CN209043959U - 一种电压传感器的隔离电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压传感器的隔离电路，包括分压放大电路、2个电源转换电路和电源模块电路，分压放大电路包括TVS管、第三电阻至第十四电阻、隔离放大器、第三滤波电容至第五滤波电容、运算放大器A和运算放大器B，电源转换电路包括三端稳压器、第一电阻和第二电阻，电源模块电路包括电源模块、第一滤波电容和第二滤波电容，其一电源转换电路的输出端与隔离放大器输出端电源供电，其二电源转换电路的输出端通过电源模块，电源模块电路的输出端与隔离放大器输入端供电。该隔离电路使电压传感器体积小，线性度高，低温度系数，同时隔离放大器输入输出端使用不同的隔离电源，达到了电气隔离的目的。

Description

一种电压传感器的隔离电路

技术领域

本实用新型涉及电压传感器领域，尤其涉及一种电压传感器的隔离电路。

背景技术

常规的电压传感器一般采用以下几种方式进行模拟电压隔离，一是采用线性光耦进行隔离，由于受到温度影响，线性度和精度很难保证；第二种方法是把模拟信号变为数字信号然后再隔离数字信号的方式，数字信号最后再复原成模拟信号，这种电路对硬件的要求更高，电路更加复杂；第三种是通过霍尔磁平衡原理，传感器线圈采用双绕组形式，测试电压通过采样电阻转化成电流，电流在多匝原边绕组流动产生磁场变化，由于线圈磁环内部保持零磁通平衡，传感器内部电路在副边绕组驱动产生与原边绕组成一定匝数比例关系的电流，以产生相反的磁场与原边电流产生的磁场相互抵消，所以传感器内部安装磁环，体积一般都比较大，不利于采用印制板安装形式；部分体积较小的电压传感器，以LEM公司的LV25-P产品为例，原边测量电压可达到500V，但需要用户使用时在输入输出端外置采样电阻，增加了电路的复杂性。如何解决上述技术问题成了本领域技术人员的努力方向。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种电压传感器的隔离电路。

为了实现上述目的，本公开提供一种电压传感器的隔离电路，包括分压放大电路、2个电源转换电路和电源模块电路；

所述分压放大电路包括TVS管、第三电阻至第十四电阻、隔离放大器、第三滤波电容至第五滤波电容、运算放大器A和运算放大器B，所述分压放大电路的正极输入端分别与所述TVS管的第一端和所述第三电阻的第一端连接，所述分压放大电路的负极输入端分别与所述TVS管的第二端和所述第五电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与第四电阻、第七电阻的第一端连接至所述隔离放大器的第一脚，所述第五电阻的第二端与第六电阻、第七电阻的第二端连接至所述隔离放大器的第三脚，所述隔离放大器的第八脚接+5V次级电源，所述隔离放大器的第五脚接地，所述隔离放大器的第七脚分别与所述第五滤波电容的第一端和所述第九电阻的第一端连接，所述第五滤波电容的第二端接地，所述第九电阻的第二端分别与所述第十二电阻的第一端和所述运算放大器A的同相输入端连接，所述第十二电阻的第二端接地，所述隔离放大器的第六端与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端分别与所述第十电阻的第一端和所述运算放大器A的反相输入端连接，所述运算放大器A的正极输入端分别与+15V电压和所述第三滤波电容的第一端连接，所述第三滤波电容的第二端接地，所述运算放大器A的负极输出端分别与-15V电压和所述第四滤波电容的第一端连接，所述第四滤波电容的第二端接地，所述运算放大器A的输出端分别与所述第十电阻的第二端、所述运算放大器B的同相输入端连接，所述运算放大器B的反相输入端分别与所述第十四电阻的第一端、所述第十一电阻的第一端连接，所述第十四电阻第二端接地，所述第十一电阻的第二端与第十三电阻的第一端连接，所述运算放大器B的输出端分别与所述第十三电阻的第二端和电路的输出端连接；

所述电源转换电路包括三端稳压器、第一电阻和第二电阻，所述三端稳压器的第三脚与+15V电源连接，所述三端稳压器的第二脚与+5V输出端连接，所述第一电阻的第一端分别与所述三端稳压器的第二脚和第四脚连接，所述第二电阻的第一端分别与所述三端稳压器的第一脚和所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端接地；

