CN212723089U - 绝缘电阻测试仪用信号采集模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种绝缘电阻测试仪用信号采集模块，包括单端转差分电路、差分放大电路、整形滤波电路及AD转换芯片，单端转差分电路的输入端连接绝缘电阻测试仪中电阻分压网络的输出端，用于将电阻分压网络的单端输出转化为差分输出，单端转差分电路的输出端依次经差分放大电路、整形滤波电路连接AD转换芯片的模拟信号输入端。本实用新型将绝缘电阻测试仪中分压电路网络输出的单端信号转化为差分信号，有力的抑制了电路中的共模干扰，提高了信号采集的精度，有利于降低绝缘电阻测试结果的误差。

Description

绝缘电阻测试仪用信号采集模块

技术领域

本实用新型涉及绝缘电阻测试技术领域，尤其涉及一种绝缘电阻测试仪用信号采集模块。

背景技术

绝缘电阻测试仪主要用于测量大型变压器、互感器、发电机、高压电动机、电力电容、电力电缆、避雷器等设备的绝缘电阻，一般包括直流高压电源、电阻分压网络、信号采集模块及控制单元，电阻分压网络由分压电阻和待测设备绝缘电阻组成，直流高压电源输出的高压经电阻分压网络分压后输入信号采集模块进行放大、滤波及AD转换，最后输送至控制单元进行处理。

其中，传统信号采集模块常采用单端输入的方式，只能进行简单的RC滤波处理，无法有效消除电路中的共模干扰，信号采集的精度较低，进而造成绝缘电阻测试结果的误差大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种绝缘电阻测试仪用信号采集模块，以解决传统绝缘电阻测试仪用信号采集模块抑制共模干扰能力差的问题。

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绝缘电阻测试仪用信号采集模块，包括单端转差分电路、差分放大电路、整形滤波电路及 AD转换芯片；

所述单端转差分电路的输入端适于连接绝缘电阻测试仪中电阻分压网络的输出端，所述单端转差分电路的输出端依次经所述差分放大电路、所述整形滤波电路连接所述AD转换芯片的模拟信号输入端。

可选的，所述单端转差分电路包括N型MOS管S1、NMOS管S2、NMOS 管S3、PMOS管S4、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4；

MOS管S1的栅极适于连接所述电阻分压网络的输出端，电源Vcc经电阻 R1连接MOS管S2的栅极，电源Vcc还依次经电阻R2、MOS管S2的漏极、 MOS管S2的源极、MOS管S1的漏极、MOS管S1的源极接地；

电源Vcc还依次经电阻R3、MOS管S3的漏极、MOS管S3的源极、MOS 管S4的源极、MOS管S1的漏极、电阻R4接地，MOS管S2漏极与电阻R2 的公共端连接MOS管S3的栅极，MOS管S4的栅极接地，MOS管S3漏极与电阻R3的公共端以及MOS管S4漏极与电阻R4的公共端分别连接所述差分放大电路的两输入端。

可选的，所述差分放大电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻R5、电阻R6及电阻R7；

所述单端转差分电路的第一输出端连接运算放大器U1的同相输入端，所述单端转差分电路的第二输出端连接运算放大器U2的同相输入端，运算放大器 U1的反相输入端经电阻R5连接运算放大器U2的反相输入端，运算放大器U1 反相输入端与电阻R5的公共端经电阻R6连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U2反相输入端与电阻R5的公共端经电阻R7连接运算放大器U2的输出端，运算放大器U1的输出端及运算放大器U2的输出端还分别连接所述整形滤波电路。

可选的，所述AD转换芯片为差分输入芯片，所述整形滤波电路包括电压跟随器U3、电压跟随器U4、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容 C1、电容C2以及电容C3；

运算放大器U1的输出端依次经电阻R8、电阻R10、电压跟随器U3连接所述AD转换芯片的模拟信号输入端，运算放大器U2的输出端依次经电阻R9、电阻R11、电压跟随器U4连接所述AD转换芯片的模拟信号输入端，电阻R8 与电阻R10的公共端依次经电容C1、电容C2、电容C3连接电阻R9与电阻R11 的公共端，电容C1与电容C2的公共端连接电压跟随器U3的输出端，电容C2 与电容C3的公共端连接电压跟随器U4的输出端。

可选的，所述AD转换芯片为ADS553芯片。

可选的，所述整形滤波电路还包括电容C4以及电容C5，电阻R10与电压跟随器U3的公共端经电容C4接地，电阻R11与电压跟随器U4的公共端经电容C5接地。

可选的，所述整形滤波电路还包括稳压二极管D1及稳压二极管D2，电阻 R10与电压跟随器U3的公共端依次经稳压二极管D1的负极、稳压二极管D1 的正极接地，电阻R11与电压跟随器U4的公共端依次经稳压二极管D2的负极、稳压二极管D2的正极接地。

本实用新型的绝缘电阻测试仪用信号采集模块相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过单端转差分电路及差分式AD转换芯片将单端信号转化为差分信号，有力的抑制了电路中的共模干扰，提高了信号采集的精度，有利于降低绝缘电阻测试结果的误差；

