CN212463048U - 一种精密电压采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种精密电压采样电路，包括电压输入端、分压电路、隔离运算放大电路、差分放大电路和电压输出端，所述电压输入端和分压电路的输入端电性连接，所述分压电路的负极和模拟地电性连接，所述隔离运算放大电路包括隔离放大器、输入端电源和输出端电源，所述隔离放大器的输入端和分压电路相连接；本实用新型引入了隔离放大器，使得采样电路具有良好的输入输出欧姆隔离特性，增强了抗干扰的能力，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号，采用差分放大电路，提高了对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力，有效地提高了共模抑制比，能较好的抑制温漂，根据电压的范围采用不同的分压方式，实现对输入电压的分段采样。
Description
技术领域
本实用新型涉及电压检测技术领域，具体为一种精密电压采样电路。
背景技术
在高压DC-DC变换器中，针对直流输出电压的反馈采样，通常采取非隔离式差分放大电路，详见图3，是现有技术种常用的一种简单的差分放大电路，具体为：输入端的负极(VIN-)集成运算放大器的反向输入端连接，二者之间串联有电阻一，输入接口的正极(VIN+)一端与集成运算放大器的同相输入端连接，二者之间串联有电阻二，电阻三的两端分别和集成运算放大器的反向输入端和输出端连接，滤波电容一电阻三并联，电阻四的一端连接集成运算放大器的同相输入端另一端接地，滤波电容二与电阻四并联，该差分放大电路还包括一端设置在运算放大器的输出端且另一端连接电路输出接口的电阻五、一端连接输出接口且另一端接地的滤波电容三以及放置在集成运算放大器的供电电源和地之间的滤波电容四。
该差分放大电路通过设置电阻一与电阻二阻值相等，电阻三与电阻四阻值相等，使得输出电压与输入电压呈线性关系。
但是上述差分放大电路该当输入为强电信号、输出为弱电信号时，强弱电之间的绝缘阻抗与电路中的电阻一、电阻二为并联关系，因而电阻一、电阻二的取值必须为兆欧级，从而使流经电阻一、电阻二的电流较小，电路的抗干扰性能较差，另外，输入小电压信号时，集成运算放大器的偏置电流的存在会使电路的电压采样精度明显下降，同时，受限于A/D转换器的分辨率，电路的电压采样精度会进一步下降，而且没有输入电压的限制元器件，很容易让输入的电压过大，使得集成运算放大器工作在非线性区，造成输出的电压恒定，影响测量结果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种精密电压采样电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种精密电压采样电路，包括电压输入端、分压电路、隔离运算放大电路、差分放大电路和电压输出端，所述电压输入端和分压电路的输入端电性连接，所述分压电路的负极和模拟地电性连接；
所述隔离运算放大电路包括隔离放大器、输入端电源和输出端电源，所述隔离放大器的输入端和分压电路相连接，所述隔离放大器的输入端电源和输入电源电性连接，所述隔离放大器的输出端电源和输出电源电性连接，所述隔离放大器的输出接地端接地；
所述差分放大电路包括集成运算放大器、第七滤波电容，所述隔离放大器的输出端和集成运算放大器的输入端电性连接，所述集成运算放大器的电源正极和输出端电源电性连接，所述集成运算放大器的电源负极接地，所述第七滤波电容一端和集成运算放大器的电源正极电性连接另一端接地，所述集成运算放大器的输出端和电压输出端电性连接。
优选的，所述分压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第一滤波电容和钳位二极管，所述第一分压电阻一端和电压输入端正极电性连接而另一端和隔离放大器输入端电性连接，所述第二分压电阻一端和隔离放大器输入端电性连接另一端和电压输入端负极电性连接，所述第一滤波电容和第二分压电阻并联，所述钳位二极管一端和隔离放大器输入端电性连接另一端和输入电源电性连接。
优选的，所述分压电路的负极和模拟地电性连接。
优选的，所述隔离运算放大电路还包括第二滤波电容和第三滤波电容，所述第二滤波电容一端和输入端电源电性连接一端和模拟地电性连接，所述第三滤波电容一端和输出端电源电性连接另一端接地。
