CN216209427U

CN216209427U - 一种高压直流电压采样电路

Info

Publication number: CN216209427U
Application number: CN202122605271.8U
Authority: CN
Inventors: 韦怀语
Original assignee: Shenzhen NYY Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen NYY Technology Co Ltd
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2031-10-27

Abstract

本实用新型提供了一种高压直流电压采样电路，包括：方波发生电路，采样电压放大电路，与方波发生电路电连接的积分电路，分别与采样电压放大电路、积分电路放大电连接的第一比较器，与第一比较器电连接的光耦隔离电路，与光耦隔离电路电连接的采集电压输出端。积分电路将方波发生电路输出端输出的方波进行处理成三角波电压信号传输至第一比较器。通过方波发生电路与积分电路构成三角波发生电路与采样电压放大电路采集的电压进行比较后，并通过光耦隔离电路进行隔离输出采集电压，而无需采用光耦隔离芯片，降低成本。

Description

一种高压直流电压采样电路

【技术领域】

本实用新型涉及采样电路的技术领域，尤其是涉及一种高压直流电压采样电路。

【背景技术】

众所周知，锂电池，在生产过程中，需要采用双向直流测试电源对锂电池进行化成分容。而该电源上的母线电压采样需要送给副边的数字信号处理器(DSP)上的电压采集端(AD端)，其中，电源电压的采样与控制芯片之间一般需要进行电气隔离。但目前，现有的电压采样电路其一般采用隔离运算放大器配合运算放大器实现电路的隔离，直流母线电压经过电阻网络进行分压或者差分运放放大再分压转化为隔离运算放大器N1可识别的安全电压，再经电阻、电容滤波后经隔离运算放大器N1隔离放大输出，经运算放大器N2与外围电阻组成的差分放大电路放大后给数字信号处理器采集，如图1所示。此方式，虽可对电气进行隔离，但隔离运算放大器N1的成本比较高，而增加成本。

因此，现有技术有待改进和发展。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种高压直流电压采样电路，用于解决现有双向直流测试电源上的电压采样电路采用隔离运算放大器成本高的问题。

本实用新型的技术方案如下：一种高压直流电压采样电路，包括：方波发生电路，采样电压放大电路，与方波发生电路电连接的积分电路，分别与采样电压放大电路、积分电路放大电连接的第一比较器，与第一比较器电连接的光耦隔离电路，与光耦隔离电路电连接的采集电压输出端；

所述积分电路将方波发生电路输出端输出的方波进行处理成三角波电压信号传输至第一比较器，所述采样电压放大电路用于采集母线电压并进行放大，并将放大后的直流电压信号传输给第一比较器；所述第一比较器将输入的三角波电压信号和放大后的直流电压信号进行比较后，给光耦隔离电路输出方波脉冲信号；所述光耦隔离电路将输入的方波脉冲信号进行电气隔离处理后通过采集电压输出端输出采集电压。

进一步的，所述高压直流电压采样电路还包括用于为方波发生电路、积分电路、采样电压放大电路提供参考电压的基准电路。

进一步的，所述方波发生电路包括迟滞比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容；所述基准电路的输出端依次经第一电阻、第二电容接地，所述基准电路的输出端还经第四电阻连接迟滞比较器的输出端；所述迟滞比较器的输出端依次经第三电阻、第二电容连接自身的反向输入端，所述迟滞比较器的同相输入端分别连接第二电容、第三电阻和积分电路的输出端；所述迟滞比较器的反相输入端连接第一电容的输入端，还经第二电阻接地。

进一步的，所述积分电路包括第一放大器、第五电阻、第六电阻、第三电容和第四电容，所述基准电路的输出端经第五电阻连接第一放大器的正向输入端，所述迟滞比较器的输出端依次经第六电阻、第四电容连接第一放大器的输出端，所述第三电容的两端分别连接第一放大器的正向输入端和反向输入端，所述第一放大器的反向输入端还连接第六电阻的输出端，所述第一放大器的输出端与第一比较器的同相输入端连接。

进一步的，所述第一放大器的输出端与迟滞比较器的正向输入端之间串联有第七电阻。

进一步的，所述积分电路还包括第五电容和第八电阻，所述第五电容与第八电阻的两端均分别接地和连接第一放大器的正向输入端。

进一步的，所述采样电压放大电路包括电压采集端、第二放大器、第九电阻、第十电阻和第十一电阻，所述电压采集端经第九电阻连接第二放大器的同相输入端，所述基准电路的输出端还依次经第十电阻和第十一电阻接地，所述第二放大器的同相输入端还连接第十电阻的输出端，所述第二放大器的输出端连接自身的反向输入端以及第一比较器的反向输入端。

