CN212785140U - 一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路。其包括差分转单端信号回路、滞环控制回路、三极管驱动回路，所述电阻R1、R2、R3、R4及运放U1组成差分转单端信号回路，所述电阻R6、R7、R8、R9、电容C1组成滞环控制回路，所述绝缘栅双极型晶体管D1、D2，电阻R10、R11、R12、热敏电阻RT1、RT2共同构成小信号输出驱动回路。本实用新型的一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路，该设计电路结构简单灵活，可靠实现短路保护及静电保护功能，可显著提高生产、测试效率，延长设备使用寿命，具有广泛的应用价值。

Description

一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路

技术领域

本实用新型涉及一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路，属于电路技术领域。

背景技术

近年来，国家推动的农网改造中，特别是一二次融合终端应用领域，针对小信号电压的有效测试手段颇少。传统生产厂商一般用继保测试仪直接或间接对该功能项目进行测试，其精度、线性度、稳定度与指标要求相差甚远。也有厂商用芯片驱动输出直接出口，虽然小信号精度、线性度能得到提高，但驱动能力、短路、ESD静电等保护工作却很难做到位，常常错接线的情况下，导致驱动芯片烧坏。

为了克服上述缺陷，提出通过芯片加驱动晶体管的形式，结合保护器件，综合驱动电源隔离技术等方案，通过元件选型，合理配置，其设计结果完全能达到指标要求，其使用效果十分明显，测量最小范围能达到几个毫伏级别。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路，一二次融合小信号高精度高频带可调电压原理，所需分立器件少，结构拓扑简单，PCB布线所需面积小。只要器件规格、型号选择合理，电路驱动能力，保护功能，精度稳定度带宽等性能十分突出，非常适用于当前一二次融合终端的测试验证工作平台。

本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：

一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路，包括差分转单端信号回路、滞环控制回路、三极管驱动回路；

所述差分转单端信号回路由R1、R2、R3、R4、U1组成，差分转单端信号回路接收独立电源系统的差分参考信号，并将其转换成本系统电源的对地单端信号，同时完成阻抗转换工作，R1其一端与U1运放反向输入端、R3电阻其中一端相连，R2电阻一端与U1运放正向输入端、R4电阻其中一端相连，R4电阻另一端直接接隔离电源地信号；所述U1运放输出端与R3电阻另一端、R5、R6其中一端相连接，电阻R5另一端接地信号；

所述滞环控制回路由R6、R7、R8、R9、C1、U2组成，滞环控制回路通过运放U2正向参考输入端信号，结合反馈信号，并对其进行R9、C1积分反馈，从而形成闭环控制，所述电阻R9、C1串联拓扑，两端分别接入U2运放反向输入端和输出端口，以起反馈积分功能，所述R6电阻相当于匹配电阻，接入运放同向输入端，所述R7、R8串联，一端接地，另一端接终端输出以构成反馈闭环，其电阻分压端接入运放反向输入端，U2运放正向输入端与电阻R6另一端相连，负向输入端则与R7、R8、R9一端连接，而输出则与积分电容一端、NPN/PNP基极、电阻R10一端连通，以起对双极型晶体管的控制作用；所述积分电容C1另一端与电阻R9另一端直连，共同构成阻容积分反馈，电阻R7、R8串联构成分压关系，其R7电阻另一端接参考地电位，电阻R8另一端则引入终端输出反馈信号，以此构建环路状态实现闭环控制；

所述三极管驱动回路由NPN\PNP三极管D1、D2，限流电阻R11、R12、热敏电阻RT1、RT2组成，所述两热敏电阻RT1、RT2分别接正负驱动电源端，其另一端分别与NPN、PNP三极管集电极串接，所述限流电阻R11、R12串联，中间抽头作为终端信号输出接口，串联电阻两端分别与两三极管发射极衔接，所述三极管D1、D2基极并联与电阻R10一端接收来自运放输出的控制。

差分参考信号为V_in和V_inG。

对地单端信号为R5端电压信号。

反馈信号为R7、R8串联分压端。

本专利所解决的是小信号驱动功率及短路或过载保护问题，而其出色的高精度、高稳定度、高频带响应等性能丝毫不逊色。该功能原理在一二次融合系统中存在广阔的应用前景。其原理主要包括差分转单端信号回路、滞环控制回路、三极管驱动回路等。

所述电阻R1、R2、R3、R4及运放U1组成差分转单端信号回路。R1其一端与U1运放反向输入端、R3电阻其中一端相连，R2电阻一端与U1运放正向输入端、R4电阻其中一端相连，R4电阻另一端直接接隔离电源地信号；所述U1运放输出端与R3电阻另一端、R5、R6其中一端相连接，电阻R5另一端接地信号。

所述电阻R6、R7、R8、R9、电容C1组成滞环控制回路。其中U2运放正向输入端与电阻R6另一端相连，负向输入端则与R7、R8、R9一端连接，而输出则与积分电容一端、NPN/PNP基极、电阻R10一端连通，以起对双极型晶体管的控制作用；所述积分电容C1另一端与电阻R9另一端直连，共同构成阻容积分反馈；电阻R7、R8串联构成分压关系，其R7电阻另一端接参考地电位，电阻R8另一端则引入终端输出反馈信号，以此构建环路状态实现闭环控制。

