CN201156730Y - 一种直流电压采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于隔离运放的直流电压采集装置，它包括隔离运放、分压模块、电压采集模块、电压保护模块、电源模块、变比调节模块、限压模块和滤波模块；所述电压采集模块和所述电压保护模块并联接在电压正极和电压负极之间，并与所述分压模块串联后接入所述隔离运放；所述电源模块单独接入所述隔离运放；所述变比调节模块直接接入所述隔离运放并形成封闭回路；所述隔离运放的输出接所述滤波模块；所述滤波模块接下一级电路；所述限压模块接在所述隔离运放和高电位之间。本实用新型不仅适合于高电压和悬浮电位场合，而且稳定性高、变比可调，可广泛应用于各级电压的采集。

Description

一种直流电压采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力电子设备，特别是关于一种适用于高电压、悬浮电位的直流电压采集装置。

背景技术

传统上的直流电压采集一般采用电阻分压、电容分压、电压霍尔采集等措施。采用电压霍尔采集的优点是采集快速准确，缺点是造价高，需要额外提供电源，在电位悬浮的场合绝缘很难保证；电阻分压和电容分压的特点是结构简单，造价低廉，缺点是直接将高电位无隔离地引入采集系统，无法用于悬浮电位系统。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提出一种适用于高电压和悬浮电位的直流电压采集装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：它包括隔离运放、分压模块、电压采集模块、电压保护模块、电源模块、变比调节模块、限压模块和滤波模块；所述电压采集模块和所述电压保护模块并联接在电压正极和电压负极之间，并与所述分压模块串联后接入所述隔离运放；所述电源模块单独接入所述隔离运放；所述变比调节模块直接接入所述隔离运放并形成封闭回路；所述隔离运放的输出接所述滤波模块；所述滤波模块接下一级电路；所述限压模块接在所述隔离运放和高电位之间。

所述分压模块由若干可调电阻串联组成。

所述电压采集模块由一电容与若干可调电阻并联组成。

所述电压保护模块为一TVS管。

所述变比调节模块为变比调节器和电位器的其中一种。

所述滤波模块由一电阻与两个并联电容串联组成。

所述限压模块由一电容与一电阻并联组成，所述电容为一高压瓷片电容器，所述电阻为一压敏电阻。

本实用新型由于采取以上技术方案，本实用新型具有以下优点：1、本实用新型由于采用了多个分压电阻，因此适应性强，可以在不对装置的整体结构做任何改变的情况下，只改变分压电阻的阻值，使其适用于不同的电压等级。2、由于本实用新型将由变比调节器或电位器组成的变比调节模块接入隔离运放，因此可以通过调整变比调节器或电位器，改变隔离运放的输出电压使其适用于不同的模数转换电路。3、本实用新型由于嵌入了一个由压敏电阻组成的限压电路，解决了采样部分电位悬浮的问题，把采集装置与高电位之间的电位差限定在一个允许的范围内。4、本实用新型由于采用隔离运放的响应时间是微秒级别的，因此受噪声影响小，能够消除高压侧和装置本身的噪声对采样精度的影响。本实用新型可以广泛用于应用于各级电压的采集。

附图说明

图1是本实用新型电路的模块结构示意图

图2是本实用新型一个实施例的结构示意图

图3是本实用新型实施例中限压模块的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

本实用新型的基本设计思想就是利用隔离运放隔离等级高、线性度好、响应迅速等特点，实现一种不仅适用于高电压和悬浮电位场合，而且稳定性高、变比可调的直流电压采集装置。

如图1所示，本实用新型包括一隔离运放U1、分压模块、电压采集模块、电压保护模块、电源模块、变比调节模块、限压模块和滤波模块。隔离运放U1是本实用新型的主体，也是整个发明的核心部分。本实用新型的各模块与隔离运放U1的连接方式是：电压采集模块和电压保护模块并联接在电压正极(Vdcin+)和电压负极(Vdcin-)之间，并与分压模块串联后接入隔离运放U1，且分压模块接电压正极(Vdcin+)。因此隔离运放U1采集的是电源采集模块两端的电压，这样直流电压通过分压模块以及电压采集模块分压之后进入隔离运放U1，通过改变的分压模块或者电压采集模块的阻值，可以在不对装置的整体结构做任何改变的情况下，使其适用于不同的电压等级。电压保护模块是防止电压采集模块两端的电压超过其限定的范围，起到保护隔离运放U1的作用。电源模块单独接入隔离运放U1，为隔离运放U1提供5V电源。变比调节模块包括一变比调节器或一电位器，它直接接入隔离运放U1并形成封闭回路，通过调节变比调节器或电位器，可以对隔离运放U1的变比进行无级调整，以达到测量精度和测量范围之间的平衡，如果经分压模块和电压采集模块分压后的电阻值在0-10V之间，那么隔离运放U1的输出电压范围可以在0-10V之间进行无级调整。由于本实用新型装置运行于高电位，为了解决电位悬浮可能造成隔离运放U1击穿，将一限压模块接入隔离运放U1与高电位之间，它的作用是吸收积累的静电电荷，当积累的电荷电压到达一定纸的时候在将电荷泄放掉，这样隔离运放U1与高电位之间的电位差始终不会高于限压电路所限定的阈值。隔离运放U1的输出接滤波模块，输出信号(Vdc)经过滤波模块滤除控制电路侧的噪声后提供给下一级电路，这样隔离运放U1就完成了高电压输入(Vdcin)与低压输出(Vdc)的线性隔离。