优选的，所述差分放大电路还包括第一差分放大电阻、第二差分放大电阻、第三差分放大电阻、第四差分放大电阻、限流电阻、第四滤波电容、第五滤波电容、第六滤波电容，所述隔离放大器的输出端和集成运算放大器的输入端之间还串联有第一差分放大电阻和第二差分放大电阻，所述第五滤波电容的一端和集成运算放大器的同相输入端电性连接另一端接地，所述第四差分放大电阻和第五滤波电容并联，所述集成运算放大器的输出端和反相输入端之间连接有第三差分放大电阻，所述第三差分放大电阻和第四滤波电容并联。
优选的，所述集成运算放大器和电压输出端之间串联有限流电阻，所述第六滤波电容一端和电压输出端电性连接另一端接地。
优选的，所述第一差分放大电阻和所述第二差分放大电阻的阻值相等，所述第三差分放大电阻和第四差分放大电阻的阻值相等。
优选的，所述分压电路、隔离运算放大电路和差分放大电路中的模拟地和接地端之间通过磁珠、电感、电容或零欧姆电阻单点连接在一起。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)引入了隔离放大器，使得采样电路具有良好的输入输出欧姆隔离特性，增强了抗干扰的能力，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号，使用了多组滤波电路，提高各电路对各种频率信号的抑制和消除能力，采用差分放大电路，提高了对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力，有效地提高了共模抑制比，能较好的抑制温漂；
(2)根据电压的范围采用不同的分压方式，实现对输入电压的分段采样，提高了采样电路在整个电压范围内的采样精度，尤其是在小电压范围，第二分压电路会使得隔离放大器的偏置电流所造成的误差会大大减小；
(3)在隔离运算放大电路设置有钳位二极管，使得输入隔离运算放大电路的正极电压不会高于输入端电源，从而有效地限制了输入到集成运算放大器的电压，从而让集成运算放大器始终工作在非线性区。
附图说明
图1为本实用新型的实施例1电压采样电路图；
图2为本实用新型的精密电压采样方法流程图；
图3为现有技术中的电压采样电路图；
图中：1电压输入端、2分压电路、201第一分压电阻、202第二分压电阻、203第一滤波电容、204钳位二极管、3隔离运算放大电路、301第二滤波电容、302第三滤波电容、303隔离放大器、304输入电源、305输出电源、4差分放大电路、401第一差分放大电阻、402第二差分放大电阻、403第三差分放大电阻、404第四差分放大电阻、405集成运算放大器、406限流电阻、407第四滤波电容、408第五滤波电容、409第六滤波电容、410第七滤波电容、5电压输出端。
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，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
请参阅图1，包括电压输入端1、分压电路2、隔离运算放大电路3、差分放大电路4和电压输出端5，所述电压输入端1和分压电路2的输入端电性连接，所述分压电路2的负极和模拟地电性连接。
所述隔离运算放大电路3包括第二滤波电容301、第三滤波电容302、隔离放大器303、输入端电源304和输出端电源305，所述隔离放大器303的输入端和分压电路2相连接，所述隔离放大器303的输入端电源和输入电源304电性连接，所述第二滤波电容301一端和输入端电源304电性连接一端和模拟地电性连接，所述隔离放大器303的输出端电源和输出电源305电性连接，所述第三滤波电容302一端和输出端电源305电性连接另一端接地，所述隔离放大器303的输出接地端接地，通过隔离放大器303使得采样电路具有良好的输入输出欧姆隔离特性，增强了抗干扰的能力，能在噪声环境下以高阻抗、高共模抑制能力传送信号。
所述差分放大电路4包括第一差分放大电阻401、第二差分放大电阻402、第三差分放大电阻403、第四差分放大电阻404、集成运算放大器405、限流电阻406、第四滤波电容407、第五滤波电容408、第六滤波电容409、第七滤波电容410，所述隔离放大器303的输出端和集成运算放大器405的输入端电性连接，所述隔离放大器303的输出端和集成运算放大器405的输入端之间还设置有第一差分放大电阻401和第二差分放大电阻402，所述集成运算放大器405的电源正极和输出端电源305电性连接，所述集成运算放大器405的电源负极接地，所述第七滤波电容410一端和集成运算放大器405的电源正极电性连接另一端接地，所述第五滤波电容408的一端和集成运算放大器405的同相输入端电性连接另一端接地，所述第四差分放大电阻404和第五滤波电容408并联，所述集成运算放大器405的输出端和反相输入端之间连接有第三差分放大电阻403，所述第三差分放大电阻403和第四滤波电容407并联，差分放大电路4提高了对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力，有效地提高了共模抑制比，能较好的抑制温漂。
