CN209767526U - 一种具有隔离电压检测功能的微波收发前端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有隔离电压检测功能的微波收发前端，涉及微波技术领域，本申请可以通过电压检测单元对微波收发前端的隔离电源电压进行实时监测，电压回报及时，控制单元响应迅速，防止外部输入电源欠压、断开等导致射频单元无法正常工作，可迅速定位输入电源的故障；电压检测单元基于线性光耦构建，线性光耦的电气隔离度高、成本低，电压检测单元不仅能够实现隔离电源电压的高精度检测，而且与控制单元和射频单元完全隔离，有效地解决了输入电源与控制单元、射频单元之间的电气隔离问题，该电路结构简单、稳定性好、成本低、检测精度高，可满足各类输入电源隔离的微波收发前端电压实时检测的实际需要。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波技术领域，尤其是一种具有隔离电压检测功能的微波收发前端。
背景技术
在微波射频系统中，为了考虑电磁兼容，防止外界的各种干扰，减少电源对射频信号带来的杂散等，必须将输入电源与射频单元进行电气隔离，随着电力电子技术的发展，隔离型DC-DC电源模块被大量地使用到射频电源模块中。但在使用过程中，若输入电源出现突然断开或电压降低等状况，则会使射频单元无法正常工作。
实用新型内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种具有隔离电压检测功能的微波收发前端，可以对微波收发前端的隔离电源进行实时检测，防止外部输入电源欠压、断开等导致射频单元无法正常工作，可迅速定位输入电源的故障。
本实用新型的技术方案如下：
一种具有隔离电压检测功能的微波收发前端，包括依次相连的输入电源、隔离电源、EMI滤波器和射频单元，该微波收发前端还包括电压检测单元、AD转换单元和控制单元，电压检测单元包括第一运算放大器、线性光耦和第二运算放大器，第一运算放大器的反相输入端连接输入电源、同相输入端连接第一参考地、输出端连接线性光耦的输入端，线性光耦的输出端连接第二运算放大器的同相输入端和反相输入端，第二运算放大器的同相输入端连接第二参考地，第一运算放大器的供电电压与输入电源为同一个第一参考地，第二运算放大器的供电电压与控制单元为同一个第二参考地，且第一参考地和第二参考地电气独立；第二运算放大器的输出端连接AD转换单元的输入端，AD转换单元的输出端连接控制单元。
其进一步的技术方案为，第一运算放大器的反相输入端和输出端之间连接有第一电容；第二运算放大器的反相输入端和输出端之间连接有第二电容和第三电阻构成的低通滤波器。
其进一步的技术方案为，线性光耦采用型号为HCNR200-300E的线性光耦，线性光耦包括一个发光二极管、一个反馈光电二极管和一个输出光电二极管，发光二极管的阴极作为线性光耦的输入端连接第一运算放大器的输出端、阳极连接第一运算放大器的供电电压，输出光电二极管的阴极作为线性光耦的一个输出端连接第二运算放大器的反相输入端、阳极作为线性光耦的另一个输出端连接第二运算放大器的同相输入端且连接第二参考地，反馈光电二极管的阴极作为线性光耦的反馈端连接第一运算放大器的反相输入端、阳极连接第一参考地。
其进一步的技术方案为，第一运算放大器和第二运算放大器分别采用LM2904M运算放大器。
其进一步的技术方案为，微波收发前端还包括显示器，显示器通过串行总线与控制单元相连，串行总线包括但不限于RS485总线和RS422总线。
本实用新型的有益技术效果是：
本申请公开了一种具有隔离电压检测功能的微波收发前端，可以通过电压检测单元对微波收发前端的隔离电源电压进行实时监测，电压回报及时，控制单元响应迅速，防止外部输入电源欠压、断开等导致射频单元无法正常工作，可迅速定位输入电源的故障；电压检测单元基于线性光耦构建，电路结构简单、易于实施和维护，且线性光耦的电气隔离度高、成本低，电压检测单元不仅能够实现隔离电源电压的高精度检测，而且与控制单元和射频单元完全隔离，不会将外部电磁干扰耦合到射频单元和控制单元中，有效地解决了输入电源与控制单元、射频单元之间的电气隔离问题，具有很强的抗干扰能力且有利于提高微波射频系统的电磁兼容性。该电路结构简单、稳定性好、成本低、检测精度高，可满足各类输入电源隔离的微波收发前端电压实时检测的实际需要。
