CN203849325U - 交直流电压隔离差分采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及交直流电压隔离差分采样电路，包括电压衰减电路、滤波电路、差分隔离放大电路、差分运算放大电路、直流偏置电路、钳位电路，其特征在于所述的电压衰减电路将待采样电压经电阻衰减、滤波电路滤波后以全差分形式输入差分隔离放大电路，所述的差分隔离放大电路经差分运算放大电路放大后输出，所述的差分运算放大电路输出与直流偏置电路叠加后经钳位电路输出给主控芯片的AD采样口。本实用新型电路结构简单、对称、可靠、采样精度高，可广泛适用于交流电压的隔离采样及直流电压的隔离采样，具有较好的实用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电压隔离采样电路，特别涉及一种应用交直流电压的隔离差分采样电路，可以保证采样后的交直流电压采样后的精度，并且提高电路的可靠性。
背景技术
现有的交流电压采样电路，有采用交流变压器隔离采样的，该方法需要来增加变压器的体积来提高其线性度。现有的交流采样电路也有采用全波整流经分压电阻、隔离芯片反向放大及差分输出，该电路采用的器件多，成本高，可靠性低。
现有技术公开了一种母线电压隔离采样电路（公开号为CN 202794293 U，专利号为201220322827.0），该电路采用单端输入采样的方式则就会造成隔离采样芯片与高压侧的参考点直接与采样芯片输入端相连，隔离采样芯片不安全，存在安全隐患。
现有技术公开了一种用于光伏并网逆变器系统中网侧相电压的采样电路中（公开号为CN 203337725 U，专利号为201320370116.5）的交流采样电路，该交流采样电路只经过一级差分放大，故其增益较小，电压采样精度较低，且差分输出后经滤波后以差分形式输出，该电路的应用局限性比较大。
图1为现有技术公开的一种交流电压隔离采样电路（公开号为CN202583298U 4，专利号为201220156435.1），该电路利用全波整流电路加单端隔离放大的采样模式来对交流电压进行采样。该电路采用单端输入采样的方式则就会造成隔离采样芯片与高压侧的参考点直接与采样芯片输入端相连，隔离采样芯片不安全，存在安全隐患。
实用新型内容
鉴于上述的技术不足，本实用新型的目的是提供一种交直流电压隔离差分采样电路，该电路将强电经大电阻衰减后以全差分方式送入隔离芯片的输入端，隔离芯片输出再经一级差分运算放大电路处理。因此达到提高采样的精度和可靠性的效果。
本实用新型采用以下方案实现：本实用新型涉及一种交直流电压隔离差分采样电路，包括电压衰减电路、滤波电路、差分隔离放大电路、差分运算放大电路、直流偏置电路，其特征在于所述的电压衰减电路将待采样电压经电阻衰减后再经过滤波电路滤波后以全差分形式输入差分隔离放大电路，所述的差分隔离放大电路经差分运算放大电路放大后输出，所述的差分运算放大电路输出与直流偏置电路叠加后输出至主控芯片的AD采样口。
进一步的，所述的电压衰减电路包括第一至第四电阻、第一电容，待采样电压一端与第一电阻一端相连，第一电阻另一端一路经第三电阻与电源地端连接、另一路与第一电容一端相连，待采样电压的另一端与第二电阻一端相连，第二电阻另一端一路经第四电阻与电源地端连接、另一路与第一电容另一端相连，第一电容的两端分别作为所述的电压衰减电路的输出端。
进一步的，所述的滤波电路包括第五电阻、第六电阻、第二电容，第五电阻一端经第二电容与第六电阻一端相连，第五电阻另一端与第六电阻另一端分别作为滤波电路的输入端，第二电容的两端分别作为滤波电路的输出端。
进一步的，所述的差分隔离放大电路包括隔离差分放大芯片选为AMC1200。
进一步的，所述的差分运算放大电路包括第七至第十电阻、放大器、第三电容、第四电容，所述的差分隔离放大电路一路输出经第七电阻与放大器的正输入端相连、另一路输出经第八电阻与放大器的负输入端相连，第三电容与第九电阻相并联后其一端与信号地端相连、另一端与放大器正输入端相连，第四电容与第十电阻相并联后其一端与放大器输出端相连，另一端与放大器的负输入端相连，所述放大器的输出端为差分运算放大电路的输出端。
进一步的，所述的直流偏置电路包括第十一电阻、第十二电阻、第五电容，第十二电阻一端与直流电源相连，另一端一路经第五电容与信号地端相连、另一路经第十一电阻与差分运算放大电路输出端相连，第十一电阻阻值与第十二电阻阻值相等，所述的第十二电阻与第五电容的连接处接至主控芯片的AD采样口。