所述绝缘栅双极型晶体管D1、D2，电阻R10、R11、R12、热敏电阻RT1、RT2共同构成小信号输出驱动回路。热敏电阻RT1、RT2分别一端接入正负电源端，另一端则分别与D1、D2管的的集电极相连接；所述电阻R11、R12串联，其另一端分别与晶体管D1、D2发射极相连；两晶体管基极与电阻R10一端连接共同接入U2运放的输出端，R10电阻另端则与R11、R12串联端连接构成小信号输出端口。

本发明涉及电力系统中一二次融合终端测试应用场合，特别是针对终端设备小信号电压精度、稳定度等性能测试工作，所解决的是提供一种针对该应用范围的专项测试原理，满足电网基础设备升级提供必要的可靠的测试方案。

本实用新型的有益效果是：所需分立器件少，结构拓扑简单，PCB布线所需面积小。只要器件规格、型号选择合理，电路驱动能力，保护功能，精度稳定度带宽等性能十分突出，非常适用于当前一二次融合终端的测试验证工作平台。

附图说明

附图1为本实用新型电路图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明，如图1所示，本实施例的一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路，包括差分转单端信号回路、滞环控制回路、三极管驱动回路；

所述差分转单端信号回路由R1、R2、R3、R4、U1组成，差分转单端信号回路接收独立电源系统的差分参考信号，并将其转换成本系统电源的对地单端信号，同时完成阻抗转换工作，R1其一端与U1运放反向输入端、R3电阻其中一端相连，R2电阻一端与U1运放正向输入端、R4电阻其中一端相连，R4电阻另一端直接接隔离电源地信号；所述U1运放输出端与R3电阻另一端、R5、R6其中一端相连接，电阻R5另一端接地信号；

所述滞环控制回路由R6、R7、R8、R9、C1、U2组成，滞环控制回路通过运放U2正向参考输入端信号，结合反馈信号，并对其进行R9、C1积分反馈，从而形成闭环控制，所述电阻R9、C1串联拓扑，两端分别接入U2运放反向输入端和输出端口，以起反馈积分功能，所述R6电阻相当于匹配电阻，接入运放同向输入端，所述R7、R8串联，一端接地，另一端接终端输出以构成反馈闭环，其电阻分压端接入运放反向输入端，U2运放正向输入端与电阻R6另一端相连，负向输入端则与R7、R8、R9一端连接，而输出则与积分电容一端、NPN/PNP基极、电阻R10一端连通，以起对双极型晶体管的控制作用；所述积分电容C1另一端与电阻R9另一端直连，共同构成阻容积分反馈，电阻R7、R8串联构成分压关系，其R7电阻另一端接参考地电位，电阻R8另一端则引入终端输出反馈信号，以此构建环路状态实现闭环控制；

所述三极管驱动回路由NPN\PNP三极管D1、D2，限流电阻R11、R12、热敏电阻RT1、RT2组成，所述两热敏电阻RT1、RT2分别接正负驱动电源端，其另一端分别与NPN、PNP三极管集电极串接，所述限流电阻R11、R12串联，中间抽头作为终端信号输出接口，串联电阻两端分别与两三极管发射极衔接，所述三极管D1、D2基极并联与电阻R10一端接收来自运放输出的控制。

差分参考信号为V_in和V_inG。

对地单端信号为R5端电压信号。

反馈信号为R7、R8串联分压端。

实施例1

所述R1～R4、U1组成差分转单端信号回路，接收独立电源系统的差分参考信号(V_in、V_inG)，并将其转换成本系统电源的对地单端信号(R5端电压信号)，同时完成阻抗转换工作。该功能由高精度运放U1结合高精度低温漂系数电阻，采用拓扑原理实现。

所述R6～R9、C1、U2为滞环控制回路。通过运放U2正向参考输入端信号，结合反馈信号(R7、R8串联分压端)，并对其进行R9、C1积分反馈，从而形成闭环控制。

所述U2器件须结合需求性能，灵活选择对应幅值工作电源范围、频响速度快、驱动能力强的运放。所述电阻R9、C1串联拓扑，两端分别接入U2运放反向输入端和输出端口，以起反馈积分功能；所述R6电阻相当于匹配电阻，接入运放同向输入端；所述R7、R8串联，一端接地，另一端接终端输出以构成反馈闭环，其电阻分压端接入运放反向输入端。

所述NPN\PNP三极管D1、D2，限流电阻R11、R12、热敏电阻RT1、RT2等构成功率驱动回路。所述两热敏电阻RT1、RT2分别接正负驱动电源端，其另一端分别与NPN、PNP三极管集电极串接；所述限流电阻R11、R12串联，中间抽头作为终端信号输出接口，串联电阻两端分别与两三极管发射极衔接；所述三极管D1、D2基极并联与电阻R10一端接收来自运放输出的控制。R10电阻类似于负载作用。

