CN209070002U - 一种高精度双向直流电压隔离采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度双向直流电压隔离采集电路，包括直流电压输入电路、采样电压信号处理电路和隔离电压直流输出电路，采用限幅值、差分放大、低通滤波功能电路相结合的方式。采集电路不会因为差模电压过高而损坏；放大差模信号，抑制共模信号，有效的解决了传统采集电路共模干扰导致采集的电压值波动问题；实现模拟信号有源低通滤波处理，有效的滤除工控系统中常见的高频干扰。

Description

一种高精度双向直流电压隔离采集电路

技术领域

本实用新型涉及一种高精度双向直流电压隔离采集电路。

背景技术

国标GB_T34657.1-2017明确指出，绝缘监测前，检测到不正常的电池电压时，充电机应不允许充电。且充电机应在其输出电压比接触器外端电压低(1-10V)时闭合K1和K2。这样就对充电机电池电压检测电路提出了更高要求，不仅要保证检测精度和量程范围，还需要具有检测反向电池电压的功能，而现有的充电机电池电压检测电路并不能同时实现上述功能。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种高精度双向直流电压隔离采集电路，本实用新型通过采用限幅值、差分放大、低通滤波功能电路相结合的电路结构；采集电路不会因为差模电压过高而损坏；放大差模信号，抑制共模信号，有效的解决了传统采集电路共模干扰导致采集的电压值波动问题；实现模拟信号有源低通滤波处理，有效的滤除工控系统中常见的高频干扰。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高精度双向直流电压隔离采集电路，包括直流电压输入电路、采样电压信号处理电路和隔离电压直流输出电路，其中：

所述直流电压输入电路至少包括连接在正负输入端的压敏电阻、连接压敏电阻两端的共模电感、与共模电感串联的熔断器和采样电阻，与采样电阻连接的用于限幅的二极管，连接采样电阻的第一集成运算放大器；

所述采样电压信号处理电路，对采集的直流电压信号进行调制，处理成可控的直流正电压信号，至少包括第二集成运算放大器和第三集成运算放大器，所述第二集成运算放大器的正相输入端通过电阻与第一集成运算放大器的输出端连接，所述第三集成运算放大器的反相输入端通过若干电阻与第二集成运算放大器的输出端连接，所述第二集成运算放大器和第三集成运算放大器均连接有电容，以对相应的集成运算放大器的输入及输出电压进行滤波；

所述隔离电压直流输出电路，至少包括光电耦合器和第四集成运算放大器，所述光电耦合器的原边通过电阻与第三集成运算放大器连接，光电耦合器的副边与第四集成运算放大器连接输出可控的隔离直流正电压，实现电压隔离。

进一步的，所述共模电感的一侧接口依次串联连接熔断器、电阻R3、电阻R5和第二集成运算放大器的反相输入端；共模电感的另一侧接口依次串联连接电阻R1、电阻R2、电阻R4和第二集成运算放大器的正相输入端。

更进一步的，所述电阻R3和电阻R5之间连接有二极管D2，电阻R2和电阻R4之间连接有二极管D1，所述电阻R4与第二集成运算放大器的正相输入端之间通过电阻R6和电容CT1接地EARTH，且电容CT1跨接在地线GND_1与大地EARTH之间。

更进一步的，所述第二集成运算放大器的正相输入端与地线GND_1之间设置有滤波电容C1；所述第二集成运算放大器的反相输入端通过滤波电容C2连接至其输出端。

进一步的，所述第二集成运算放大器的正相输入端串联有电阻R8和电阻R9，电阻R8和电阻R9的连接点通过电容C3连接至第二集成运算放大器的反相输入端，所述电阻R9与第二集成运算放大器的正相输入端的连接处通过电容C5接地线GND_1。

