CN205374571U - 一种隔离采样装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种隔离采样装置，其特征在于，包括三角波发生单元、输入分压单元、PWM发生单元、隔离传输单元和处理器，三角波发生单元和输入分压单元分别连接PWM发生单元；PWM发生单元连接隔离传输单元，隔离传输单元连接处理器。本实用新型通过普通元器件和简单的电路结构以及采用PWM占空比计算电压幅值的方法实现了直流电压的隔离采样。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种隔离采样装置，特别是涉及一种能够实现安全隔离低成本无需处理器带ADC模块功能的直流电压隔离采样装置。
背景技术
在电压测量和控制中，通常采用低压器件对高压信号进行测量。为了保证系统安全可靠，同时提高系统的抗干扰能力，需要对主控处理器以及低压电路进行隔离。
目前，现有技术的直流电压隔离采样主要有以下几种方式：一、采用线性光藕，线性光藕其电流传输比(是指光藕的输入LED电流与输出光电管电流之比)稳定性不高，且线性光藕价格比较高。二、采用直流霍尔，该方式成本昂贵，内部机构复杂容易出现故障。三、采用变压器隔离，该方式电路复杂，且容易产生EMI干扰信号，电路稳定性也不够好。
现有的直流电压隔离采样装置转换后PWM信号处理需要滤波变换回模拟电平，处理器需要采用带ADC功能测量，且滤波幅值容易受阻容器件影响，同时PWM频率变化也会影响滤波效果，最终导致ADC采样值偏差较大，且抗干扰能力也不强、电路相对复杂。因此，需要一种成本低、可靠性高、采样误差小，且电路结构简单的直流电压隔离采样装置。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种直流电压隔离采样的装置，该装置在保证高精度的线性采样前提下，通过采用普通电阻、电容、比较器、光藕器件和最廉价的处理器即可实现直流电压的隔离采样与处理分析能力。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种隔离采样装置，其特征在于，包括三角波发生单元、输入分压单元、PWM发生单元、隔离传输单元和处理器，三角波发生单元和输入分压单元分别连接PWM发生单元；PWM发生单元连接隔离传输单元，隔离传输单元连接处理器。
优选地，所述的三角波发生单元为三角波发生器。
优选地，所述的输入分压单元是由分压电阻R6、电阻R7、电阻R8和电容C3组成；电阻R6的一端接输入采样电压，电阻R6的另一端接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电阻R8的一端、电容C3各一端和比较器U1A的2脚反相输入端，电阻R8的另一端和电容C3的另一端接地。
优选地，所述的PWM发生单元是由电阻R3、电阻R5、电容C1和比较器U1A组成；电阻R5一端接三角波发生单元的三角波信号端，电阻R5的另一端接电容C1的一端和比较器U1A的3脚正相输入端，电容C1的另一端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接比较器U1A的1脚输出端。
优选地，所述的隔离传输单元是由电阻R1、电阻R2、电阻R4、光藕U2和电容C2组成；光藕U2的2脚阴极接电阻R4的一端和比较器U1A的1脚输出端，电阻R1的一端接+15V电源，电阻R1的另一端接电阻R4的另一端和光藕U2的1脚阳极，光藕U2的4脚集电极接电阻R2的一端和电容C2的一端，电阻R2的另一端接+5V电源，光藕U2的3脚发射极接电容C2的另一端并接地。
更优选地，所述的处理器为普通的单片机或DSP；所述的隔离传输单元的光藕U2的4脚集电极与单片机或DSP相连。
本实用新型的工作原理为：输入直流电压经过分压单元限压低通滤波后，得到较低的直流电压送至PWM发生单元的比较器反相输入端，三角波发生单元输出的三角波信号经阻抗变换接入PWM发生单元的比较器正相输入端，三角波电平与低压直流电平经PWM发电单元比较变换与微分处理产生输出高质量的占空比随输入电压按比例变化的PWM电平，用此PWM电平接入隔离传输单元，经光藕隔离光电转换输出到系统侧PWM电平经低通滤波产生高可靠性的PWM送至处理器，经处理器捕获单元或IO扫描计数得到PWM的占空比经分析计算，最终得到目标直流电压的幅值。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过普通元器件和简单的电路结构以及采用PWM占空比计算电压幅值的方法实现了直流电压的隔离采样，在实现功能的同时，本实用新型还具备以下特点：输入带有低通滤波、PWM发生电路带微分稳定特性、输入隔离光藕带静态并联电阻、输出PWM信号带低通滤波，电路每个环节都能消弱或消除干扰成分能有效的提高电路可靠性，由于装置采用PWM隔离传输与处理，相对于数字处理器采样更为简单，处理器无需专用ADC模块，处理器的普通IO口通过扫描计数法就可采样得出PWM占空比，通过PWM占空比与输入直流电压的比值换算，最终可得到目标直流电压的准确幅值。另外处理器采用捕获测量法采样PWM占空比更可提高本装置的测量精度。
附图说明
图1为隔离采样装置电路原理框图；
图2为隔离采样装置电路结构示意图；