(2)单端转差分电路输出的双极性信号经差分放大电路放大后对电容C1、C3 进行持续的充电，电容C2与后级电路起保持作用，这样电路中的差分信号因电容的平衡作用被充分平衡，可输出稳定平滑的数值，从而达到良好的整流滤波作用。

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为本实用新型的绝缘电阻测试仪用信号采集模块的结构框图；

图2为本实用新型的绝缘电阻测试仪用信号采集模块的电路图。

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，本实用新型的绝缘电阻测试仪用信号采集模块包括单端转差分电路、差分放大电路、整形滤波电路及AD转换芯片。单端转差分电路的输入端连接绝缘电阻测试仪中电阻分压网络的输出端，用于将电阻分压网络的单端输出转化为差分输出，单端转差分电路的输出端依次经差分放大电路、整形滤波电路连接AD转换芯片的模拟信号输入端。

具体的，如图2所示，单端转差分电路包括N型MOS管S1、NMOS管S2、 NMOS管S3、PMOS管S4、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4，差分放大电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻R5、电阻R6及电阻R7，AD 转换芯片为差分输入芯片，整形滤波电路包括电压跟随器U3、电压跟随器U4、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2、电容C3、电容 C4、电容C5、稳压二极管D1及稳压二极管D2。

MOS管S1的栅极为单端转差分电路的输入端，连接电阻分压网络的输出端，电源Vcc经电阻R1连接MOS管S2的栅极，电源Vcc还依次经电阻R2、 MOS管S2的漏极、MOS管S2的源极、MOS管S1的漏极、MOS管S1的源极接地，电源Vcc还依次经电阻R3、MOS管S3的漏极、MOS管S3的源极、MOS 管S4的源极、MOS管S1的漏极、电阻R4接地，MOS管S2漏极与电阻R2 的公共端连接MOS管S3的栅极，MOS管S4的栅极接地。

MOS管S3漏极与电阻R3的公共端为单端转差分电路的第一输出端，连接运算放大器U1的同相输入端，MOS管S4漏极与电阻R4的公共端为单端转差分电路的第二输出端，连接运算放大器U2的同相输入端，运算放大器U1的反相输入端经电阻R5连接运算放大器U2的反相输入端，运算放大器U1反相输入端与电阻R5的公共端经电阻R6连接运算放大器U1的输出端，运算放大器 U2反相输入端与电阻R5的公共端经电阻R7连接运算放大器U2的输出端。

AD转换芯片为差分输入芯片，如ADS553芯片，运算放大器U1的输出端还依次经电阻R8、电阻R10、电压跟随器U3连接AD转换芯片的模拟信号输入端，运算放大器U2的输出端还依次经电阻R9、电阻R11、电压跟随器U4连接AD转换芯片的模拟信号输入端，电阻R8与电阻R10的公共端依次经电容 C1、电容C2、电容C3连接电阻R9与电阻R11的公共端，电容C1与电容C2 的公共端连接电压跟随器U3的输出端，电容C2与电容C3的公共端连接电压跟随器U4的输出端，电阻R10与电压跟随器U3的公共端经电容C4接地，电阻R11与电压跟随器U4的公共端经电容C5接地，电阻R10与电压跟随器U3 的公共端还依次经稳压二极管D1的负极、稳压二极管D1的正极接地，电阻R11 与电压跟随器U4的公共端还依次经稳压二极管D2的负极、稳压二极管D2的正极接地。

本实施例中，对于单端转差分电路，电阻R1为限流电阻，电阻R2为漏极偏置电阻，电阻R3与电阻R4提供直流偏置且充当负载，电阻R3与电阻R4的取值满足MOS管S3和S4的饱和条件。第一级的MOS管S1为共源接法，起放大作用，MOS管S2为共栅接法，可有效提高反向隔离度。第二级的MOS管 S3和S4组成差分输出电路，MOS管S3为共源接法，MOS管S4为共栅接法，电阻分压网络的输出信号经MOS管S3分为两路，一路经MOS管S3的漏极输出，相位与输入信号相反，另一路经MOS管S4的漏极输出，相位与输入信号相同。这样就将电阻分压网络的单端信号转化为了差分信号，有效抑制了电路中的共模干扰，提高了信号采集的精度，有利于降低绝缘电阻测试结果的误差。另外，MOS管S4的栅极接地，省去了偏置电路，可降低电路的功耗。