进一步的，所述第三集成运算放大器的反相输入端通过电阻连接基准电压产生电路，所述基准电压产生电路包括集成电路，并联在集成电路接地端和电压输入端之间的电容C4、电容C6以及稳压二极管D4，以及并联在集成电路接地端和电压输出端之间的电容C7和电容C9。

进一步的，所述光电耦合器的原边通过电阻R13与第三集成运算放大器连接并引入反馈电路，光电耦合器的副边与第四集成运算放大器、电阻R14、电容C11连接输出可控的隔离直流正电压，实现电压隔离。

更进一步的，所述第四集成运算放大器的反相输入端与输出端之间并联连接电阻R14和电容C11。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型采用限幅值、差分放大、低通滤波功能电路相结合的方式。采集电路不会因为差模电压过高而损坏；放大差模信号，抑制共模信号，有效的解决了传统采集电路共模干扰导致采集的电压值波动问题；实现模拟信号有源低通滤波处理，有效的滤除工控系统中常见的高频干扰。

(2)本实用新型提到的基准电压偏置电路，通过电平移位将输入电平提高，可检测正向电压，也可以检测反向电压，在不降低采集精度的前提条件下，实现了直流电压双向采集。

(3)本实用新型输出部分采用光电隔离电路和运放电路并引入相应的反馈电路实现电压隔离，系统可靠性强，采集精度高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实施例的电路图；

图2为直流电压输入电路放大图；

图3为采样电压信号处理电路放大图；

图4为隔离电压直流输出电路放大图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，一种高精度正负双向直流电压采集电路，具体实施方式包括以下三个部分：(1)直流电压输入部分、(2)采样电压信号处理部分、(3)隔离电压直流输出部分。

具体的，直流电压输入部分，外部电压信号进入正负双向直流电压采集电路的入口。

采样电压信号处理部分，对采集的直流电压信号进行调制。

隔离电压直流输出部分，作为高精度双向直流电压采集电路的输出端口。

更为具体的：

如图2所示，直流电压输入部分，外部电压信号进入正负双向直流电压采集电路的入口，同时具有过压保护，短路保护等功能。

压敏电阻VDR1作用是过压保护，共模电感T1作用是滤除共模干扰，保险丝F1提供短路保护功能。电阻R1-R7均为采样电阻，通过电容C1、C2对采集的信号滤波。二极管D1、D2、D3在该电路中的作用是限幅值，上述器件与集成运放U1共同构成直流电压输入部分功能电路。通过电阻分压、差分放大、限幅值等方式将输入的高压直流信号同比例缩小为可控的直流低电压信号，集成运放U1采用正负双电源供电，通过差分放大的方式对直流低压信号进行采集。

Y电容CT1跨接在GND_1与大地EARTH之间，提高采集电路的抗干扰能力。

差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，主要特征是放大差模信号，抑制共模信号。

限幅值电路应用于差分放大电路入口，主要功能是防止差模信号过高，对差分放大电路输入端起到保护作用。

如图3所示，采样电压信号处理部分，对采集的直流电压信号进行调制，处理成可控的直流正电压信号。主要采用有源低通滤波、基准电压偏置等功能电路，将采集的电压信号在无衰减、无畸变的情况下直接转换成可控的直流正电压信号。

电阻R8、R9电容C3、C5与集成运放U2构成低通滤波电路。低通滤波电路是允许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波电路，在电路中起的作用是有效的滤除高频干扰。

二极管D4电容C4、C6、C7、C9与集成电路U3构成基准电压产生电路，其中二极管D4的作用是对输入电压钳位，防止因输入电压过高而损坏器件。电容C4、C6、C7、C9对集成电路U3的输入及输出电压进行滤波。基准电压产生电路主要功能是把差分放大电路输出的电压抬升，实现电平移位，抵消负压部分，通过集成运放U4输出可控的直流正向电压。