所述电源模块电路包括电源模块、第一滤波电容和第二滤波电容，+5V输入端分别与所述第二滤波电容和第一端和所述电源模块的第一脚连接，接地线分别与所述第二滤波电容和所述电源模块的第四脚连接，所述电源模块的第八脚接所述第一滤波电容的第一端后输出隔离电源，所述电源模块的第五脚与所述第一滤波电容的第二端连接后输出隔离接地；

其一所述电源转换电路的+5V输出端与所述隔离放大器的次级电源连接供电，其二所述电源转换电路的+5V输出端与所述电源模块电路的+5V输入端连接，所述电源模块电路的隔离电源输出端和隔离接地输出端分别与所述分压放大电路的电源输入端连接供电。

可选地，所述第一电阻和所述第二电阻均为电压调节电阻且其型号为J-RS05K302FT，所述第三电阻至所述第六电阻均为分压电阻且其型号为J-RS05K514FT，所述第七电阻为分压电阻且其型号为J-RS05K102FT，所述第八电阻和第九电阻均为平衡电阻且其型号为J-RS05K102FT，所述第十电阻、所述第十二电阻至所述第十四电阻均为反馈电阻且其型号为J-RS05K102FT，所述第十一电阻为反馈电阻且其型号为J-RS05K302FT，所述第一滤波电容至所述第五滤波电容的型号为J-CT41-0805B104K500NT，所述隔离放大器的型号为HCPL7800，所述电源模块的型号为LT1931，所述三端稳压器的型号为LM317AEMP，所述运算放大器的型号为OP284FSZ，所述TVS管的型号为P6KE100CA。

可选地，所述第十一电阻和所述第十三电阻为可调电阻。

本实用新型的有益效果在于：

1、隔离放大器输入端加TVS管进行输入保护，隔离放大器采用电容隔离方式，具有4000V电压隔离能力，可以用来取代霍尔效应电流传感器，具有体积小，线性度高，低温度系数，同时隔离放大器输入输出端使用不同的隔离电源，达到了电气隔离的目的。

2、电源模块采用的是磁耦iCoupler隔离技术，该技术集成变压器驱动和接收电路，从而实现了光电隔离器无法比拟的性能优势,相较于传统的DC/DC电源模块，集成度更高，性能速度更高、瞬态共模抑制能力更强。

3、分压放大电路隔离放大器之后的部分电路的主要作用是把隔离放大器输出的差分信号进行差分放大和后级放大，经过信号调理，输出满足系统使用电压信号。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本实用新型所述的分压放大电路的电路图；

图2是本实用新型所述的电源转换电路的电路图；

图3是本实用新型所述的电源模块电路的电路图。

附图标记说明

R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，R7-第七电阻，R8-第八电阻，R9-第九电阻，R10-第十电阻，R11-第十一电阻，R12-第十二电阻，R13-第十三电阻，R14-第十四电阻，U1-隔离放大器，U2-电源模块，U3-三端稳压器，U4A-运算放大器A，U4B-运算放大器B,C1-第一滤波电容，C2-第二滤波电容，C3-第三滤波电容，C4-第四滤波电容，C5-第五滤波电容。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本实用新型涉及的电压传感器的隔离电路，包括分压放大电路、2个电源转换电路和电源模块电路。

如图1所示，分压放大电路包括TVS管、第三电阻R3至第十四电阻R14、隔离放大器U1、第三滤波电容C3至第五滤波电容C5、运算放大器U4A和运算放大器U4B，分压放大电路的正极输入端分别与TVS管的第一端和第三电阻R3的第一端连接，分压放大电路的负极输入端分别与TVS管的第二端和第五电阻R5的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第四电阻R4、第七电阻R7的第一端连接至隔离放大器U1的第一脚，第五电阻R5的第二端与第六电阻R6、第七电阻R7的第二端连接至隔离放大器U1的第三脚，隔离放大器U1的第八脚接+5V次级电源，隔离放大器U1的第五脚接地，隔离放大器U1的第七端分别与第五滤波电容C5的第一端和第九电阻R9的第一端连接，第五滤波电容C5的第二端接地，第九电阻R9的第二端分别与第十二电阻R12的第一端和运算放大器U4A的同相输入端连接，第十二电阻R12的第二端接地，隔离放大器U1的第六端与第八电阻R8的第一端连接，第八电阻R8的第二端分别与第十电阻R10的第一端和运算放大器U4A的反相输入端连接，运算放大器U4A的正极输入端分别与+15V电压和第三滤波电容C3的第一端连接，第三滤波电容C3的第二端接地，运算放大器U4A的负极输出端分别与-15V电压和第四滤波电容C4的第一端连接，第四滤波电容C4的第二端接地，运算放大器U4A的输出端分别与第十电阻R10的第二端、运算放大器U4B的同相输入端连接，运算放大器U4B的反相输入端分别与第十四电阻R14的第一端、第十一电阻R11的第一端连接，第十四电阻R14第二端接地，第十一电阻R11的第二端与第十三电阻R13的第一端连接，运算放大器U4B的输出端分别与第十三电阻R13的第二端和电路的输出端连接。

