CN209356564U - 电压采集隔离电路、电源系统及电器设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电压采集隔离电路、电源系统及电器设备，所述电源系统包括电源管理电路，所述电压采集隔离电路包括分压检测电路、运放电路和光耦隔离电路，所述分压检测电路检测所述电源管理电路的输出电压，并输出相应的电压检测信号，所述运放电路将所述分压检测电路输出的电压与预设的基准电压比较，并在所述分压检测电路输出的电压大于所述基准电压时开启，以输出相应的驱动信号。所述光耦隔离电路根据所述驱动信号输出对应的电压调节信号至电源管理电路，以调节所述电源管理电路的输出电压，从而解决现有技术中电压采集隔离电路在电源管理电路的电压过高时容易损坏的技术问题。

Description

电压采集隔离电路、电源系统及电器设备

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，特别涉及电压采集隔离电路、电源系统及电器设备。

背景技术

在电源系统中，经常要用到对电压或者电流的采集形成反馈从而实现恒压或者恒流，并且实现系统的稳定性。传统的采样反方式采用的是电阻分压把输出信息反馈给到电源管理电路或者驱动芯片，此电路特点是结构简单(只需要几个阻容件)且价格低廉，但缺点是在遇到高压时采集精度误差变大(高压使电阻升温带来误差)，而且因为采集侧和输出侧之间的电流反馈或者电压反馈，使得电压采集回路具有安全隐患并且容易受到干扰。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种电压采集隔离电路，旨在解决现有技术中电压采集隔离电路在电源管理电路的电压过高时容易损坏的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种电压采集隔离电路，用于电源系统，所述电源系统包括电源管理电路，所述电压采集隔离电路包括分压检测电路、运放电路和光耦隔离电路，

所述分压检测电路，用于检测所述电源管理电路的输出电压，并输出相应的电压检测信号；

所述运放电路，用于将所述分压检测电路输出的电压与预设的基准电压比较，并在所述分压检测电路输出的电压大于所述基准电压时开启，以输出相应的驱动信号；

所述光耦隔离电路，用于根据所述驱动信号输出对应的电压调节信号至电源管理电路，以调节所述电源管理电路的输出电压。

可选地，所述分压检测电路的采集端与所述电源管理电路的输出端连接，所述分压检测电路的输出端与所述运放电路的输入端连接；所述运放电路的输出端与所述光耦隔离电路的输入端连接，所述光耦隔离电路的输出端与所述电源管理电路的反馈端连接。

可选地，所述分压检测电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端为分压检测电路的采集端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第一电阻与所述第二电阻的连接节点为所述分压检测电路的输出端，所述第二电阻的第二端接地。

可选地，所述运放电路包括第一运算放大器、第一二极管、第二二极管、第一三极管和可调分流基准源，所述第一运算放大器的正向输入端和所述第一二极管的阳极连接，所述第一运算放大器和所述第一二极管的连接节点为所述运放电路的输入端，所述第一运算放大器的反端输入端与所述可调分流基准源的第一端连接，所述第一运算放大器的放大器的输出端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的集电极、所述第一二极管的阴极及所述第二二极管的阴极互联，所述第一二极管和所述第二二极管的连接节点为所述运放电路的输出端，所述第一三极管的发射极、所述述第二二极管的阳极及所述可调分流基准源的第二端接地。

可选地，所述光耦隔离电路包括光控晶闸管和发光二极管，所述发光二极管的阳极与第一电源连接，所述发光二极管的阴极为所述光耦隔离电路的输入端；所述光控晶闸管的集电极与第二电源连接，所述光控晶闸管的发射极为所述光耦隔离电路的输出端。

可选地，所述光耦隔离电路还包括第一限流电路，所述第一限流电路的输入端、所述所述光耦隔离电路的输出端及所述电源管理电路的反馈端连接，所述第一限流电路的输出端接地。

可选地，所述第一限流电路包括第三电阻，所述第三电阻的第一端为所述第一限流电路的输入端，所述第三电阻的第二端为所述第一限流电路的输出端。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种电源系统，包括电源管理电路及如上所述的电压采集隔离电路。

