CN209946260U - 一种改进型信号采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种改进型信号采样电路，通过设置光耦隔离器，可以对电压采集电路和单片机进行电隔离，防止尖峰电压损坏电压采集电路和单片机，由于光耦隔离器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦隔离器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，光耦隔离器作为终端隔离元件，可以大大提高信噪比以及大大增加系统的可靠性；通过设置第一电压跟随器用作缓冲级或隔离级，可以提高输入阻抗，降低输出阻抗；通过设置钳位保护电路，对输入电压信号起到限幅保护作用，同时保证有用信号不失真，并起到过载保护的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子领域，尤其涉及一种改进型信号采样电路。
背景技术
基于DSPIC33FJ128MC506单片机的船舶设备监测及健康管理系统，通过模拟不同的工作环境，对某型驱动器的电压、电流信号进行采集，并通过软件建模和分析，从而判断驱动器的运行健康状况。于是，设计了针对某型型驱动器工作过程中的信号采样电路，而实际操作中，信号采样电路的输入信号(IN)在驱动器中直接耦合等情况下，可能产生的尖峰电压，而此电压会导致信号采样失真，最终导致单片机输出错误的控制信号，单片机的输出控制信号失控会损坏船用设备，因为，为解决上述问题，本实用新型提供一种改进型信号采样电路，可以避免尖峰电压对电压信号采样电路造成的影响。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种改进型信号采样电路，可以避免尖峰电压对电压信号采样电路造成的影响。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种改进型信号采样电路，其包括电压采集电路，还包括顺次电性连接的光耦隔离器、第一电压跟随器和钳位保护电路；
电压采集电路与光耦隔离器电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，电压采集电路包括顺次电性连接的分压电路、第二电压跟随器和滤波器；
滤波器与光耦隔离器电性连接。
进一步优选的，分压电路包括：电阻R1-R3和电容C1；
电阻R1的一端为电压采集电路的输入端，输入待采集电压信号，电阻R1 的另一端分别与电阻R2的一端、电容C1的一端和电阻R3的一端电性连接，电阻R2的另一端、电容C1的另一端和电阻R3的另一端均接地。
进一步优选的，第二电压跟随器包括电阻R4-R7和运算放大器LTC2051；
电阻R4的一端与电阻R3的一端电性连接，电阻R4的另一端与分别与电阻R5的一端和运算放大器LTC2051的反相输入端电性连接，电阻R5的另一端与电源电性连接，电阻R6的一端与电阻R3的另一端电性连接，电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端和运算放大器LTC2051的同向输入端电性连接，电阻R7的另一端与运算放大器LTC2051的输出端电性连接。
进一步优选的，滤波器包括电阻R8和电容C2；
电阻R8的一端与运算放大器LTC2051的输出端电性连接，电阻R8的另一端通过电容C2接地。
进一步优选的，光耦隔离器包括光耦521-4、电阻R19和电阻R19；
光耦521-4的引脚1与电阻R8的另一端电性连接，光耦521-4的2引脚通过电阻R18接地，光耦521-4的3引脚通过电阻R19接地，光耦521-4的4 引脚与电源电性连接。
进一步优选的，第一电压跟随器包括电阻R20、电阻R9和运算放大器 LTC2051；
电阻R20的一端与光耦521-4的2引脚电性连接，电阻R20的另一端与运算放大器LTC2051的同向输入端电性连接，运算放大器LTC2051的反向输入端与运算放大器LTC2051的输出端电性连接，运算放大器LTC2051的输出端通过电阻R9与钳位保护电路电性连接。
进一步优选的，钳位保护电路包括二极管D1、二极管D2和电容C3；
二极管D1的负极与电源电性连接，二极管D1的正极与二极管D2负极电性连接，二极管D2的正极接地，运算放大器LTC2051的输出端通过电阻R9与二极管D1的正极电性连接，电容C3并联在二极管D2的两端。
进一步优选的，还包括DSPIC33FJ128MC506单片机；
二极管D1的正极与DSPIC33FJ128MC506单片机的AD采用端口AN8。