如图2所示，电源转换电路包括三端稳压器U3、第一电阻R1和第二电阻R2，三端稳压器U3的第三脚与+15V电源连接，三端稳压器U3的第二脚与+5V输出端连接，第一电阻R1的第一端分别与三端稳压器U3的第二脚和第四脚连接，第二电阻R2的第一端分别与三端稳压器U3的第一脚和第一电阻R1的第二端连接，第二电阻R2的第二端接地；

如图3所示，电源模块电路包括电源模块U2、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2，+5V输入端分别与第二滤波电容C2和第一端和电源模块U2的第一脚连接，接地线分别与第二滤波电容C2和电源模块U2的第四脚连接，电源模块U2的第八脚接第一滤波电容C1的第一端后输出隔离电源，电源模块U2的第五脚与第一滤波电容C1的第二端连接后输出隔离接地。

其一电源转换电路的+5V输出端与隔离放大器的次级电源连接供电，其二电源转换电路的+5V输出端与电源模块电路的+5V输入端连接，电源模块电路的隔离电源输出端和隔离接地输出端分别与分压放大电路的电源输入端连接供电。

具体地，第一电阻R1和第二电阻R2均为电压调节电阻且其型号为J-RS05K302FT，第三电阻R3至第六电阻R6均为分压电阻且其型号为J-RS05K514FT，第七电阻R7为分压电阻且其型号为J-RS05K102FT，第八电阻R8和第九电阻R9均为平衡电阻且其型号为J-RS05K102FT，第十电阻R10、第十二电阻R12和第十四电阻R14均为反馈电阻且其型号为J-RS05K102FT，第十三电阻R13为可调反馈电阻且其型号为J-RS05K102FT，第十一电阻R11为可调反馈电阻且其型号为J-RS05K302FT，第一滤波电容C1至第五滤波电容C5的型号为J-CT41-0805B104K500NT，隔离放大器U1的型号为HCPL7800，电源模块U2的型号为LT1931，三端稳压器U3的型号为LM317AEMP，运算放大器的型号为OP284FSZ，TVS管的型号为P6KE100CA。

本实用新型电压传感器的隔离电路的工作原理如下：

分压放大电路，输入差分电压分压采用小型低温漂、高精度0805封装的片式电阻进行分压，给隔离放大器U1提供合适的输入电压，输入端加一TVS管进行输入保护，隔离放大器U1对输入的差分电压信号进行隔离放大，输出一对差分信号。该隔离放大器U1采用电容隔离方式，具有4000V电压隔离能力，可以用来取代霍尔效应电流传感器，具有体积小，线性度高，低温度系数等特点。分压放大电路中隔离放大器U1以后的相关运算放大器U4A和运算放大器U4B的电路的主要作用是把隔离放大器U1输出的差分信号进行差分放大和后级放大，经过信号调理，输出满足系统使用电压信号。

由于采用的是正负电源15V供电，隔离运放输入输出端需要两路隔离电源进行隔离，电源转化电路的作用是把电源转化为两路隔离电源。+15V首先转化成+5V电源，给隔离放大器U1输出端电源供电，另外+5V通过电源模块U2产生另外一路隔离的5V电源给隔离放大器U1输入端进行供电，这样，隔离放大器U1输入输出端使用不同的隔离电源，达到了电气隔离的目的，由于电源模块U2采用的是磁耦iCoupler(数字隔离)是一种基于芯片尺寸的变压器的隔离技术，该技术集成变压器驱动和接收电路，从而实现了光电隔离器无法比拟的性能优势,相较于传统的DC/DC电源模块U2，具有以下几个优点：一是集成度更高、PCB能减少60％-70％，iCoupler磁耦产品是用薄片加工技术制造的，因此，能有效地与其他半导体功能结合起来；二是性能速度更高、瞬态共模抑制能力更强，iCoupler磁耦产品使用高速CMOS和芯片变压器，这相当于光耦中使用的发光二极管与光敏二极管，因此，它能够达到非常高性能的水平；三是功耗最少只有0.8mA,因为iCoupler磁耦产品不包含效率低的发光二极管和光敏二极管，它的功率只有光耦的2％。也因此减少了散热，改善了性能；四是简单易用，不用任何分立元件支援，iCoupler磁耦产品的性能在温度，电压和整个寿命中是极稳定的。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (3)