进一步的，所述交直流电压隔离差分采样电路还包括一钳位电路，所述的钳位电路串联在直流偏置电路与主控芯片的AD采样口之间。
进一步的，所述的钳位电路包括第一二极管、第二二极管，第一二极管阴极与直流电源相连，阳极与第二二极管阴极相连，第二二极管阳极与信号地端相连，第一二极管阳极经第十一电阻与差分运算放大电路输出端相连，所述的第一二极管的阳极接至与主控芯片的AD采样口之间。
本实用新型电路结构简单，对称及可靠，可广泛适用于交流电压的隔离采样及直流电压的隔离采样，具有较好的实用价值，差分隔离放大芯片的采样输入端采用全差分输入，非单端放大，具备温漂影响小、抗干扰能力强，差分隔离放大芯片处理后再经一级差分运放电路处理，采用两级差分运放增益较大同时对信号进行二次滤波与整形，大大提高电压采样的可靠性及采样精度。
附图说明
图1是已知交流电压隔离采样电路图。
图2是本实用新型电路原理框图。
图3是本实用新型电路实施例电路图。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型涉及一种交直流电压隔离差分采样电路，包括电压衰减电路、滤波电路、差分隔离放大电路、差分运算放大电路、直流偏置电路、钳位电路，其特征在于：所述的电压衰减电路将电压经大电阻衰减、滤波电路滤波后以全差分形式输入差分隔离放大电路，所述的差分隔离放大电路经差分运算放大电路放大后输出，所述的差分运算放大电路输出与直流偏置电路叠加后经钳位电路输出给主控芯片的AD采样口。
图3为具体实施例电路图，其中：1为电压衰减电路、2为滤波电路、3为差分隔离放大电路、4为差分运算放大电路、5为直流偏置电路、6为钳为电路。
电压衰减电路1包括第一至第四电阻R1-R4、第一电容C1：待采样电压输入一端V_P与第一电阻R1一端相连，第一电阻R1另一端一路经第三电阻R3与电源地端GND_N连接、另一路与第一电容C1一端相连，待采样电压输入另一端V_N与第二电阻R2一端相连，第二电阻R2另一端一路经第四电阻R4与电源地端GND_N连接、另一路与第一电容C1另一端相连，第一电容C1的两端分别作为所述的电压衰减电路1的输出端。
滤波电路2包括第五电阻R5、第六电阻R6、第二电容C2，第五电阻R5一端经第二电容C2与第六电阻R6一端相连，第五电阻R5另一端与第六电阻R6另一端分别作为滤波电路2的输入端，第二电容C2的两端分别作为滤波电路2的输出端。
差分隔离放大电路3为隔离差分放大芯片IC选为AMC1200，第二电容C2两端分别与AMC1200两输入端相连。
差分运算放大电路4包括第七至第十电阻R7-R10、放大器、第三电容C3、第四电容C4，所述的差分隔离放大电路3一路输出经第七电阻R7与放大器的正输入端相连、另一路输出经第八电阻R8与放大器的负输入端相连，第三电容C3与第九电阻R9相并联后其一端与信号地端AGND相连、另一端与放大器正输入端相连，第四电容C4与第十电阻R10相并联后其一端与放大器输出端相连，另一端与放大器的负输入端相连，所述放大器的输出端为差分运算放大电路4的输出端。
直流偏置电路5包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第五电容C5，第十二电阻R12一端与直流电源+3V相连，另一端一路经第五电容C5与信号地端AGND相连、另一路经第十一电阻R11与差分运算放大电路4输出端相连，第十一电阻R11阻值与第十二电阻R12阻值相等，所述的第十二电阻R12与第五电容C5的连接处接至主控芯片的AD采样口。。
交直流电压隔离差分采样电路还包括一钳位电路6，所述的钳位电路6串联在直流偏置电路与主控芯片的AD采样口之间，所述的钳位电路6包括第一二极管D1阴极与直流电源+3V相连，阳极与第二二极管D2阴极相连，第二二极管D2阳极与信号地端AGND相连，第一二极管D1阳极经第十一电阻R11与差分运算放大电路4输出端相连，所述的第一二极管D1的阳极接至与主控芯片的AD采样口之间。
V_P、V_N分别作为交直流电压隔离差分采样电路的输入端，其输入信号的类型可以是交流电压信号也可以是直流电压信号。待测电压经电阻R1、R3和R2、R4衰减后经过R5、C2和R6、C2构成的滤波电路将不需要的高频信号滤掉。经过滤波电路2后以差分的形式输入差分隔离放大芯片AMC1200。通过合理配置AMC1200外围参数使得经差分隔离后的信号被放大至8倍输出，该信号同时还夹有2.5V的共模信号。
