CN214205479U - 一种精密的高电压衰减电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种精密的高电压衰减电路，旨在提供一种具有较好隔离特性、具有高的抗干扰性、结构紧凑及生产成本低的精密的高电压衰减电路。本实用新型包括依次电性连接的高压衰减电路模块、差分信号转单端输出模块及模数转换模块，高压衰减电路模块包括继电器、全差分运算放大器、低通滤波电路及差分输出参考电压电路，测试时，继电器将被测信号与测试电路导通，高压经由低通低通滤波电路送至全差分运算放大器衰减，差分输出参考电压电路输出参考电压到全差分运算放大器。本实用新型应用于高电压衰减电路的技术领域。

Description

一种精密的高电压衰减电路

技术领域

本实用新型涉及一种精密的高电压衰减电路。

背景技术

现今，生活中处处充满着科技带给人们的便利性，这些科技产品变得越来高效，越来越智能，而这些高效，智能，稳定的体现相应的是对模拟电子信号的采集越来越高的要求。比如特斯拉汽车对其电源模块的输出电压的实时监控，大疆无人机上对环境传感器转换为模拟电压信号的实时采集，工业自动化测试中对消费类电子产品的电压测量等等。而且现在需要采集的信号越来越复杂，越来越高精度，并且采集环境也越来越恶劣。在电子产品电压采集的电路设计中选型的元器件必须具有较高的CMRR（共模抑制比），高SR（压摆率）以及高的抗干扰能力。现如今在高电压采集的方案中一般都是使用电阻等器件进行分压后采集或者使用仪器仪表测量采集。

现有技术使用电阻等元器件进行分压后采集的方案，在产品输出电压测试采集中，不仅要求精准稳定的测量，还需要不影响产品的输出环境，然而这种方案本身电阻器件已经相当于负载，挂靠在了产品的电压输出端，改变了其输出环境；并且产品整机回流地上的电压随电流一起波动时，在电阻端采集的电压已经不再精准；此外，现有技术采用数字万用表测量采集的方案，在工厂自动化测试中仪表仪器占用空间较大，在定制化的测试设备中很难为其分配空间；而且其价格动辄万元，仅单一应用性价比极低。因此目前需要研发出一种具有较好隔离特性、具有高的抗干扰性、结构紧凑及生产成本低的精密的高电压衰减电路。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种具有较好隔离特性、具有高的抗干扰性、结构紧凑及生产成本低的精密的高电压衰减电路。

本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括依次电性连接的高压衰减电路模块、差分信号转单端输出模块及模数转换模块，所述高压衰减电路模块包括继电器、全差分运算放大器、低通滤波电路及差分输出参考电压电路，测试时，所述继电器将被测信号与测试电路导通，高压经由所述低通滤波电路送至所述全差分运算放大器衰减，所述差分输出参考电压电路输出参考电压到所述全差分运算放大器。

进一步，所述差分信号转单端输出模块包括仪表运算放大器及差-共模电容电路，所述仪表运算放大器用于将全差分信号转为单端输出，所述差-共模电容电路用于滤除信号传输过程中的噪音干扰。

进一步，所述模数转换模块包括微控制单元、模数转换器、电压跟随器及存储芯片，通过串口与所述微控制单元进行通信，所述微控制单元驱动所述模数转换器工作，完成模数转换；所述电压跟随器将电路上的模拟电压与所述模数转换器进行缓冲隔离；通过IIC总线将校准数据存储所述存储芯片内。

本实用新型的有益效果是：相对于现有技术的不足，本实用新型中，通过使用所述全差分运算放大器进行隔离和衰减，所述全差分运算放大器输入端的高阻态特性具有很好的隔离特性，不会在测试中对产品输出环境带来影响；并且差分输入完全不用担心产品回流地上的电压随电流波动而造成的影响；全差分的输出也可以保证在传送过程中的具有高的抗干扰性；此外，本实用新型还通过使用各种集成电路元件，功能性强，体积非常小。而且各功能模块完全可以分开独立，非常适用于定制化测试设备的设计电路，而其价格仅仅在百元左右，极大的节省成本，为自动化测试提供了非常高的实用性和易集成性，使得本实用新型具有较好隔离特性、具有高的抗干扰性、结构紧凑及生产成本低的优点。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是高压衰减电路模块的电路图；