所述R1～R4、U1组成差分转单端信号回路，接收独立电源系统的差分参考信号(V_in、V_inG)，并将其转换成本系统电源的对地单端信号(R5端电压信号)，同时完成阻抗转换工作。该功能由高精度运放U1结合高精度低温漂系数电阻，采用拓扑原理实现。

所述R6～R9、C1、U2为滞环控制回路。通过运放U2正向参考输入端信号，结合反馈信号(R7、R8串联分压端)，并对其进行R9、C1积分反馈，从而形成闭环控制。

所述U2器件须结合需求性能，灵活选择对应幅值工作电源范围、频响速度快、驱动能力强的运放。所述电阻R9、C1串联拓扑，两端分别接入U2运放反向输入端和输出端口，以起反馈积分功能；所述R6电阻相当于匹配电阻，接入运放同向输入端；所述R7、R8串联，一端接地，另一端接终端输出以构成反馈闭环，其电阻分压端接入运放反向输入端。

所述NPN\PNP三极管D1、D2，限流电阻R11、R12、热敏电阻RT1、RT2等构成功率驱动回路。所述两热敏电阻RT1、RT2分别接正负驱动电源端，其另一端分别与NPN、PNP三极管集电极串接；所述限流电阻R11、R12串联，中间抽头作为终端信号输出接口，串联电阻两端分别与两三极管发射极衔接；所述三极管D1、D2基极并联与电阻R10一端接收来自运放输出的控制。R10电阻类似于负载作用。

该设计电路结构简单灵活，将本该由运放驱动输出拓扑改进成由晶体管替代，参数计算方便，在保留原先精度线性度等性能情况下，可靠实现短路保护及静电保护功能，可显著提高生产、测试效率，延长设备使用寿命。具有广泛的应用价值。

本发明实施例的具体工作原理如下：

电路上电后，基于回路内在特征，电路很快自建平衡。若假设输入信号V_in对V_inG为高电平，则仪用放大器U1输出对系统地为高电平；而后通过电阻R6至U2同向输入端，此刻系统还没新建平衡，因此U2运放反向输入端为零信号，其通过R9、C1积分反馈后输出为高电平信号，该信号对D2三极管为闭锁态，对D1则正向发射结激活，引起NPN管处于放大状态，因此网标Vout很快输出为高电平，且其直接由D1管驱动。Vout信号通过反馈分压电阻R7、R8对U2构成负反馈回路，因此运放U2输出开始减小直至整体系统建立平衡。反之，若V_in对V_inG为负电平，则Vout输出对系统地为负向电压信号，原理不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路，其特征在于：包括差分转单端信号回路、滞环控制回路、三极管驱动回路；

所述差分转单端信号回路由R1、R2、R3、R4、U1组成，差分转单端信号回路接收独立电源系统的差分参考信号，并将其转换成本系统电源的对地单端信号，同时完成阻抗转换工作，R1其一端与U1运放反向输入端、R3电阻其中一端相连，R2电阻一端与U1运放正向输入端、R4电阻其中一端相连，R4电阻另一端直接接隔离电源地信号；所述U1运放输出端与R3电阻另一端、R5、R6其中一端相连接，电阻R5另一端接地信号；

所述滞环控制回路由R6、R7、R8、R9、C1、U2组成，滞环控制回路通过运放U2正向参考输入端信号，结合反馈信号，并对其进行R9、C1积分反馈，从而形成闭环控制，所述电阻R9、C1串联拓扑，两端分别接入U2运放反向输入端和输出端口，以起反馈积分功能，所述R6电阻相当于匹配电阻，接入运放同向输入端，所述R7、R8串联，一端接地，另一端接终端输出以构成反馈闭环，其电阻分压端接入运放反向输入端，U2运放正向输入端与电阻R6另一端相连，负向输入端则与R7、R8、R9一端连接，而输出则与积分电容一端、NPN/PNP基极、电阻R10一端连通，以起对双极型晶体管的控制作用；所述积分电容C1另一端与电阻R9另一端直连，共同构成阻容积分反馈，电阻R7、R8串联构成分压关系，其R7电阻另一端接参考地电位，电阻R8另一端则引入终端输出反馈信号，以此构建环路状态实现闭环控制；

所述三极管驱动回路由NPN\PNP三极管D1、D2，限流电阻R11、R12、热敏电阻RT1、RT2组成，所述两热敏电阻RT1、RT2分别接正负驱动电源端，其另一端分别与NPN、PNP三极管集电极串接，所述限流电阻R11、R12串联，中间抽头作为终端信号输出接口，串联电阻两端分别与两三极管发射极衔接，所述三极管D1、D2基极并联与电阻R10一端接收来自运放输出的控制。

2.如权利要求1所述的一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路，其特征在于：差分参考信号为V_in和V_inG。

3.如权利要求1所述的一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路，其特征在于：对地单端信号为R5端电压信号。

4.如权利要求1所述的一二次融合小信号高精度高频带可调电压电路，其特征在于：反馈信号为R7、R8串联分压端。

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