可选地，所述电源管理电路包括主电路及电源芯片，所述电压采集隔离电路的输入端与所述主电路的采样端连接，所述电压采集隔离电路的输出端与所述电源芯片的反馈脚连接，所述电源芯片的输出端与所述主电路的受控端连接。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种电器设备，包括电源系统。

本实用新型通过在电压采集隔离电路设置分压检测电路、运放电路和光耦隔离电路。其中，所述分压检测电路检测所述电源管理电路的输出电压，并根据电源管理电路的输出电压的大小输出相应的电压检测信号，使得此时的电压检测信号精确的反应电源管理电路的输出电压的变化。所述运放电路将所述分压检测电路输出的电压与预设的基准电压比较，此时预设的基准电压根据需要调节的电源管理电路的输出电压的范围决定，并在所述分压检测电路输出的电压大于所述基准电压时开启，以输出相应的驱动信号。此时，驱动信号代表不同的电压值。随后，光耦隔离电路将电源管理电路与分压检测电路隔离开来，从而可以解决了现有的电压采集隔离电路在电源管理电路的电压过高时容易损坏的问题。同时，所述光耦隔离电路根据所述驱动信号输出对应的电压调节信号至电源管理电路，以调节所述电源管理电路的输出电压。从而可以在保证电压采集隔离电路正常工作的同时，提高抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电压采集隔离电路的模块示意图；

图2为本实用新型电压采集隔离电路的电路示意图；

图3为本实用新型电源系统的模块示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种电压采集隔离电路，用于解决现有电压采集隔离电路在电源管理电路的电压过高时容易损坏的技术问题。

为实现上述目的，如图1所示，本实用新型提出一种电压采集隔离电路，用于电源系统，电源系统包括电源管理电路101，电压采集隔离电路包括分压检测电路102、运放电路103和光耦隔离电路104，分压检测电路102的采集端Vout与电源管理电路101的输出端连接，分压检测电路102的输出端与运放电路103的输入端连接。运放电路103的输出端与光耦隔离电路104的输入端连接，光耦隔离电路104的输出端与电源管理电路101的反馈端连接。

其中，分压检测电路102检测电源管理电路101的输出电压，并根据电源管理电路101的输出电压的大小输出相应的电压检测信号，使得此时的电压检测信号精确的反应电源管理电路101的输出电压的变化。运放电路103将分压检测电路102输出的电压与预设的基准电压比较，此时预设的基准电压根据需要调节的电源管理电路101的输出电压的范围决定，并在分压检测电路102输出的电压大于基准电压时开启，以输出相应的驱动信号。此时，驱动信号代表不同的电压值，包括了分压检测电路102输出的电压过大和过小的情况，分别对应不同的电压值，从而方便后续调节。随后，光耦隔离电路104根据驱动信号输出对应的电压调节信号至电源管理电路101，以调节电源管理电路101的输出电压，实现稳压。此时，光耦隔离电路104将电源管理电路101与分压检测电路102隔离开来，从而可以解决了现有的电压采集隔离电路在电源管理电路101的电压过高时容易损坏的问题。同时，从而可以在保证电压采集隔离电路正常工作的同时，提高抗干扰能力。同时由于运放电路103和光耦隔离电路104的两者综合设置，再加上光耦隔离电路104的隔离效果，可以降低分压检测电路102温度升高时对后续电路的影响，由此可以提高检测的精度。

可选地，如图2所示，分压检测电路102包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端为分压检测电路102的采集端Vout，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，第一电阻R1与第二电阻R2的连接节点为分压检测电路102的输出端，第二电阻R2的第二端接地。