本实用新型的一种改进型信号采样电路相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置光耦隔离器，可以对电压采集电路和单片机进行电隔离，防止尖峰电压损坏电压采集电路和单片机，由于光耦隔离器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦隔离器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，光耦隔离器作为终端隔离元件，可以大大提高信噪比以及大大增加系统的可靠性；
(2)通过设置第一电压跟随器用作缓冲级或隔离级，可以提高输入阻抗，降低输出阻抗；
(3)通过设置钳位保护电路，对输入电压信号(V_IN)起到限幅保护作用，同时保证有用信号不失真，并起到过载保护的作用；
(4)整个电路可以避免尖峰电压对电压信号采样电路造成的影响，进而提高电路的稳定性。
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获得其他的附图。
图1为本实用新型一种改进型信号采样电路的结构图；
图2为本实用新型一种改进型信号采样电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种改进型信号采样电路，其包括电压采集电路、DSPIC33FJ128MC506单片机，以及顺次电性连接的光耦隔离器、第一电压跟随器和钳位保护电路，其中，电压采集电路包括顺次电性连接的分压电路、第二电压跟随器和滤波器。
DSPIC33FJ128MC506单片机是船舶设备监测及健康管理系统的处理器，负责监测船舶设备的各项性能参数，在本实施例中，只介绍DSPIC33FJ128MC506 单片机采集电压和电流信号的作用，并且DSPIC33FJ128MC506单片机内置A/D 转换器，因此，本实施例不具体详谈DSPIC33FJ128MC506单片机以及其A/D 转换器的详细内容。
电压采集电路，采集驱动器的电压信号，对输入的电压信号进行分压、放大和滤波处理。在本实施例中，电压采集电路包括顺次电性连接的分压电路、第二电压跟随器和滤波器。
分压电路包括：电阻R1-R3和电容C1；在本实施例中，具体的连接方式为：电阻R1的一端为电压采集电路的输入端，输入待采集电压信号，电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、电容C1的一端和电阻R3的一端电性连接，电阻 R2的另一端、电容C1的另一端和电阻R3的另一端均接地。其中，当输入电压信号(V_IN)进入分压电路时，电阻R1、R2和R3起分压和采集作用，电容 C1起隔离作用。需要注意的是，本实用新型的电阻电容参数和性能可以自由选择，在本实施例中，电阻R1的阻值为27K，电阻R2的阻值为2K，电阻R3的阻值为10K，电容C1的容值为104uF。
第二电压跟随器，对分压后的输入电压信号(V_IN)进行放大处理。在本事实例中，第二电压跟随器包括电阻R4-R7和运算放大器LTC2051；具体的连接方式为：电阻R4的一端与电阻R3的一端电性连接，电阻R4的另一端与分别与电阻R5的一端和运算放大器LTC2051的反相输入端电性连接，电阻R5的另一端与电源电性连接，电阻R6的一端与电阻R3的另一端电性连接，电阻R6 的另一端分别与电阻R7的一端和运算放大器LTC2051的同向输入端电性连接，电阻R7的另一端与运算放大器LTC2051的输出端电性连接。其中，电阻R4、电阻R6和运算放大器LTC2051组成差分跟随运放电路，对输入电压信号(V_IN) 进行放大。需要注意的是，本实用新型的电阻电容参数和性能可以自由选择，在本实施例中，电阻R4-R7的阻值均为10K。
滤波器，滤除经第二电压跟随器放大后信号中的干扰信号。在本实施例中，滤波器为RC低通滤波器，并且电阻和电容的参数和性能可以自由选择。在本事实例中，滤波器包括电阻R8和电容C2；具体的连接方式为：电阻R8的一端与运算放大器LTC2051的输出端电性连接，电阻R8的另一端通过电容C2接地。需要注意的是，本实用新型的电阻电容参数和性能可以自由选择。
光耦隔离器，对电压采集电路和单片机进行电隔离，防止尖峰电压损坏电压采集电路和单片机。由于光耦隔离器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦隔离器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，光耦隔离器作为终端隔离元件，可以大大提高信噪比；光耦隔离器在数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加系统的可靠性。在本实施例中，光耦隔离器包括光耦521-4、电阻R19和电阻R19；具体的连接方式为：光耦521-4的引脚1与电阻R8的另一端电性连接，光耦521-4的2引脚通过电阻R18接地，光耦521-4的3引脚通过电阻R19接地，光耦521-4的4引脚与电源电性连接。需要注意的是，本实用新型的电阻电容参数和性能可以自由选择，在本实施例中，电阻R19和电阻R19的阻值均为1K。