图3是继电器的电路图；

图4是全差分运算放大器的电路图；

图5是低通滤波电路的电路图；

图6是差分输出参考电压电路的电路图；

图7是差分信号转单端输出模块的电路图；

图8是差-共模电容电路的电路图；

图9是仪表运算放大器的电路图；

图10是模数转换模块的电路图；

图11是微控制单元的电路图；

图12是模数转换器的电路图；

图13是电压跟随器的电路图；

图14是存储芯片的电路图。

具体实施方式

如图1至图14所示，在本实施例中，本实用新型包括依次电性连接的高压衰减电路模块1、差分信号转单端输出模块2及模数转换模块3，所述高压衰减电路模块1包括继电器101、全差分运算放大器102、低通滤波电路103及差分输出参考电压电路104，继电器默认将被测信号与测试电路隔离，测试时，所述继电器101将被测信号与测试电路导通，高压经由所述低通滤波电路103（截至频率234HZ）送至所述全差分运算放大器102衰减（1/8倍），输入脚的高阻抗特性决定了其不会改变产品自身的输出环境，而且出色的共模抑制比（140dB）和超低的偏移电压（5uV）保证了输出时的精准性，所述差分输出参考电压电路104输出参考电压到所述全差分运算放大器102，差分输出的参考电压使用低成本的电压跟随器，调节为2.5V的输出即可，以确保差分输出的电压在可控范围内，所述全差分运算放大器102的型号为PGA281，所述差分输出参考电压电路104的型号为OPA2196，相对于现有技术的不足，本实用新型中，通过使用所述全差分运算放大器102进行隔离和衰减，所述全差分运算放大器102输入端的高阻态特性具有很好的隔离特性，不会在测试中对产品输出环境带来影响；并且差分输入完全不用担心产品回流地上的电压随电流波动而造成的影响；全差分的输出也可以保证在传送过程中的具有高的抗干扰性；此外，本实用新型还通过使用各种集成电路元件，功能性强，体积非常小。而且各功能模块完全可以分开独立，非常适用于定制化测试设备的设计电路，而其价格仅仅在百元左右，极大的节省成本，为自动化测试提供了非常高的实用性和易集成性，使得本实用新型具有较好隔离特性、具有高的抗干扰性、结构紧凑及生产成本低的优点。

在本实施例中，所述差分信号转单端输出模块2包括仪表运算放大器201及差-共模电容电路202，所述仪表运算放大器201用于将全差分信号转为单端输出，所述差-共模电容电路202用于滤除信号传输过程中的噪音干扰，提高仪表运放的共模抑制。所述仪表运算放大器201的型号为INA826。

在本实施例中，所述模数转换模块3包括微控制单元301、模数转换器302、电压跟随器303及存储芯片304，通过串口与所述微控制单元301进行通信，所述微控制单元301驱动所述模数转换器302工作，完成模数转换；所述电压跟随器303将电路上的模拟电压与所述模数转换器302进行缓冲隔离；通过IIC总线将校准数据存储所述存储芯片304内，以消除所述模数转换器302的偏差和所述全差分运算放大器102的零点漂移带给整个系统的影响。所述微控制单元301的型号为STM32F103，所述模数转换器302的型号为AD7172-2，所述电压跟随器303的型号为OPA2196，所述存储芯片304的型号为CAT24C32。

校准仪器：万用表（Agilent-34410），直流稳压电源（PSM-2010），连接线。

校准方法：使用万用表并联在直流稳压电源的输出端，通过程控调节直流稳压电源使其输出线性电压。将电路采集模块所得的电压值与万用表的电压值使用最小二乘法进行曲线拟合。 这样便可使我们电路采集得的电压值和标准仪器保持高度一致。

虽然本实用新型的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本实用新型含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。

Claims (3)

1.一种精密的高电压衰减电路，其特征在于：其包括依次电性连接的高压衰减电路模块（1）、差分信号转单端输出模块（2）及模数转换模块（3），所述高压衰减电路模块（1）包括继电器（101）、全差分运算放大器（102）、低通滤波电路（103）及差分输出参考电压电路（104），测试时，所述继电器（101）将被测信号与测试电路导通，高压经由所述低通滤波电路（103）送至所述全差分运算放大器（102）衰减，所述差分输出参考电压电路（104）输出参考电压到所述全差分运算放大器（102）。

2.根据权利要求1所述的一种精密的高电压衰减电路，其特征在于：所述差分信号转单端输出模块（2）包括仪表运算放大器（201）及差-共模电容电路（202），所述仪表运算放大器（201）用于将全差分信号转为单端输出，所述差-共模电容电路（202）用于滤除信号传输过程中的噪音干扰。

3.根据权利要求1所述的一种精密的高电压衰减电路，其特征在于：所述模数转换模块（3）包括微控制单元（301）、模数转换器（302）、电压跟随器（303）及存储芯片（304），通过串口与所述微控制单元（301）进行通信，所述微控制单元（301）驱动所述模数转换器（302）工作，完成模数转换；所述电压跟随器（303）将电路上的模拟电压与所述模数转换器（302）进行缓冲隔离；通过IIC总线将校准数据存储所述存储芯片（304）内。

Images