装置,包括如上所述的交直流信号隔离检测电路。
有益效果:
1.通过采用信号隔离传输模式可以避免信号检测和传输干扰问题。
2.对待测的交直流信号进行分频得到高、低频信号,对低频信号采用光耦隔离传输,对高频信号采用变压器隔离传输,实现宽频信号隔离传输的同时可以简化电路结构,降低检测装置成本。
3.R38为电流采样,R46与C19构成低通滤波,经采样得到高频信号将经过第一低通滤波电路后进入放大器U9中被同相放大,通过R30加入到放大器U7反相输入端,形成负反馈,以抵消低频分量,起到限制低频信号的作用,防止变压器TR1出现饱和。与放大器U7连接的电阻中,R35为匹配电阻,R37为负载电阻;TR1B与TR1C参数相同;线圈反相后再接到U7同相输入端,形成了高频闭环控制的负反馈。
4.变压器TR1相比光耦器件来说,具有低延时、耐压好、寿命长等特点,适用于高频信号的传输,并且技术成熟,易于生产制造,可以降低整个设计制造成本。同时,变压器无法传输直流,因此无法传递低频信号,因此光耦负责传输直流和低频信号。而光耦在高频信号时耐压低,因此只适用于传输低频和直流信号。
附图说明
图1为一种交直流信号隔离检测电路的模块结构示意图;
图2为一种交直流信号隔离检测电路的电路结构示意图;
图3为低频隔离模块的电路结构示意图;
图4为高频隔离模块的电路结构示意图;
图5为一种待测电路的结构示意图;
图6为一种无源探头的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然,所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例,而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
实施例一
如图1至图4所示为一种交直流信号隔离检测电路的结构示意图,包括:
分频模块;所述分频模块的输入端接入交直流检测信号,对该交直流检测信号进行高低频分离并分别输出低频信号和高频信号;
低频隔离模块;所述低频隔离模块与所述分频模块连接,以输入低频信号并将低频信号经隔离传输后输出;
高频隔离模块;所述高频隔离模块与所述分频模块连接,以输入高频信号并将高频信号经隔离传输后输出;
混频模块;所述混频模块分别与所述低频隔离模块和高频隔离模块连接,以输入经隔离传输后的低频信号和高频信号,并将低频信号和高频信号进行混频得到混频信号。
通过采用信号隔离传输模式可以避免信号检测和传输干扰问题,然后对待测的交直流信号进行分频得到高、低频信号,对低频信号采用光耦隔离传输,对高频信号采用变压器隔离传输,实现宽频信号隔离传输的同时可以简化电路结构,降低检测装置成本。进一步的,所述分频模块、低频隔离模块、高频隔离模块、混频模块可以设计在同一块电路板上,封装成一个隔离探头结构,信号经混频模块出来后就可以直接输入示波器,无需像现有技术中的激光传输一样需要发射探头、光纤传输和接收转换探头后再进入示波器这么复杂。本申请方案整个装置结构简洁、成本低,而且无光纤线等使得使用、维护更加方便。
具体实施中,所述分频模块包括放大器U1和放大器U3;所述放大器U1的同相输入端通过第二低通滤波电路接入交直流检测信号,也就是所述放大器U1的同相输入端通过第二低通滤波电路接图2中所示的J1端口1引脚;J1端口1引脚作为检测端与被测MOS管的栅极(例如图5中所示的MOS管Q3的栅极)连接,J1端口2引脚与被测MOS管的源极(例如图5中所示的MOS管Q3的源极)连接,而同时J1端口2引脚接信号地GND1;而信号地GND1可以是悬浮状态,使得分频模块就是隔离模块的输入测处于如图2所示的高压悬浮区;所述第二低通滤波电路包括电阻R9和电容C5,电阻R9的第一端接检测输入的交直流检测信号,电阻R9第二端与电容C5第一端连接后作为第二低通滤波电路的输出端与放大器U1的同相输入端连接,交直流检测信号经过第二低通滤波电路后分离得到低频信号进入放大器U1的同相输入端进行信号放大;所述放大器U1的反相输入端与输出端之间并联一电阻R5;还包括电容C3和电阻R4;所述电容C3和电阻R4串联后并联在所述放大器U1的反相输入端与输出端之间,电阻R5、电容C3和电阻R4用于