图3为隔离采样装置电压变换PWM波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
如图1所示，本实施例的隔离采样装置，用于直流电压的隔离采样，其包括三角波发生单元、输入分压单元、PWM发生单元、隔离传输单元和处理器，三角波发生单元和输入分压单元分别连接PWM发生单元；PWM发生单元连接隔离传输单元，隔离传输单元连接处理器。所述各单元电路功能分别为：
1、三角波发生单元：用于产生稳定的三角波信号。
2、输入分压单元：用于把输入的高压电平转换成低压电平并滤除高频干扰。
3、PWM发生单元：用于把输入分压单元送来的低压电平与三角波发生单元送来的三角波电平进行比较切割产生随输入电压变化调整占空比的PWM电平。
4、隔离传输单元：用于把PWM发生单元产生的PWM电平隔离传输经低通滤波送至处理器。
5、处理器：通过采样PWM占空比分析计算得出输入直流电压的幅值。
如图2所示，所述的三角波发生单元为通用的稳定三角波发生器。
所述的输入分压单元是由分压电阻R6、电阻R7、电阻R8和电容C3组成；电阻R6的一端接输入采样电压，电阻R6的另一端接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电阻R8的一端、电容C3各一端和比较器U1A的2脚反相输入端，电阻R8的另一端和电容C3的另一端接地。
所述的PWM发生单元是由电阻R3、电阻R5、电容C1和比较器U1A组成；电阻R5一端接三角波发生单元的三角波信号端，电阻R5的另一端接电容C1的一端和比较器U1A的3脚正相输入端，电容C1的另一端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接比较器U1A的1脚输出端。
所述的隔离传输单元是由电阻R1、电阻R2、电阻R4、光藕U2和电容C2组成；光藕U2的2脚阴极接电阻R4的一端和比较器U1A的1脚输出端，电阻R1的一端接+15V电源，电阻R1的另一端接电阻R4的另一端和光藕U2的1脚阳极，光藕U2的4脚集电极接电阻R2的一端和电容C2的一端，电阻R2的另一端接+5V电源，光藕U2的3脚发射极接电容C2的另一端并接地。所述的处理器为普通的单片机；所述的隔离传输单元的光藕U2的4脚集电极与单片机相连。
输入直流电压Vdc经过输入分压单元限压低通滤波后，得到低压直流电平VAd，把低压直流电平VAd接入PWM发生单元的比较器U1A的负相输入端与三角波电平Vtri经输入阻抗匹配接入比较器U1A的正相输入端进行比较微分调理输出高质量的占空比与输入电压成比例的PWM电平VPWM方波信号，如图3所示，用VPWM电平接入隔离传输单元的光藕U2的阴极，经光藕U2的光电转换输出PWM电平经低通滤波产生高可靠性的PWM电平VxADPWM送至处理器，经处理器捕获单元或IO扫描计数得到PWM的占空比，经分析计算，最终得出输入直流电压的幅值。
本实用新型装置提供的隔离采样装置还可以用于直流电流隔离采样、NTC和PT100温度隔离采样。本实用新型的各单元低通滤波与微分处理提高了电路的抗干扰性，保证了电压测量的准确性与稳定性。尤其是电路采用PWM脉宽作为模拟量隔离传送更为方便，本实用新型采用的PWM占空比采样更为实用，对处理器来说无需ADC功能，采用处理器的普通IO采样扫描计数法即可满足模拟量采样变换处理。
Claims (6)
1.一种隔离采样装置，其特征在于，包括三角波发生单元、输入分压单元、PWM发生单元、隔离传输单元和处理器，三角波发生单元和输入分压单元分别连接PWM发生单元；PWM发生单元连接隔离传输单元，隔离传输单元连接处理器。
2.如权利要求1所述的隔离采样装置，其特征在于，所述的三角波发生单元为三角波发生器。
3.如权利要求1所述的隔离采样装置，其特征在于，所述的输入分压单元是由分压电阻R6、电阻R7、电阻R8和电容C3组成；电阻R6的一端接输入采样电压，电阻R6的另一端接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电阻R8的一端、电容C3各一端和比较器U1A的2脚反相输入端，电阻R8的另一端和电容C3的另一端接地。
4.如权利要求1所述的隔离采样装置，其特征在于，所述的PWM发生单元是由电阻R3、电阻R5、电容C1和比较器U1A组成；电阻R5一端接三角波发生单元的三角波信号端，电阻R5的另一端接电容C1的一端和比较器U1A的3脚正相输入端，电容C1的另一端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接比较器U1A的1脚输出端。
5.如权利要求1所述的隔离采样装置，其特征在于，所述的隔离传输单元是由电阻R1、电阻R2、电阻R4、光藕U2和电容C2组成；光藕U2的2脚阴极接电阻R4的一端和比较器U1A的1脚输出端，电阻R1的一端接+15V电源，电阻R1的另一端接电阻R4的另一端和光藕U2的1脚阳极，光藕U2的4脚集电极接电阻R2的一端和电容C2的一端，电阻R2的另一端接+5V电源，光藕U2的3脚发射极接电容C2的另一端并接地。
6.如权利要求1所述的隔离采样装置，其特征在于，所述的处理器为普通的单片机或DSP；所述的隔离传输单元的光藕U2的4脚集电极与单片机或DSP相连。
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