所述分压电路2包括第一分压电阻201、第二分压电阻202、第一滤波电容203和钳位二极管204，所述第一分压电阻201一端和电压输入端1正极电性连接而另一端和隔离放大器303输入端电性连接，所述第二分压电阻202一端和隔离放大器303输入端电性连接另一端和电压输入端1负极电性连接，所述第一滤波电容203和第二分压电阻202并联，所述钳位二极管204一端和隔离放大器303输入端电性连接另一端和输入电源304电性连接，在隔离运算放大电路3前设置钳位二极管204，使得输入隔离运算放大电路3的正极电压不会高于输入端电源304，从而有效地限制了输入到集成运算放大器405的电压，从而让集成运算放大器405始终工作在非线性区。
所述集成运算放大器405的输出端和电压输出端5电性连接，所述集成运算放大器405和电压输出端5之间串联有限流电阻406，所述第六滤波电容409一端和电压输出端5电性连接另一端接地。
所述分压电路2、隔离运算放大电路3和差分放大电路4中的模拟地和接地端之间通过磁珠、电感、电容或零欧姆电阻单点连接在一起，而且使用了多组滤波电路，提高各电路对各种频率信号的抑制和消除能力。
本实施例中精密电压采样方法包括以下步骤：
S1:通过电压输入端1采集输入电压U0，分压电路2通过下述式5来进行分压转换为第一电压U1；
U1＝K1·U0 (5)
其中K1为分压比例，K1满足下述式2；
K1＝R2/(R1+R2) (6)
其中R1为第一分压电阻201阻值，R2为第二分压电阻202阻值。
在一些实施例中所述分压电路2分为第一分压电路和第二分压电路，第一分压电路和第二分压电路并联，所述第一分压电路分压比例为K1.1，第二分压电路分压比例为K1.2，并且K1.2/K1.1＝M，其中K1.2/K1.1＝M的取值范围设置为5-10，当所述精密电压采样方法的采样范围为0-Umax时，采样电压位于Umax/M-Umax区间时，采用第一分压电路进行分压，采样电压位于0-Umax/M区间时采用第二分压电路进行分压，根据电压的范围采用不同的分压方式，实现对输入电压的分段采样，提高了采样电路在整个电压范围内的采样精度。
通过设置第二组分压电路比例为第一组分压电路的数倍，其他参数保持一致，在第二组电压采样电路中，隔离放大器303的偏置电流所造成的误差会大大减小，且由于输出后级A/D转换器分辨率所引起的误差也会减小，受限于隔离放大器303的输入电压范围，第二组电压采样电路适用于小电压范围的采样，作为第一组电压采样电路在小电压范围采样精度不足的一种补充。
S2:将所述第一电压U1通过隔离运算放大电路3转换为第二电压U2。
隔离运算放大电路3将第一电压U1按照下述式7转换为第二电压U2；
U2＝Aod1·U1 (7)
其中Aod1为隔离放大器303的差模开环放大倍数。
S3:将所述第二电压U2通过差分放大电路4转换为第三电压U3，并通过电压输出端5进行输出；
差分放大电路4将第二电压U2按照下述式8转换为第三电压U3；
U3＝Aod2·U2 (8)
其中Aod2为集成运算放大器405的差模开环放大倍数。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种精密电压采样电路，包括电压输入端、分压电路、隔离运算放大电路、差分放大电路和电压输出端，其特征在于：所述电压输入端和分压电路的输入端电性连接，所述分压电路的负极和模拟地电性连接；
所述隔离运算放大电路包括隔离放大器、输入端电源和输出端电源，所述隔离放大器的输入端和分压电路相连接，所述隔离放大器的输入端电源和输入电源电性连接，所述隔离放大器的输出端电源和输出电源电性连接，所述隔离放大器的输出接地端接地；