设置放大器U1的放大倍数;所述放大器U1的反相输入端串接一电阻R3后接地;所述放大器U1的输出端串联一电阻R58后输出经放大的低频信号至低频隔离模块,以进行信号的隔离传输;所述放大器U3用于进行信号相减作用,所述放大器U3的同相输入端通过一电阻R12接入上述分频得到的低频信号,反相输入端通过一电阻R16接入交直流检测信号(所述交直流检测信号包括高频信号和低频信号),交直流检测信号在放大器U3减去低频信号之后得到高频信号,在放大器U3的输出端通过一电阻R60输出高频信号至高频隔离模块;所述放大器U3的反相输入端与输出端之间并联一电阻R13,所述放大器U3的同相输入端串联一电阻R14接地。进一步的,所述放大器U3的同相输入端通过一电阻R12接入上述分频得到的低频信号;所述电阻R12的第一端接所述放大器U3的同相输入端,第二端与一延时模块的输出端连接;所述延时模块的输入端接收电阻R58输出的低频信号,经过延时模块使输入到放大器U3的低频信号更加准确。在本实施例中,交直流检测信号经过电阻R9和电容C5低通滤波后得到低频或直流信号进入到放大器U1进行放大,然后经电阻R58输出至低频隔离模块进行隔离传输。同时,交直流检测信号经放大器U3的反相输入端进入放大器U3,经延时后的低频信号从放大器U3的同相输入端进入放大器U3,交直流检测信号在放大器U3减去低频信号后剩余高频信号再经电阻R60进入高频隔离模块,进行高频隔离传输。实现了对交直流检测信号进行高、低分频传输的功能。
具体实施中,所述低频隔离模块包括第一输入电路、第一输出电路以及光耦U10;所述光耦U10中包括发光二极管U10A、光敏二极管U10B和光敏二极管U10C;所述第一输入电路的输入端接入分频模块输出的低频信号,所述第一输入电路的输出端与所述发光二极管U10A连接,以根据低频信号驱动发光二极管U10A亮或灭,同时所述第一输入电路的输入端还与所述光敏二极管U10B连接,光敏二极管U10B接收发光二极管U10A发出的光信号后,导通或截止以反馈电信号到第一输入电路的输入端,实现对第一输入电路的反馈闭环控制;所述第一输出电路的输入端与所述光敏二极管U10C连接,光敏二极管U10C接收发光二极管U10A发出的光信号后,导通或截止以将光信号转换为电信号并传递给第一输出电路,由第一输出电路输出到混频模块。所述第一输入电路的输出端用于驱动发光二极管U10A亮/灭以传输低频或直流信号;同时所述第一输入电路的输入端与光敏二极管U10B连接,通过光敏二极管U10B接收发光二极管U10A发出的光信号,以实现控制的反馈闭环;所述第一输出电路的输入端与所述光敏二极管U10C连接以接收经光耦隔离传输后的信号。
具体实施中,所述第一输入电路包括电阻R71、放大器U11、电容C26、电阻R70、电阻R67、电阻R64、三极管Q2、二极管D2和电阻R72;所述电阻R71的第一端接入低频信号,第二端与所述光敏二极管U10B的阴极、放大器U11的反相输入端、电容C26的第一端连接后,接入第一可调电压;所述光敏二极管U10B的阳极与放大器U11的同相输入端连接;所述放大器U11的输出端与电容C26的第二端、电阻R70的第一端连接;所述电阻R70的第二端与所述电阻R67的第一端、三极管Q2的基极连接;所述电阻R67的第二端与电阻R64的第一端连接后接电压+VCC;所述电阻R64的第二端接三极管Q2的发射极;所述三极管Q2的集电极与发光二极管U10A的阳极、二极管D2的阴极和电阻R72的第一端连接;所述发光二极管U10A的阴极与二极管D2的阳极连接后接地;所述电阻R72的第二端接电压-VCC(即-2.5V)。进一步的,第一可调电压由第一调压电路输出,所述第一调压电路包括电阻R62、可调电阻RV5、电阻R63和电阻R68;电阻R62的第一端接+2.5V电压,第二端与可调电阻RV5的第一端连接;电阻R63的第一端与可调电阻RV5的第二端连接,电阻R63的第二端接-2.5V电压;可调电阻RV5的电压输出端与电阻R68的第一端连接;电阻R68的第二端输出第一可调电压。