第一电压跟随器，用作缓冲级或隔离级，提高输入阻抗，降低输出阻抗。在本实施例中，第一电压跟随器包括电阻R20、电阻R9和运算放大器LTC2051；具体连接方式为：电阻R20的一端与光耦521-4的2引脚电性连接，电阻R20 的另一端与运算放大器LTC2051的同向输入端电性连接，运算放大器LTC2051 的反向输入端与运算放大器LTC2051的输出端电性连接，运算放大器LTC2051 的输出端通过电阻R9与钳位保护电路电性连接。需要注意的是，本实用新型的电阻电容参数和性能可以自由选择，在本实施例中，电阻R20的阻值为20K，电阻R9的阻值为2K。
钳位保护电路，对输入电压信号(V_IN)起到限幅保护作用，同时保证有用信号不失真，并起到过载保护的作用。在本实施例中，钳位保护电路包括二极管D1、二极管D2和电容C3；具体的连接方式为：二极管D1的负极与电源电性连接，二极管D1的正极与二极管D2负极电性连接，二极管D2的正极接地，运算放大器LTC2051的输出端通过电阻R9与二极管D1的正极电性连接，电容C3并联在二极管D2的两端，二极管D1的正极与DSPIC33FJ128MC506 单片机的AD采用端口AN8电性连接。
本实施例的工作流程为：输入电压信号(V_IN)经分压电路采集，并有分压电路中的电阻R1采集电压信号后，经过第二电压跟随器放大，然后经过进行滤波器滤波输送至光耦隔离器进行降压和电隔离处理，再通过第一电压跟随器进一步隔离，最后经钳位保护电路限幅保护后输出到DSPIC33FJ128MC506单片机的AD采用端口AN8，经过DSPIC33FJ128MC506单片机处理后得到相应的 ADC采样数字信号。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种改进型信号采样电路，其包括电压采集电路，其特征在于：还包括顺次电性连接的光耦隔离器、第一电压跟随器和钳位保护电路；
所述电压采集电路与光耦隔离器电性连接。
2.如权利要求1所述的一种改进型信号采样电路，其特征在于：所述电压采集电路包括顺次电性连接的分压电路、第二电压跟随器和滤波器；
所述滤波器与光耦隔离器电性连接。
3.如权利要求2所述的一种改进型信号采样电路，其特征在于：所述分压电路包括：电阻R1-R3和电容C1；
所述电阻R1的一端为电压采集电路的输入端，输入待采集电压信号，电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、电容C1的一端和电阻R3的一端电性连接，电阻R2的另一端、电容C1的另一端和电阻R3的另一端均接地。
4.如权利要求3所述的一种改进型信号采样电路，其特征在于：所述第二电压跟随器包括电阻R4-R7和运算放大器LTC2051；
所述电阻R4的一端与电阻R3的一端电性连接，电阻R4的另一端与分别与电阻R5的一端和运算放大器LTC2051的反相输入端电性连接，电阻R5的另一端与电源电性连接，电阻R6的一端与电阻R3的另一端电性连接，电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端和运算放大器LTC2051的同向输入端电性连接，电阻R7的另一端与运算放大器LTC2051的输出端电性连接。
5.如权利要求4所述的一种改进型信号采样电路，其特征在于：所述滤波器包括电阻R8和电容C2；
所述电阻R8的一端与运算放大器LTC2051的输出端电性连接，电阻R8的另一端通过电容C2接地。
6.如权利要求5所述的一种改进型信号采样电路，其特征在于：所述光耦隔离器包括光耦521-4、电阻R19和电阻R19；
所述光耦521-4的引脚1与电阻R8的另一端电性连接，光耦521-4的2引脚通过电阻R18接地，光耦521-4的3引脚通过电阻R19接地，光耦521-4的4引脚与电源电性连接。
7.如权利要求6所述的一种改进型信号采样电路，其特征在于：所述第一电压跟随器包括电阻R20、电阻R9和运算放大器LTC2051；
所述电阻R20的一端与光耦521-4的2引脚电性连接，电阻R20的另一端与运算放大器LTC2051的同向输入端电性连接，运算放大器LTC2051的反向输入端与运算放大器LTC2051的输出端电性连接，运算放大器LTC2051的输出端通过电阻R9与钳位保护电路电性连接。
8.如权利要求7所述的一种改进型信号采样电路，其特征在于：所述钳位保护电路包括二极管D1、二极管D2和电容C3；
所述二极管D1的负极与电源电性连接，二极管D1的正极与二极管D2负极电性连接，二极管D2的正极接地，运算放大器LTC2051的输出端通过电阻R9与二极管D1的正极电性连接，电容C3并联在二极管D2的两端。
9.如权利要求8所述的一种改进型信号采样电路，其特征在于：还包括DSPIC33FJ128MC506单片机；
所述二极管D1的正极与DSPIC33FJ128MC506单片机的AD采用端口AN8。
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