其中，第一电阻R1和第二电阻R2将分压检测电路102的采集端Vout采集的电源管理电路101的输出电压进行分压，即将电源管理电路101的输出电压进行衰减后输出。从而将输入到后续电路的电压控制在电路可以处理的电压范围内，从而保护到电压采集隔离电路。此处的第一电阻R1和第二电阻R2的阻值不做限定，根据实际需要选择即可。值得注意的时，分压检测电路102还可以在第一电阻R1和第二电阻R2增加，数量并不局限。

可选地，运放电路103包括第一运算放大器U1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一三极管Q1和可调分流基准源VREF，第一运算放大器U1的正向输入端和第一二极管D1的阳极连接，第一运算放大器U1和第一二极管D1的连接节点为运放电路103的输入端，第一运算放大器U1的反端输入端与可调分流基准源VREF的第一端连接，第一运算放大器U1的放大器的输出端与第一三极管Q1的基极连接。第一三极管Q1的集电极、第一二极管D1的阴极及第二二极管D2的阴极互联，第一二极管D1和第二二极管D2的连接节点为运放电路103的输出端，第一三极管Q1的发射极、述第二二极管D2的阳极及可调分流基准源VREF的第二端接地。

其中，当第一运算放大器U1的正向输入端输入的电压大于可调分流基准源VREF提供的电压时，第一运算放大器U1才会输出可以使得第一三极管Q1导通的电压，此时，第一三极管Q1才有电流通过，随着第一运算放大器U1的正向输入端输入的电压的微小变化，第一运算放大器U1输出的电压也会随之变化，从而使得第一三极管Q1的电流也随之变化，此时，通过设置第一运算放大器U1可以判断此时的电压是否需要调节，若不需要调节，则第一运算放大器U1输出使得第一三极管Q1截止的电压，此时，由于第一运算放大器U1和第一三极管Q1的共同作用，在保证可以对应输出驱动信号可以对应电压检测信号时，还能进一步地提高检测的准确性，同时还可以增大检测的范围。

可选地，光耦隔离电路104包括光控晶闸管Q2和发光二极管D3，发光二极管D3的阳极与第一电源V1连接，发光二极管D3的阴极为光耦隔离电路104的输入端；光控晶闸管Q2的集电极与第二电源V2连接，光控晶闸管Q2的发射极为光耦隔离电路104的输出端。

其中，当驱动信号输出至光耦隔离电路104的发光二极管D3，从而可以驱动发光二极管D3发出一定波长的光以此来触发光控晶闸管Q2，另外，发光二极管D3的负极与第一三极管Q1的集电极连接，由此，发光二极管D3和第一三极管Q1形成了串联支路，所以此时，第一三极管Q1的电流的变化等于发光二极管D3的电流的变化。光控晶闸管Q2和发光二极管D3之间存在电流传输比CTR(发光二极管D3的电流和光敏三极管的电流比最小值)，从而在发光二极管D3变化时，光控晶闸管Q2的电流也会随之变化，从而可以将此时对应的电压变化输出至电源芯片Power IC进行反馈调节。此时，由于光控晶闸管Q2和发光二极管D3的存在，两者之间通过光电转化实现信息传递。从而可以使得电压采集隔离电路的输入端与输入端隔离开来，实现分压检测电路102与电源芯片Power IC的电气隔离，提高电压采集隔离电路的精确度与抗干扰能力，使得电源管理电路101的输出端输出的电压不会受到分压检测电路102输入故障的影响。可选的，发光二极管D3为光耦发光二极管。光控晶闸管Q2和发光二极管D3组成光耦器件U2。

可选地，光耦隔离电路104还包括第一限流电路105，第一限流电路105的输入端、光耦隔离电路104的输出端及电源管理电路101的反馈端连接，第一限流电路105的输出端接地。