在本实施例中,放大器U11以及电阻R71、电容C26、电阻R75、电阻R76以及电容C27、电容C28、电阻62、电阻RV5、电阻63、电阻68等构成信号控制电路,电阻70、电阻67、电阻64、电阻72、三极管Q2、二极管D2等构成开关电路,信号控制电路根据输入的低频信号控制开关电路的通断来控制发光二极管U10A的发光强度,使得电信号可以转换为光信号实现光电隔离传输。低频或直流信号进入放大器U11中进行功率放大。在放大器U11的输出端输出低电平时,电阻R67和电阻R70构成分压电路,此时三极管Q2的发射极与基极有压差,三极管Q2导通,发光二极管U10A两端出现正向压差,发光二极管U10A亮。在放大器U11的输出端输出高电平时,此时三极管Q2的发射极与基极无压差,三极管Q2截止,发光二极管U10A两端出现由0V至-2.5V的反向压差,发光二极管U10A不导通,因此不亮。综上所述,通过控制放大器U11的输出电平大小,在无信号时,发光二极管U10A有50%亮度,正信号时亮度增大,负信号时亮度降低,实现电信号的光隔离传输。
具体实施中,所述第一输出电路包括放大器U12、电阻R66、可调电阻RV6、电容C25和电阻R74;所述放大器U12的正向输入端与反相输入端之间正向并联光敏二极管U10C;所述放大器U12的反相输入端与输出端之间并联电容C25;所述电阻R66和可调电阻RV6串联连接后再与电容C25并联连接;所述放大器U12的反相输入端接入第二可调电压;所述电阻R74的第一端与所述放大器U12的输出端连接,第二端输出经隔离传输后的低频信号。进一步的,第二可调电压的产生电路的结构与第二可调电压类似。第二可调电压在放大器U12的反相输入端设定电压后,光敏二极管U10C根据接收的光信号导通或截止以实现光电转换并输入放大器U12,即可以通过放大器U12输出相应的经隔离传输的低频或直流信号。
具体实施中,所述高频隔离模块包括第二输入电路、变压器TR1、第二输出电路和截频电路;所述变压器TR1包括输入侧TR1A、第一输出侧TR1B和第二输出侧TR1C;所述第二输入电路的输入端与分频模块连接,以接收经分频得到的高频信号;所述第二输入电路的输出端与所述输入侧TR1A连接以驱动所述变压器TR1;所述第二输入电路的输入端还与第一输出侧TR1B连接,以通过第一输出侧TR1B接收经隔离传输后的电信号,实现高频信号传输的闭环控制;所述截频电路分别与所述输入侧TR1A和第二输入电路连接,所述截频电路从输入侧TR1A采集传输的信号,经滤波后得到需要截止的低频范围反馈至第二输入电路,以控制进入变压器TR1的频率,防止频率过低的信号进入变压器TR1导致变压器TR1饱和、影响信号传递;所述第二输出电路与所述第二输出侧TR1C连接,以接收经隔离传输后电信号并输出至混频模块。第二输入电路用于对输入的高频信号进行功率放大后,驱动变压器TR1进行高频信号的隔离传输,同时通过截频电路对隔离传输信号中的低频部分进行采样、反馈控制,以限制低频部分信号进入变压器TR1,防止变压器TR1饱和。第二输出电路通过第二输出侧TR1C接收隔离传输的高频信号后,对高频信号进行放大后输出。
具体实施中,所述第二输入电路包括放大器U7,放大器U7用于进行功率初级放大;所述放大器U7的反相输入端串联一电阻R33后接入分频模块的高频信号;所述放大器U7的反相输入端与输出端之间并联一电阻R31和一电容C24;所述放大器U7的输出端串联一电阻R34后接入输入侧TR1A的第一端;所述输入侧TR1A的第二端串联一电阻R38后接地;所述放大器U7的同相输入端先后串联一电阻R35和电阻R37后接地;所述第一输出侧TR1B的两端与所述电阻R37的两端并联联接,以反馈变压器TR1的输出信号至放大器U7同相输入端进行高频闭环控制。因变压器TR1有启动功率需求,高频信号直接进入变压器TR1无法驱动信号的隔离传输,因此采用放大器U7对高频信号进行功率初级放大,然后再驱动输入侧TR1A进行高频信号隔离传输,同时从第一输出侧TR1B接收反馈信号进行高频闭环控制。