如图4所示，隔离电压直流输出部分，包括光耦PHOC1、电容C11、C12、CD1电阻R14、R15、R16和集成运放U5，共同构成隔离电压输出部分。光耦PHOC1原边通过电阻R13与集成运放U4连接并引入反馈电路，光耦PHOC1副边与集成运放U5、电阻R14、电容C11连接输出可控的隔离直流正电压，实现电压隔离。电阻R15、R16电容CD1、C12对输出电压信号进行滤波并输出。可根据输出的电压值计算出外部输入电压的具体数值及电压方向，实现双向直流电压采集。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种高精度双向直流电压隔离采集电路，其特征是：包括直流电压输入电路、采样电压信号处理电路和隔离电压直流输出电路，其中：

所述直流电压输入电路至少包括连接在正负输入端的压敏电阻、连接压敏电阻两端的共模电感、与共模电感串联的熔断器和采样电阻，与采样电阻连接的用于限幅的二极管，连接采样电阻的第一集成运算放大器；

所述采样电压信号处理电路，对采集的直流电压信号进行调制，处理成可控的直流正电压信号，至少包括第二集成运算放大器和第三集成运算放大器，所述第二集成运算放大器的正相输入端通过电阻与第一集成运算放大器的输出端连接，所述第三集成运算放大器的反相输入端通过若干电阻与第二集成运算放大器的输出端连接，所述第二集成运算放大器和第三集成运算放大器均连接有电容，以对相应的集成运算放大器的输入及输出电压进行滤波；

所述隔离电压直流输出电路，至少包括光电耦合器和第四集成运算放大器，所述光电耦合器的原边通过电阻与第三集成运算放大器连接，光电耦合器的副边与第四集成运算放大器连接输出可控的隔离直流正电压，实现电压隔离。

2.如权利要求1所述的一种高精度双向直流电压隔离采集电路，其特征是：所述共模电感的一侧接口依次串联连接熔断器、电阻R3、电阻R5和第二集成运算放大器的反相输入端；共模电感的另一侧接口依次串联连接电阻R1、电阻R2、电阻R4和第二集成运算放大器的正相输入端。

3.如权利要求2所述的一种高精度双向直流电压隔离采集电路，其特征是：所述电阻R3和电阻R5之间连接有二极管D2，电阻R2和电阻R4之间连接有二极管D1，所述电阻R4与第二集成运算放大器的正相输入端之间通过电阻R6和电容CT1接地EARTH，且电容CT1跨接在地线GND_1与大地EARTH之间。

4.如权利要求2所述的一种高精度双向直流电压隔离采集电路，其特征是：所述第二集成运算放大器的正相输入端与地线GND_1之间设置有滤波电容C1；所述第二集成运算放大器的反相输入端通过滤波电容C2连接至其输出端。

5.如权利要求1所述的一种高精度双向直流电压隔离采集电路，其特征是：所述第二集成运算放大器的正相输入端串联有电阻R8和电阻R9，电阻R8和电阻R9的连接点通过电容C3连接至第二集成运算放大器的反相输入端，所述电阻R9与第二集成运算放大器的正相输入端的连接处通过电容C5接地线GND_1。

6.如权利要求1所述的一种高精度双向直流电压隔离采集电路，其特征是：所述第三集成运算放大器的反相输入端通过电阻连接基准电压产生电路，所述基准电压产生电路包括集成电路，并联在集成电路接地端和电压输入端之间的电容C4、电容C6以及稳压二极管D4，以及并联在集成电路接地端和电压输出端之间的电容C7和电容C9。

7.如权利要求1所述的一种高精度双向直流电压隔离采集电路，其特征是：所述光电耦合器的原边通过电阻R13与第三集成运算放大器连接并引入反馈电路，光电耦合器的副边与第四集成运算放大器、电阻R14、电容C11连接输出可控的隔离直流正电压，实现电压隔离。

8.如权利要求7所述的一种高精度双向直流电压隔离采集电路，其特征是：所述第四集成运算放大器的反相输入端与输出端之间并联连接电阻R14和电容C11。