其中，第一限流电路105将光耦隔离电路104输出电压进行降压处理，从而进一步降低输出至电压调节信号的电压值，提高整个系统的安全性。

可选地，第一限流电路105包括第三电阻R3，第三电阻R3的第一端为第一限流电路105的输入端，第三电阻R3的第二端为第一限流电路105的输出端。

其中，当第一限流电路105采用电阻时，可以进一步简化隔离电路的组成，降低成本。此时第三电阻R3为限流电阻，光耦隔离电路104输出至限流电阻会产生压降，此时的压降反馈至电源芯片Power IC的反馈脚，电源芯片Power IC内部再进行调整，从而实现稳压。

可选地，在光耦隔离电路104与第一电源V1的连接节点设置一稳压电阻R4，稳定第一电源V1输出至光耦隔离电路104的电压。

以下结合图1/2/3对本实用新型的原理进行说明:

当第一运算放大器U1的正向输入端输入的电压大于可调分流基准源VREF提供的电压时，第一运算放大器U1才会输出可以使得第一三极管Q1导通的电压，此时，第一三极管Q1才有电流通过，随着第一运算放大器U1的正向输入端输入的电压的微小变化，第一运算放大器U1输出的电压也会随之变化，从而使得第一三极管Q1的电流也随之变化，此时，通过设置第一运算放大器U1可以判断此时的电压是否需要调节，若不需要调节，则第一运算放大器U1输出使得第一三极管Q1截止的电压，此时，由于第一运算放大器U1和第一三极管Q1的共同作用，在保证可以对应输出驱动信号可以对应电压检测信号时，还能进一步地提高检测的准确性，同时还可以增大检测的范围。

当驱动信号输出至光耦隔离电路104的发光二极管D3，从而可以驱动发光二极管D3发出一定波长的光以此来触发光控晶闸管Q2，另外，发光二极管D3的负极与第一三极管Q1的集电极连接，由此，发光二极管D3和第一三极管Q1形成了串联支路，所以此时，第一三极管Q1的电流的变化等于发光二极管D3的电流的变化。光控晶闸管Q2和发光二极管D3之间存在电流传输比CTR(发光二极管D3的电流和光敏三极管的电流比最小值)，从而在发光二极管D3变化时，光控晶闸管Q2的电流也会随之变化，从而可以将此时对应的电压变化输出至电源芯片Power IC进行反馈调节，实现稳压。此时，由于光控晶闸管Q2和发光二极管D3的存在，两者之间通过光电转化实现信息传递。从而可以使得分压检测电路102和电源芯片Power IC隔离开来，实现分压检测电路102和电源芯片Power IC的电气隔离。也将电压采集隔离电路的输入端与输出端之间进行电气隔离。此时利用光耦隔离电路104实现电信号的隔离，此时的电压采集隔离电路具有电路结构简单、精度高、抗干扰能力强、体积小以及成本低等优势，既可以保护输出端电路免受输入端故障的影响，还能提供强抗干扰能力。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种电源系统，包括电源管理电路101及如上的电压采集隔离电路。

值得注意的是，因为本实用新型电源系统包含了上述电压采集隔离电路的全部实施例，因此本实用新型电源系统具有上述电压采集隔离电路的所有有益效果，此处不再赘述。

可选地，如图3所示，电源管理电路101包括主电路及电源芯片Power IC，电压采集隔离电路的输入端与主电路的采样端连接，电压采集隔离电路的输出端与电源芯片PowerIC的反馈脚连接，电源芯片Power IC的输出端与主电路的受控端连接。

其中，主电路可以为DCDC电路或者LDO调整分压管，具体原理如下，当主电路为DCDC电路，若输入电压增大，输出电压增大导致了电压检测信号增大，从而使得第一运算放大器U1的输入增大，第一运算放大器U1输出增大导致第一三极管Q1电流增大，同样串联的发光二极管D3电流也会增大，根据光耦的电流传输比特性，光控晶闸管Q2电流也会增大，从而限流电阻压降也增加，驱动信号进入到电源芯片Power IC的反馈脚进行内部调节，从而降低PWM控制信号，实现稳压，反之同理。

当主电路为LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)时，采样反馈过程如上所述，区别在于电源芯片Power IC调节的是分压管，从而实现稳压。