附图说明
图1是本申请公开的微波收发前端的电路结构图。
图2是本申请中的电压检测单元的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种具有隔离电压检测功能的微波收发前端，请参考图1，射频电源模块部分的电路结构与常规相同，包括依次相连的输入电源、隔离电源、EMI滤波器和射频单元，外部电源输入后经过隔离电源的转换，再经过EMI滤波器滤波后给射频单元供电。除此之外，该微波收发前端还包括电压检测单元、AD转换单元和控制单元，电压检测单元位于输入电源之后、隔离电源之前，实现前后隔离电压的检测，电压检测单元的输出端依次连接AD转换单元和控制单元，AD转换单元可以由现有市售的AD转换器实现，控制单元可以由FPGA实现。电压检测单元检测到的电压经过AD转换单元的转换为对应的数字信号然后输出给控制单元。另外，该微波收发前端通常还包括显示器，显示器通过串行总线与控制单元相连，则控制单元对接收到的数字信号进行处理后可以在显示器上进行实时显示，可视性更好，显示器与控制单元之间的连接方式包括但不限于RS485总线和RS422总线。
本申请中的电压检测单元的电路图请参考图2，电压检测单元包括第一运算放大器U1、线性光耦U2和第二运算放大器U3，本申请中，第一运算放大器U1和第二运算放大器U3分别采用LM2904M运算放大器，线性光耦U2采用HCNR200-300E线性光耦。第一运算放大器U1的反相输入端通过电阻R1连接输入电源Vin、同相输入端连接第一参考地GND1、输出端通过电阻R2连接线性光耦U2的输入端，第一运算放大器U1用于稳定输入极电流，限制线性光耦U2中发光二极管的电流，第一运算放大器U1的反相输入端和输出端之间连接有第一电容C1，电容C1用于滤除电路中的毛刺，防止电路产生振荡冲击损坏线性光耦U2。
线性光耦U2包括一个发光二极管D1、一个反馈光电二极管D2和一个输出光电二极管D3。发光二极管D1的阴极(1引脚)作为线性光耦U2的输入端连接第一运算放大器U1的输出端、阳极(2引脚)连接第一运算放大器U1的供电电压VCC1。输出光电二极管D3的阴极(6引脚)作为线性光耦U2的一个输出端连接第二运算放大器U3的反相输入端、阳极(5引脚)作为线性光耦U2的另一个输出端连接第二运算放大器U3的同相输入端且连接第二参考地GND2。反馈光电二极管D2的阴极(3引脚)作为线性光耦U2的反馈端连接第一运算放大器U1的反相输入端、阳极(4引脚)连接第一参考地GND1。发光二极管D1两端的输入电源的电压信号Vin转化电流信号IF，当电流IF流过发光二极管D1时，发光二极管D1发出的光被耦合到反馈光电二极管D2和输出光电二极管D3，反馈光电二极管D2因此产生控制电流IPD1，该控制电流IPD1反馈到第一运算放大器U1的反向输入端以对输入到线性光耦U2的信号进行反馈控制。同时，输出光电二极管D3因此产生输出电流IPD2，该输出电流IPD2输出给第二运算放大器U3。第二运算放大器U3用于将电流信号IPD2转换为电压信号并输出给后续的AD转换单元。第二运算放大器U3的反相输入端和输出端之间连接有第二电容C2和第三电阻R3构成的低通滤波器，该低通滤波器可以滤除线性光耦U2带来的高频噪声。在上述电路中，第一运算放大器U1的供电电压VCC1与输入电源为同一个第一参考地GND1，第二运算放大器U3的供电电压VCC2与控制单元为同一个第二参考地GND2，且第一参考地GND1和第二参考地GND2电气独立。