1.一种电压传感器的隔离电路，其特征在于:包括分压放大电路、2个电源转换电路和电源模块电路；

所述分压放大电路包括TVS管、第三电阻至第十四电阻、隔离放大器、第三滤波电容至第五滤波电容、运算放大器A和运算放大器B，所述分压放大电路的正极输入端分别与所述TVS管的第一端和所述第三电阻的第一端连接，所述分压放大电路的负极输入端分别与所述TVS管的第二端和所述第五电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与第四电阻、第七电阻的第一端连接至所述隔离放大器的第一脚，所述第五电阻的第二端与第六电阻、第七电阻的第二端连接至所述隔离放大器的第三脚，所述隔离放大器的第八脚接+5V次级电源，所述隔离放大器的第五脚接地，所述隔离放大器的第七脚分别与所述第五滤波电容的第一端和所述第九电阻的第一端连接，所述第五滤波电容的第二端接地，所述第九电阻的第二端分别与所述第十二电阻的第一端和所述运算放大器A的同相输入端连接，所述第十二电阻的第二端接地，所述隔离放大器的第六端与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端分别与所述第十电阻的第一端和所述运算放大器A的反相输入端连接，所述运算放大器A的正极输入端分别与+15V电压和所述第三滤波电容的第一端连接，所述第三滤波电容的第二端接地，所述运算放大器A的负极输出端分别与-15V电压和所述第四滤波电容的第一端连接，所述第四滤波电容的第二端接地，所述运算放大器A的输出端分别与所述第十电阻的第二端、所述运算放大器B的同相输入端连接，所述运算放大器B的反相输入端分别与所述第十四电阻的第一端、所述第十一电阻的第一端连接，所述第十四电阻第二端接地，所述第十一电阻的第二端与第十三电阻的第一端连接，所述运算放大器B的输出端分别与所述第十三电阻的第二端和电路的输出端连接；

所述电源转换电路包括三端稳压器、第一电阻和第二电阻，所述三端稳压器的第三脚与+15V电源连接，所述三端稳压器的第二脚与+5V输出端连接，所述第一电阻的第一端分别与所述三端稳压器的第二脚和第四脚连接，所述第二电阻的第一端分别与所述三端稳压器的第一脚和所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端接地；

所述电源模块电路包括电源模块、第一滤波电容和第二滤波电容，+5V输入端分别与所述第二滤波电容和第一端和所述电源模块的第一脚连接，接地线分别与所述第二滤波电容和所述电源模块的第四脚连接，所述电源模块的第八脚接所述第一滤波电容的第一端后输出隔离电源，所述电源模块的第五脚与所述第一滤波电容的第二端连接后输出隔离接地；

其一所述电源转换电路的+5V输出端与所述隔离放大器的次级电源连接供电，其二所述电源转换电路的+5V输出端与所述电源模块电路的+5V输入端连接，所述电源模块电路的隔离电源输出端和隔离接地输出端分别与所述分压放大电路的电源输入端连接供电。

2.根据权利要求1所述的一种电压传感器的隔离电路，其特征在于：所述第一电阻和所述第二电阻均为电压调节电阻且其型号为J-RS05K302FT，所述第三电阻至所述第六电阻均为分压电阻且其型号为J-RS05K514FT，所述第七电阻为分压电阻且其型号为J-RS05K102FT，所述第八电阻和第九电阻均为平衡电阻且其型号为J-RS05K102FT，所述第十电阻、所述第十二电阻至所述第十四电阻均为反馈电阻且其型号为J-RS05K102FT，所述第十一电阻为反馈电阻且其型号为J-RS05K302FT，所述第一滤波电容至所述第五滤波电容的型号为J-CT41-0805B104K500NT，所述隔离放大器的型号为HCPL7800，所述电源模块的型号为LT1931，所述三端稳压器的型号为LM317AEMP，所述运算放大器的型号为OP284FSZ，所述TVS管的型号为P6KE100CA。

3.根据权利要求1所述的一种电压传感器的隔离电路，其特征在于：所述第十一电阻和所述第十三电阻为可调电阻。