此时，利用光耦隔离电路104实现电信号的隔离，此时的电压采集隔离电路具有电路结构简单、精度高、抗干扰能力强、体积小以及成本低等优势，既可以保护电压采集隔离电路的输出端电路免受电压采集隔离电路的输入端故障的影响，还能提供强抗干扰能力。提别是在在大功率的如DC-AC逆变器(输出交流220V)、AC-DC等产品中，隔离有利于保护电源芯片Power IC驱动的驱动小信号电路，避免主电路等大功率主干路影响到驱动电路。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种电器设备，包括电源系统。

值得注意的是，因为本实用新型电器设备包含了电源系统的全部实施例，因此本实用新型电器设备具有电源系统的所有有益效果，此处不再赘述。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电压采集隔离电路，用于电源系统，所述电源系统包括电源管理电路，其特征在于，所述电压采集隔离电路包括分压检测电路、运放电路和光耦隔离电路，所述分压检测电路的采集端与所述电源管理电路的输出端连接，所述分压检测电路的输出端与所述运放电路的输入端连接；所述运放电路的输出端与所述光耦隔离电路的输入端连接，所述光耦隔离电路的输出端与所述电源管理电路的反馈端连接；

所述分压检测电路，用于检测所述电源管理电路的输出电压，并输出相应的电压检测信号；

所述运放电路，用于将所述分压检测电路输出的电压与预设的基准电压比较，并在所述分压检测电路输出的电压大于所述基准电压时开启，以输出相应的驱动信号；

所述光耦隔离电路，用于根据所述驱动信号输出对应的电压调节信号至电源管理电路，以调节所述电源管理电路的输出电压。

2.如权利要求1所述的电压采集隔离电路，其特征在于，所述分压检测电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端为分压检测电路的采集端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第一电阻与所述第二电阻的连接节点为所述分压检测电路的输出端，所述第二电阻的第二端接地。

3.如权利要求1所述的电压采集隔离电路，其特征在于，所述运放电路包括第一运算放大器、第一二极管、第二二极管、第一三极管和可调分流基准源，所述第一运算放大器的正向输入端和所述第一二极管的阳极连接，所述第一运算放大器和所述第一二极管的连接节点为所述运放电路的输入端，所述第一运算放大器的反端输入端与所述可调分流基准源的第一端连接，所述第一运算放大器的放大器的输出端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的集电极、所述第一二极管的阴极及所述第二二极管的阴极互联，所述第一二极管和所述第二二极管的连接节点为所述运放电路的输出端，所述第一三极管的发射极、所述述第二二极管的阳极及所述可调分流基准源的第二端接地。

4.如权利要求1所述的电压采集隔离电路，其特征在于，所述光耦隔离电路包括光控晶闸管和发光二极管，所述发光二极管的阳极与第一电源连接，所述发光二极管的阴极为所述光耦隔离电路的输入端；所述光控晶闸管的集电极与第二电源连接，所述光控晶闸管的发射极为所述光耦隔离电路的输出端。

5.如权利要求1-4任一项所述的电压采集隔离电路，其特征在于，所述光耦隔离电路还包括第一限流电路，所述第一限流电路的输入端、所述光耦隔离电路的输出端及所述电源管理电路的反馈端连接，所述第一限流电路的输出端接地。

6.如权利要求5所述的电压采集隔离电路，其特征在于，所述第一限流电路包括第三电阻，所述第三电阻的第一端为所述第一限流电路的输入端，所述第三电阻的第二端为所述第一限流电路的输出端。

7.一种电源系统，其特征在于，包括电源管理电路及如权利要求1-6任一项所述的电压采集隔离电路。

8.如权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述电源管理电路包括主电路及电源芯片，所述电压采集隔离电路的输入端与所述主电路的采样端连接，所述电压采集隔离电路的输出端与所述电源芯片的反馈脚连接，所述电源芯片的输出端与所述主电路的受控端连接。

9.一种电器设备，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的电源系统。