对于差分放大电路，其电路结构较为典型，电阻R5、电阻R6及电阻R7为放大倍数调整电阻，具体原理不再赘述。

对于AD转换芯片，由于采用了差分输入模式的芯片，可以进一步抑制单端转差分电路与AD转换芯片之间线路的共模干扰，进一步提高信号采集的精度。对于整形滤波电路，由于AD转换芯片采用了差分输入模式的芯片，整形滤波电路首先需满足具有双路输出，本实施例中，电压跟随器U3的输出端为一路输出，电压跟随器U4的输出端为另一路输出。整形滤波电路中，电阻R8、电阻R9、电阻R10以及电阻R11为电容充电时间控制电阻，电阻R8、电阻R9、电阻R10以及电阻R11的阻值相等，电容C1、电容C2、电容C3为充电保持电容，电容C1、电容C2、电容C3的容值相等，单端转差分电路输出的双极性信号经差分放大电路放大后对电容C1、C3进行持续的充电，电容C2与后级电路起保持作用，这样电路中的差分信号因电容的平衡作用被充分平衡，可输出稳定平滑的数值，从而达到整流滤波作用。整形滤波电路输出的信号为双路无极性信号，极性以及幅值的处理由软件完成。其中，电容C4、电容C5为滤波电容，两者的容值相等，电容C4与电阻R10、电容C5与电阻R11还分别构成一 RC滤波电路，滤波效果更好；电压跟随器U3和电压跟随器U4的输入阻抗高、输入电流小，用于提供带后级负载的能力；稳压二极管D1及稳压二极管D2分别用于在信号进入电压跟随器U3和电压跟随器U4之前对电压跟随器进行保护。

需要说明的是，本实施例还可选择AD转换芯片为单端输入芯片，则差分放大电路还包括一减法器，用于将差分放大电路的双路输出转换为单端输出，整形滤波电路则可采用一般的单端RC滤波电路，但这种电路结构抑制共模干扰的能力无法达到最佳。

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 (7)

1.一种绝缘电阻测试仪用信号采集模块，其特征在于，包括单端转差分电路、差分放大电路、整形滤波电路及AD转换芯片；

所述单端转差分电路的输入端适于连接绝缘电阻测试仪中电阻分压网络的输出端，所述单端转差分电路的输出端依次经所述差分放大电路、所述整形滤波电路连接所述AD转换芯片的模拟信号输入端。

2.如权利要求1所述的绝缘电阻测试仪用信号采集模块，其特征在于，所述单端转差分电路包括N型MOS管S1、NMOS管S2、NMOS管S3、PMOS管S4、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4；

MOS管S1的栅极适于连接所述电阻分压网络的输出端，电源Vcc经电阻R1连接MOS管S2的栅极，电源Vcc还依次经电阻R2、MOS管S2的漏极、MOS管S2的源极、MOS管S1的漏极、MOS管S1的源极接地；

电源Vcc还依次经电阻R3、MOS管S3的漏极、MOS管S3的源极、MOS管S4的源极、MOS管S1的漏极、电阻R4接地，MOS管S2漏极与电阻R2的公共端连接MOS管S3的栅极，MOS管S4的栅极接地，MOS管S3漏极与电阻R3的公共端以及MOS管S4漏极与电阻R4的公共端分别连接所述差分放大电路的两输入端。

3.如权利要求1所述的绝缘电阻测试仪用信号采集模块，其特征在于，所述差分放大电路包括运算放大器U1、运算放大器U2、电阻R5、电阻R6及电阻R7；

所述单端转差分电路的第一输出端连接运算放大器U1的同相输入端，所述单端转差分电路的第二输出端连接运算放大器U2的同相输入端，运算放大器U1的反相输入端经电阻R5连接运算放大器U2的反相输入端，运算放大器U1反相输入端与电阻R5的公共端经电阻R6连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U2反相输入端与电阻R5的公共端经电阻R7连接运算放大器U2的输出端，运算放大器U1的输出端及运算放大器U2的输出端还分别连接所述整形滤波电路。

4.如权利要求3所述的绝缘电阻测试仪用信号采集模块，其特征在于，所述AD转换芯片为差分输入芯片，所述整形滤波电路包括电压跟随器U3、电压跟随器U4、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C1、电容C2以及电容C3；

运算放大器U1的输出端依次经电阻R8、电阻R10、电压跟随器U3连接所述AD转换芯片的模拟信号输入端，运算放大器U2的输出端依次经电阻R9、电阻R11、电压跟随器U4连接所述AD转换芯片的模拟信号输入端，电阻R8与电阻R10的公共端依次经电容C1、电容C2、电容C3连接电阻R9与电阻R11的公共端，电容C1与电容C2的公共端连接电压跟随器U3的输出端，电容C2与电容C3的公共端连接电压跟随器U4的输出端。

5.如权利要求4所述的绝缘电阻测试仪用信号采集模块，其特征在于，所述AD转换芯片为ADS553芯片。

6.如权利要求4所述的绝缘电阻测试仪用信号采集模块，其特征在于，所述整形滤波电路还包括电容C4以及电容C5，电阻R10与电压跟随器U3的公共端经电容C4接地，电阻R11与电压跟随器U4的公共端经电容C5接地。

7.如权利要求4所述的绝缘电阻测试仪用信号采集模块，其特征在于，所述整形滤波电路还包括稳压二极管D1及稳压二极管D2，电阻R10与电压跟随器U3的公共端依次经稳压二极管D1的负极、稳压二极管D1的正极接地，电阻R11与电压跟随器U4的公共端依次经稳压二极管D2的负极、稳压二极管D2的正极接地。

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