进一步的，所述光耦隔离电路包括第一电源端、第二电源端、光耦合器、第十二电阻和第十三电阻，所述第一电源端经第十二电阻连接光耦合器的第一管脚，所述光耦合器的第二管脚连接第一比较器的输出端，所述第二电源端经第十三电阻连接光耦合器的第四管脚，所述光耦合器的第三管脚接地。

进一步的，所述光耦合器的输入端并联有用于误导通的第十四电阻。

进一步的，所述基准电路包括第一电源端、三端稳压源、第十五电阻、第十六电阻、第五电容、第十七电阻和第十八电阻，所述第一电源端分经第十五电阻、第十六电阻连接基准电路的输出端，所述第五电容的两端分别电连接三端稳压源的阴极和阳极，所述第十七电阻与第十八电阻串联后的两端分别连接三端稳压源的阴极和阳极，所述三端稳压源的阴极连接基准电路的输出端、阳极接地、参考端连接第十七电阻的输出端。

本实用新型的有益效果在于：相较于现有技术，本实用新型通过方波发生电路形成方波脉冲信号，再通过积分电路将方波脉冲信号处理形成三角波脉冲信号，且利用采样电压放大电路采集双向直流测试电源上母线电压并进行处理放大，再利用第一比较器比较后输出，输出后的电压信号经光耦隔离电路进行电气隔离后从采集电压输出端输出，以此在双向直流测试电源不影响数字信号处理器电路的情况下，实现数字信号处理器的AD管脚采集到双向直流测试电源上母线电压，起到保护数字信号处理器一侧的电路。相对于现有技术，本实用新型采用方波发生电路与积分电路构成三角波发生电路与采样电压放大电路采集的电压进行比较后，通过光耦隔离电路进行隔离，无需采用光耦隔离芯片，可降低成本。

【附图说明】

图1为现有技术的电路图。

图2为本实用新型方波发生电路、采样电压放大电路以及积分电路的电路图。

图3为本实用新型第一比较器、光耦隔离电路的电路图。

图4为本实用新型基准电路的电路图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。

请参照附图2-4，本实用新型实施例中的一种高压直流电压采样电路。

该高压直流电压采样电路包括：方波发生电路1，采样电压放大电路3，与方波发生电路1电连接的积分电路2，分别与采样电压放大电路3、积分电路2放大电连接的第一比较器U8-B，与第一比较器U8-B电连接的光耦隔离电路4，与光耦隔离电路4电连接的采集电压输出端VBUS_DSP。积分电路2将方波发生电路1输出端输出的方波进行处理成三角波电压信号传输至第一比较器U8-B；采样电压放大电路3用于采集母线电压并进行放大，并将放大后的直流电压信号传输给第一比较器U8-B；第一比较器U8-B将输入的三角波电压信号和放大后的直流电压信号进行比较后，给光耦隔离电路4输出方波脉冲信号；光耦隔离电路4将输入的方波脉冲信号进行电气隔离处理后通过采集电压输出端VBUS_DSP输出采集电压。

本实用新型通过方波发生电路1形成方波脉冲信号，再通过积分电路2将方波脉冲信号处理形成三角波脉冲信号，且利用采样电压放大电路3采集双向直流测试电源上母线电压并进行处理放大，再利用第一比较器U8-B比较后输出，输出后的电压信号经光耦隔离电路4进行电气隔离后从采集电压输出端VBUS_DSP输出，以此在双向直流测试电源不影响数字信号处理器电路的情况下，实现数字信号处理器的AD管脚采集到双向直流测试电源上母线电压，起到保护数字信号处理器一侧的电路。相对于现有技术，本实用新型采用方波发生电路1与积分电路2构成三角波发生电路与采样电压放大电路3采集的电压进行比较后，通过光耦隔离电路4进行隔离，无需采用光耦隔离芯片，可降低成本。

其中，需要说明的，积分电路2输出的三角波脉冲信号用于给第一比较器U8-B提供一个可控的比较电压，以便于与采样电压放大电路3输出的直流电压信号作比较，经第一比较器U8-B比较后输出给光耦隔离电路4并从采集电压输出端VBUS_DSP，进而可降低光耦隔离电路4对精度要求，即电路中所采用的各元器件精度标准即可降低，精度低则成本低，以此可节约电路成本。