具体实施中,所述截频电路包括放大器U9;所述放大器U9的同相输入端通过第一低通滤波电路与所述输入侧TR1A的第二端连接;所述放大器U9的反相输入端与输出端之间并联一电阻R44;所述放大器U9的反相输入端串联一电阻R45后接地;所述放大器U9的输出端串联一电阻R30后接放大器U7的反相输入端。电阻R38为电流采样,电阻R46与电容C19构成第一低通滤波电路,流经输入侧TR1A的传输信号经电阻R38采集后进入第一低通滤波电路,得到低频部分信号进入放大器U9中被同相放大,然后通过电阻R30加入到放大器U7反相输入端,形成负反馈,以抵消夹加在高频信号中的低频分量,控制变压器传输的低频截至频率,防止过低频率信号进入变压器TR1导致饱和、影响信号传输。与放大器U7连接的电阻中,电阻R35为匹配电阻,电阻R37为负载电阻;第一输出侧TR1B和第二输出侧TR1C参数相同;线圈反相后再接到U7同相输入端,形成了高频闭环控制的负反馈。光耦带宽不够、延时大,变压器TR1相比光耦器件来说,具有低延时、耐压好、寿命长等特点,适用于高频信号的传输,并且技术成熟,易于生产制造,可以降低整个设计制造成本。同时,变压器无法传输直流,因此无法传递低频信号,因此光耦负责传输直流和低频信号。
具体实施中,所述第二输出电路包括放大器U8;所述放大器U8的同相输入端先后串联一电阻R36和电阻R39后接地;所述第二输出侧TR1C与所述电阻R39并联连接;所述放大器U8的反相输入端和输出端之间并联一电容C14和电阻R29;所述放大器U8的反相输入端先后串联一电阻R32和滑动电阻RV2后接地;所述放大器U8的输出端串联一电阻R57后输出经隔离传输后的高频信号进入混频模块。
在本实施例中,高频信号经放大器U7进行初步功率放大后,驱动变压器进行信号的隔离传输,经过隔离传输后的高频信号再经放大器U8进行放大后输出至混频模块。同时,隔离传输的高频信号经截频电路采样、滤波、放大后,得到夹加在高频信号中的低频分量,再反馈到放大器U7进行低频限制,以控制变压器传输的低频截止频率,防止变压器饱和。
具体实施中,所述混频模块包括放大器U2;放大器U2的同相输入端串接一电阻R10后接入低频隔离模块输出的低频信号;放大器U2的同相输入端同时串接一电阻R7后接地;放大器U2的反相输入端串接一电阻R15后接入高频隔离模块输出的高频信号。同时,放大器U2的输出端与反相输入端之间并联一电阻R8。所述混频模块还包括一电阻R6和电容C4,所述电阻R6和电容C4串联后并联到放大器U2的输出端与反相输入端之间。经隔离传输后的高频信号和低频信号在放大器U2进行相加得到混频信号,从放大器U2的输出端经一电阻R59输出至J2端口的1引脚,而J2端口的1引脚可以示波器的信号输入端连接,J2端口的2引脚可以示波器的参考地GND连接,使得低频隔离模块和高频隔离模块的输出侧以及混频模块处于如图2所示的低压接地区。
具体实施中,本实施例的设计方案中,在图2中的信号输入端J1端口,还可以接如图6所示的无源探头电路(也就是J1端口1引脚与图6中无源探头补偿器一端的信号线连接,J1端口2引脚与图6中无源探头补偿器一端的接地线连接),图5中MOS管Q3的栅极信号经无源探头信号端进入,先衰减再进入本实施例电路中传输,可以进一步降低耦合到待测电路的寄生电容,降低天线效应。
实施例二
一种交直流信号隔离检测装置,包括如上所述的交直流信号隔离检测电路。
本申请提供一种交直流信号隔离检测电路,包括:分频模块;所述分频模块的输入端接入交直流检测信号,对该交直流检测信号进行高低频分离并分别输出低频信号和高频信号;低频隔离模块;所述低频隔离模块与所述分频模块连接,以输入低频信号并将低频信号经隔离传输后输出;高频隔离模块;所述高频隔离模块与所述分频模块连接,以输入高频信号并将高频信号经隔离传输后输出;混频模块;所述混频模块分别与所述低频隔离模块和高频隔离模块连接,以输入经隔离传输后的低频信号和高频信号,并将低频信号和高频信号进行混频得到混频信号。通过采用信号隔离传输模式可以避免信号检测和传输干扰问题,然后对待测的交直流信号进行分频得到高、低频信号,对低频信号采用光耦隔离传输,对高频信号采用变压器隔离传输,实现宽频信号隔离传输的同时可以简化电路结构,降低检测装置成本。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中间”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为说明本发明的实施方式,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,凡在本发明的精神和原则之内,不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种交直流信号隔离检测电路,其特征在于,包括:
分频模块;所述分频模块的输入端接入传输交直流检测信号的J1端口1引脚,J1端口2引脚接信号地,信号地为悬浮状态,J1端口1引脚与被测MOS管栅极连接,J1端口2引脚与被测MOS管源极连接,对该交直流检测信号进行高低频分离并分别输出低频信号和高频信号;
低频隔离模块;所述低频隔离模块与所述分频模块连接,以输入低频信号并将低频信号经隔离传输后输出;
高频隔离模块;所述高频隔离模块与所述分频模块连接,以输入高频信号并将高频信号经隔离传输后输出;
混频模块;所述混频模块分别与所述低频隔离模块和高频隔离模块连接,以输入经隔离传输后的低频信号和高频信号,并将低频信号和高频信号进行混频得到混频信号,混频信号输出至J2端口1引脚,J2端口1引脚连接示波器的输入端,J2端口2引脚与示波器的参考地连接;
所述高频隔离模块包括第二输入电路、变压器TR1、第二输出电路和截频电路;所述变压器TR1包括输入侧TR1A、第一输出侧TR1B和第二输出侧TR1C;所述第二输入电路的输出端与所述输入侧TR1A连接,输入端与第一输出侧TR1B连接;所述第二输出电路与所述第二输出侧TR1C连接;所述截频电路分别与所述输入侧TR1A和第二输入电路连接,所述截频电路从输入侧TR1A采集传输的信号,经滤波后得到需要截止的低频范围反馈至第二输入电路;
所述第二输入电路包括放大器U7;所述放大器U7的反相输入端串联一电阻R33后接入高频信号;所述放大器U7的反相输入端与输出端之间并联一电阻R31和一电容C24;所述放大器U7的输出端串联一电阻R34后接入输入侧TR1A的第一端;所述输入侧TR1A的第二端串联一电阻R38后接地;所述放大器U7的同相输入端先后串联一电阻R35和电阻R37后接地;所述第一输出侧TR1B的两端与所述电阻R37的两端并联联接,其中,电阻R35匹配电阻,电阻R37为负载电阻,所述第一输出侧TR1B与所述第二输出侧TR1C参数相同,第一输出侧TR1B的信号经线圈反相后接入放大器U7的同相输入端;
所述截频电路包括放大器U9,所述放大器U9的同相输入端通过第一低通滤波电路与所述输入侧TR1A的第二端连接,所述放大器U9的反相输入端与输出端之间并联一电阻R44;所述放大器U9的反相输入端串联一电阻R45后接地;所述放大器U9的输出端串联一电阻R30后接放大器U7的反相输入端;
其中,经电阻R38的采样电流,经电阻R46与电容C19构成的第一低通滤波电路,得到低频部分信号进入放大器U9中被同相放大,然后通过电阻R30加入到放大器U7反相输入端,形成负反馈。
2.根据权利要求1所述的交直流信号隔离检测电路,其特征在于,所述低频隔离模块包括第一输入电路、第一输出电路以及光耦U10;所述光耦U10中包括发光二极管U10A、光敏二极管U10B和光敏二极管U10C;所述第一输入电路的输出端与所述发光二极管U10A连接,输入端与所述光敏二极管U10B连接;所述第一输出电路的输入端与所述光敏二极管U10C连接。
3.根据权利要求2所述的交直流信号隔离检测电路,其特征在于,所述第一输入电路包括电阻R71、放大器U11、电容C26、电阻R70、电阻R67、电阻R64、三极管Q2、二极管D2和电阻R72;所述电阻R71的第一端接入低频信号,第二端与所述光敏二极管U10B的阴极、放大器U11的反相输入端、电容C26的第一端连接后,接入第一可调电压;所述光敏二极管U10B的阳极与放大器U11的同相输入端连接;所述放大器U11的输出端与电容C26的第二端、电阻R70的第一端连接;所述电阻R70的第二端与所述电阻R67的第一端、三极管Q2的基极连接;所述电阻R67的第二端与电阻R64的第一端连接后接电压+VCC;所述电阻R64的第二端接三极管Q2的发射极;所述三极管Q2的集电极与发光二极管U10A的阳极、二极管D2的阴极和电阻R72的第一端连接;所述发光二极管U10A的阴极与二极管D2的阳极连接后接地;所述电阻R72的第二端接电压-VCC。