所述差分放大电路包括集成运算放大器、第七滤波电容，所述隔离放大器的输出端和集成运算放大器的输入端电性连接，所述集成运算放大器的电源正极和输出端电源电性连接，所述集成运算放大器的电源负极接地，所述第七滤波电容一端和集成运算放大器的电源正极电性连接另一端接地，所述集成运算放大器的输出端和电压输出端电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种精密电压采样电路，其特征在于：所述分压电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、第一滤波电容和钳位二极管，所述第一分压电阻一端和电压输入端正极电性连接而另一端和隔离放大器输入端电性连接，所述第二分压电阻一端和隔离放大器输入端电性连接另一端和电压输入端负极电性连接，所述第一滤波电容和第二分压电阻并联，所述钳位二极管一端和隔离放大器输入端电性连接另一端和输入电源电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种精密电压采样电路，其特征在于：所述隔离运算放大电路还包括第二滤波电容和第三滤波电容，所述第二滤波电容一端和输入端电源电性连接一端和模拟地电性连接，所述第三滤波电容一端和输出端电源电性连接另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种精密电压采样电路，其特征在于：所述差分放大电路还包括第一差分放大电阻、第二差分放大电阻、第三差分放大电阻、第四差分放大电阻、限流电阻、第四滤波电容、第五滤波电容、第六滤波电容，所述隔离放大器的输出端和集成运算放大器的输入端之间还串联有第一差分放大电阻和第二差分放大电阻，所述第五滤波电容的一端和集成运算放大器的同相输入端电性连接另一端接地，所述第四差分放大电阻和第五滤波电容并联，所述集成运算放大器的输出端和反相输入端之间连接有第三差分放大电阻，所述第三差分放大电阻和第四滤波电容并联。
5.根据权利要求4所述的一种精密电压采样电路，其特征在于：所述集成运算放大器和电压输出端之间串联有限流电阻，所述第六滤波电容一端和电压输出端电性连接另一端接地。
6.根据权利要求4所述的一种精密电压采样电路，其特征在于：所述第一差分放大电阻和所述第二差分放大电阻的阻值相等，所述第三差分放大电阻和第四差分放大电阻的阻值相等。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种精密电压采样电路，其特征在于：所述分压电路、隔离运算放大电路和差分放大电路中的模拟地和接地端之间通过磁珠、电感、电容或零欧姆电阻单点连接在一起。
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| CN202021018792.2U CN212463048U (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 一种精密电压采样电路 |
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| CN202021018792.2U CN212463048U (zh) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | 一种精密电压采样电路 |
Publications (1)
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| CN212463048U true CN212463048U (zh) | 2021-02-02 |
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| CN (1) | CN212463048U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113794260A (zh) * | 2021-09-28 | 2021-12-14 | 长春捷翼汽车零部件有限公司 | 充电导引信号采集电路、新能源车载充电座及充电桩 |
| WO2024011935A1 (zh) * | 2022-07-12 | 2024-01-18 | 南京宏泰半导体科技股份有限公司 | 一种高端电压差分采样校准系统及方法 |
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- 2020-06-05 CN CN202021018792.2U patent/CN212463048U/zh active Active
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| WO2024011935A1 (zh) * | 2022-07-12 | 2024-01-18 | 南京宏泰半导体科技股份有限公司 | 一种高端电压差分采样校准系统及方法 |
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