如图2所示，是本实用新型的一个实施例，本实施例中的直流电压采集装置包括一隔离运放U1，分压模块包括可调电阻R1、R2、R3、R4、R5，电压采集模块包括可调电阻R6、R7和电容C1，电压保护模块为一TVS管T1，电源模块为C2，变比调节模块为一变比调节器R8，限压模块包括电阻R9和电容C3，滤波模块包括电阻R10和电容C4、C5。隔离运放U1的管脚定义如下：1脚是输入电压正极(Vdcin+)，2脚是输入电压负极(Vdcin-)，3脚是电源正极，4脚是电源地，8脚是输出地，9、10脚是调节电位器接口，11脚是输出信号(Vdc)。各电子元件与各个管脚的具体连接方式是：R6、R7、T1和C1并联接入1、2脚，且R6、R7、T1和C1并联后与R1、R2、R3、R4、R5串联接入1脚，因此隔离运放U1采集的是R6、R7和C1两端的电压，通过改变的R1、R2、R3、R4、R5以及R6、R7的阻值，可以在不对装置的整体结构做任何改变的情况下，使其适用于不同的电压等级。T1起到保护作用，防止1、2脚两端的电压高于10V。3、4脚之间内嵌电源C2，为隔离运放U1提供5V电源，其中3脚接电源正极，4脚接电源负极并接入地。变比调节器R8接入9、10脚，经过电阻分压后的电压值可以在0-10V之间，通过调节9、10管脚之间的变比调节器R8，可以对隔离运放U1的变比进行无级调整，以达到测量精度与测量范围之间的平衡，隔离运放U1的输出电压范围可以在0-10V之间无级调整。隔离运放U1的11脚输出信号(Vdc)经过R10与C4、C5并联后接地而成的电容器组串联组成的RC滤波电路滤波之后提供给下一级电路，此处RC滤除的是控制电路侧的噪声，这样U1就完成了高电压输入(Vdcin)与低压输出(Vdc)的线性隔离。

如图3所示，由于此直流电压采集装置运行于高电位，为了解决电位悬浮可能造成的隔离运放U1击穿，在隔离运放U1的8脚和高电位之间接入一限压电路，由电容C3和电阻R9的并联后一端接入8脚与高电位之间，另一端接地。C3的作用是吸收板上积累的静电电荷，当C3上积累的电压达到一定值的时候，R9击穿，将C3上的电荷泻放掉，这样，U1与高电位之间的电位差始终不会高于R9的动作阈值。其中C3为一陶瓷电容器，R9为一压敏电阻。

由于直流母线电压变化缓慢，本实用新型所用的U1的响应时间为1ms，价格在百元以内，所以这个选择的好处就是在满足采样时间要求的同时还降低了成本，而且由于高压侧的噪声的宽度都是微秒级别的，本实用新型还有效的隔离了高压侧的噪声。

对于本文提出的直流电压采集方案，通过U1和压敏电阻的应用，解决了高电压等级采样和电位悬浮的问题，可以扩展到其他的应用场合，如高压交流采样，同传统的直流采样方法相比，这种结构的优势是明显的。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，任何基于本实用新型的等效变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (7)

1、一种直流电压采集装置，其特征在于：它包括隔离运放、分压模块、电压采集模块、电压保护模块、电源模块、变比调节模块、限压模块和滤波模块；所述电压采集模块和所述电压保护模块并联接在电压正极和电压负极之间，并与所述分压模块串联后接入所述隔离运放；所述电源模块单独接入所述隔离运放；所述变比调节模块直接接入所述隔离运放并形成封闭回路；所述隔离运放的输出接所述滤波模块；所述滤波模块接下一级电路；所述限压模块接在所述隔离运放和高电位之间。

2、如权利要求1所述一种的直流电压采集装置，其特征在于：所述分压模块由若干可调电阻串联组成。

3、如权利要求1所述一种的直流电压采集装置，其特征在于：所述电压采集模块由一电容与若干可调电阻并联组成。

4、如权利要求1所述一种直流电压采集装置，其特征在于：所述电压保护模块为一TVS管。

5、如权利要求1所述一种直流电压采集装置，其特征在于：所述变比调节模块为变比调节器和电位器的其中一种。

6、如权利要求1所述一种直流电压采集装置，其特征在于：所述滤波模块由一电阻与两个并联电容串联组成。

7、如权利要求1所述一种直流电压采集装置，其特征在于：所述限压模块由一电容与一电阻并联组成，所述电容为一高压瓷片电容器，所述电阻为一压敏电阻。

Images