上述电路中各项参数计算以输入电源输入的电压Vin＝0～28V，且第一运算放大器U1和第二运算放大器U3均为单电源+5V供电为例，也即VCC1＝VCC2＝5V。对于HCNR200-300E线性光耦U2，当电流IF流过发光二极管D1时，反馈光电二极管D2因此产生的控制电流IPD1以及输出光电二极管D3因此产生的输出电流IPD2基本与电流IF成线性关系，线性系数分别记为K1和K2，即K1＝IPD1/IF，K2＝IPD2/IF。对于HCNR200-300E线性光耦，线性光耦的传输增益：K3＝K2/K1＝IPD2/IPD1＝1。VCC1＝5V、Vin＝0～28V，输出等于输入，则参数确定过程如下：
1)确定IF：HCNR200-300E是电流驱动型，K1＝0.5，其发光二极管D1的工作电流要求为10mA，因而，此处取IF＝10mA。
2)确定R2：R2＝VCC1/IF＝5V/10mA＝500Ω。
3)确定R1：R1＝Vin/IPD1＝Vin/(K1×IF)＝28/(0.5％*10-2)＝560KΩ。
4)确定R3：R3＝R1＝560KΩ，根据工程经验，减小R3的值可提高电压检测精度。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有隔离电压检测功能的微波收发前端，包括依次相连的输入电源、隔离电源、EMI滤波器和射频单元，其特征在于，所述微波收发前端还包括电压检测单元、AD转换单元和控制单元，所述电压检测单元包括第一运算放大器、线性光耦和第二运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端连接所述输入电源、同相输入端连接第一参考地、输出端连接所述线性光耦的输入端，所述线性光耦的输出端连接所述第二运算放大器的同相输入端和反相输入端，所述第二运算放大器的同相输入端连接第二参考地，所述第一运算放大器的供电电压与所述输入电源为同一个所述第一参考地，所述第二运算放大器的供电电压与所述控制单元为同一个所述第二参考地，且所述第一参考地和所述第二参考地电气独立；所述第二运算放大器的输出端连接所述AD转换单元的输入端，所述AD转换单元的输出端连接所述控制单元。
2.根据权利要求1所述的微波收发前端，其特征在于，所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间连接有第一电容；所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间连接有第二电容和第三电阻构成的低通滤波器。
3.根据权利要求1所述的微波收发前端，其特征在于，所述线性光耦采用型号为HCNR200-300E的线性光耦，所述线性光耦包括一个发光二极管、一个反馈光电二极管和一个输出光电二极管，所述发光二极管的阴极作为所述线性光耦的输入端连接所述第一运算放大器的输出端、阳极连接所述第一运算放大器的供电电压，所述输出光电二极管的阴极作为所述线性光耦的一个输出端连接所述第二运算放大器的反相输入端、阳极作为所述线性光耦的另一个输出端连接所述第二运算放大器的同相输入端且连接所述第二参考地，所述反馈光电二极管的阴极作为所述线性光耦的反馈端连接所述第一运算放大器的反相输入端、阳极连接所述第一参考地。
4.根据权利要求1所述的微波收发前端，其特征在于，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器分别采用LM2904M运算放大器。
5.根据权利要求1-4任一所述的微波收发前端，其特征在于，所述微波收发前端还包括显示器，所述显示器通过串行总线与所述控制单元相连，所述串行总线包括但不限于RS485总线和RS422总线。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113466654A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-10-01 | 中国电子科技集团公司第四十三研究所 | 一种线性光隔离放大器的隔离电压的检测方法 |
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2019
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