4.根据权利要求2所述的交直流信号隔离检测电路,其特征在于,所述第一输出电路包括放大器U12、电阻R66、可调电阻RV6、电容C25和电阻R74;所述放大器U12的正向输入端与反相输入端之间正向并联光敏二极管U10C;所述放大器U12的反相输入端与输出端之间并联电容C25;所述电阻R66和可调电阻RV6串联连接后再与电容C25并联连接;所述放大器U12的反相输入端接入第二可调电压;所述电阻R74的第一端与所述放大器U12的输出端连接,第二端输出经隔离传输后的低频信号。
5.根据权利要求1所述的交直流信号隔离检测电路,其特征在于,所述第二输出电路包括放大器U8;所述放大器U8的同相输入端先后串联一电阻R36和电阻R39后接地;所述第二输出侧TR1C与所述电阻R39并联连接;所述放大器U8的反相输入端和输出端之间并联一电容C14和电阻R29;所述放大器U8的反相输入端先后串联一电阻R32和滑动电阻RV2后接地;所述放大器U8的输出端串联一电阻R57后输出经隔离传输后的高频信号。
6.根据权利要求1所述的交直流信号隔离检测电路,其特征在于,所述混频模块包括放大器U2;所述放大器U2的同相输入端串接一电阻R10后接入所述低频隔离模块;所述放大器U2的同相输入端串接一电阻R7后接地;所述放大器U2的反相输入端串接一电阻R15后接入所述高频隔离模块;所述放大器U2的输出端与反相输入端之间并联一电阻R8;所述混频模块还包括一电阻R6和电容C4;所述电阻R6和电容C4串联后并联到所述放大器U2的输出端与反相输入端之间;经隔离传输后的高频信号和低频信号在所述放大器U2进行相加得到混频信号,从放大器U2的输出端经一电阻R59输出。
7.根据权利要求1所述的交直流信号隔离检测电路,其特征在于,所述分频模块包括放大器U1和放大器U3;所述放大器U1的同相输入端通过第二低通滤波电路接入交直流检测信号;所述放大器U1的反相输入端与输出端之间并联一电阻R5;还包括电容C3和电阻R4;所述电容C3和电阻R4串联后并联在所述放大器U1的反相输入端与输出端之间;所述放大器U1的反相输入端串接一电阻R3后接地;所述放大器U1的输出端串联一电阻R58后输出低频信号至低频隔离模块;所述放大器U3的同相输入端通过一电阻R12接入低频信号,反相输入端通过一电阻R16接入交直流检测信号,输出端通过一电阻R60输出高频信号至高频隔离模块;所述放大器U3的反相输入端与输出端之间并联一电阻R13。
8.一种交直流信号隔离检测装置,其特征在于,包括权利要求1至7任一项所述的交直流信号隔离检测电路。
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300MHz 手持示波表隔离通道设计;周颖;中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑;20170215(第02期);第11页,第15-31页 * |
光伏并网逆变器中工频变压器的磁饱和抑制;曾汉超 等;电力电子技术;20180930;第52卷(第9期);第89-91页 * |
周颖.300MHz 手持示波表隔离通道设计.中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑.2017,(第02期),第11页,第15-31页. * |
数字存储示波器通道隔离系统的设计;秦亮;中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑;20130715(第07期);第28-31页 * |
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Publication number | Publication date |
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CN117590056A (zh) | 2024-02-23 |
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