将差分隔离放大电路3输出经AMC1200构成的差分运算放大电路4将信号再次放大同时也滤掉了之前的2.5v共模信号。差分运算放大电路4输出与直流偏置电路叠加后输出给钳位电路，经AMC1200构成的差分运算放大电路4输出是叠加在1.5V信号上的，保证了该输出信号可以直接送入主控芯片的DSP或MCU的AD采样口。
叠加有1.5V信号的差分运算放大电路4输出经钳位电路后输出给DSP或者其它MCU的AD采样口。当叠加有1.5V信号的差分运算放大电路4输出大于3.7V(第一二极管D1选为硅管)时，差分运算放大电路4直接经第一二极管D1输出而不送入主控芯片的AD采样口中，使得送入AD采样口的电压被钳位在0V到3.7V之间，对主控芯片的AD采样口起到输入保护的作用。
图3中，GND_N为电源地端，即差分隔离放大芯的输入侧电源的地；AGND为信号地端，即差分隔离放大芯的输出侧电源的地。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (8)
1.交直流电压隔离差分采样电路，包括电压衰减电路、滤波电路、差分隔离放大电路、差分运算放大电路、直流偏置电路，其特征在于所述的电压衰减电路将待采样电压经电阻衰减后再经过滤波电路滤波后以全差分形式输入差分隔离放大电路，所述的差分隔离放大电路经差分运算放大电路放大后输出，所述的差分运算放大电路输出与直流偏置电路叠加后输出至主控芯片的AD采样口。
2.根据权利要求1所述的交直流电压隔离差分采样电路，其特征在于所述的电压衰减电路包括第一至第四电阻、第一电容，待采样电压一端与第一电阻一端相连，第一电阻另一端一路经第三电阻与电源地端连接、另一路与第一电容一端相连，待采样电压的另一端与第二电阻一端相连，第二电阻另一端一路经第四电阻与电源地端连接、另一路与第一电容另一端相连，第一电容的两端分别作为所述的电压衰减电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的交直流电压隔离差分采样电路，其特征在于所述的滤波电路包括第五电阻、第六电阻、第二电容，第五电阻一端经第二电容与第六电阻一端相连，第五电阻另一端与第六电阻另一端分别作为滤波电路的输入端，第二电容的两端分别作为滤波电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的交直流电压隔离差分采样电路，其特征在于所述的差分隔离放大电路包括隔离差分放大芯片选为AMC1200。
5.根据权利要求1所述的交直流电压隔离差分采样电路，其特征在于所述的差分运算放大电路包括第七至第十电阻、放大器、第三电容、第四电容，所述的差分隔离放大电路一路输出经第七电阻与放大器的正输入端相连、另一路输出经第八电阻与放大器的负输入端相连，第三电容与第九电阻相并联后其一端与信号地端相连、另一端与放大器正输入端相连，第四电容与第十电阻相并联后其一端与放大器输出端相连，另一端与放大器的负输入端相连，所述放大器的输出端为差分运算放大电路的输出端。
6.根据权利要求1所述的交直流电压隔离差分采样电路，其特征在于，所述的直流偏置电路包括第十一电阻、第十二电阻、第五电容，第十二电阻一端与直流电源相连，另一端一路经第五电容与信号地端相连、另一路经第十一电阻与差分运算放大电路输出端相连，第十一电阻阻值与第十二电阻阻值相等，所述的第十二电阻与第五电容的连接处接至主控芯片的AD采样口。
7. 根据权利要求1所述的交直流电压隔离差分采样电路，其特征在于所述交直流电压隔离差分采样电路还包括一钳位电路，所述的钳位电路串联在直流偏置电路与主控芯片的AD采样口之间。
8.根据权利要求7所述的交直流电压隔离差分采样电路，其特征在于所述的钳位电路包括第一二极管、第二二极管，第一二极管阴极与直流电源相连，阳极与第二二极管阴极相连，第二二极管阳极与信号地端相连，第一二极管阳极经第十一电阻与差分运算放大电路输出端相连，所述的第一二极管的阳极接至与主控芯片的AD采样口之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140924 |