具体的，在一实施例中，高压直流电压采样电路还包括用于为方波发生电路1、积分电路2、采样电压放大电路3提供参考电压的基准电路。提供基准电路给方波发生电路1、积分电路2、采样电压放大电路3提供基准电压，为采样电压放大电路3所采集的母线电压提供一个基准，便于采集电压端输出一个随母线电压变化而变化的电压，以让DPS处理获取目前电压的高低。

在一实施例中，方波发生电路1包括迟滞比较器U8-A、第一电阻R75、第二电阻R76、第三电阻R77、第四电阻、第一电容C29和第二电容C33。基准电路的输出端VREF10依次经第一电阻R75、第二电容C29接地，基准电路的输出端VREF10还经第四电阻R78连接迟滞比较器U8-A的输出端。迟滞比较器U8-A的输出端依次经第三电阻R77、第二电容C33连接自身的反向输入端，迟滞比较器U8-A的同相输入端分别连接第二电容C33、第三电阻R77和积分电路2的输出端。迟滞比较器U8-A的反相输入端连接第一电容C29的输入端，还经第二电阻R76接地。

第二电容C29和第三电阻R77构成RC电路，且利用迟滞比较器U8-A输出的电平不同可使RC电路进行充放电，即让第二电容C29的电压升高或降低，且该第二电容C29又作为迟滞比较器U8-A的输入端电压，进而控制迟滞比较器U8-A输出端的跳变，进而产生一定振荡频率的方波信号。

在一实施例中，积分电路2包括第一放大器U7-B、第五电阻R101、第六电阻R100、第三电容C39和第四电容C34。基准电路的输出端VREF10经第五电阻R101连接第一放大器U7-B的正向输入端，迟滞比较器U8-A的输出端依次经第六电阻R100、第四电容C34连接第一放大器U7-B的输出端，第三电容C39的两端分别连接第一放大器U7-B的正向输入端和反向输入端，第一放大器U7-B的反向输入端还连接第六电阻R100的输出端，第一放大器U7-B的输出端与第一比较器U8-B的同相输入端连接。利用第四电容C34充放电的原理配合第一放大器U7-8可将从方波发生电路1输出的方波脉冲信号进行处理形成三角波脉冲信号，其中，利用第六电阻R100可调节三角波的电压赋值。

在一实施例中，第一放大器U7-B的输出端与迟滞比较器U8-A的正向输入端之间串联有第七电阻R81。利用第七电阻R81钳位，可将迟滞比较器U8-A输出的电压稳定，以便于给第一比较器U8-B提供一个参考的比较电压。

在一实施例中，积分电路2还包括第五电容C40和第八电阻R100，第五电容C40与第八电阻R100的两端均分别接地和连接第一放大器U7-B的正向输入端。其中，第五电容C40和第八电阻R100用于滤波。

在一实施例中，采样电压放大电路3包括电压采集端VBUS、第二放大器U7-A、第九电阻、第十电阻R130和第十一电阻R129，电压采集端VBUS经第九电阻连接第二放大器U7-A的同相输入端，基准电路的输出端还依次经第十电阻R130和第十一电阻R129接地，第二放大器U7-A的同相输入端还连接第十电阻R130的输出端，第二放大器U7-A的输出端连接自身的反向输入端以及第一比较器U8-B的反向输入端。具体的，第九电阻可根据用户压降的需求而配置多个电阻。在本实施例中，第九电阻由R128电阻、R124电阻、R125电阻、R126电阻、R127电阻组成。利用电压采集端VBUS采集母线电压，并经第九电阻分压后的低压信息传输给第二放大器U7-A放大并输出得到具有一定赋值的直流电压信号。

在一实施例中，光耦隔离电路4包括第一电源端+12VCC_P、第二电源端+3.3VCC_S、光耦合器U19、第十二电阻和第十三电阻R134，第一电源端+12VCC_P经第十二电阻连接光耦合器U19的第一管脚，光耦合器U19的第二管脚连接第一比较器U8-B的输出端，第二电源端+3.3VCC_S经第十三电阻R134连接光耦合器U19的第四管脚，光耦合器U19的第三管脚接地。具体的，第十二电阻由R133电阻与R132电阻并联，且并联后的一端与第一电源端+12VCC_P连接，另一端与光耦合器U19的第一管脚连接。通过第一电源端+12VCC_P和第二电源端+3.3VCC_S接入电源供电，在第十二电阻和第十三电阻R134进行分压后给光耦合器U19供电，进而，配合光耦合器U19的第二引脚输入第一比较器U8-B输出端输出的方波脉冲信号，可让光耦合器U19导通并通过电压采集端输出与其输入方波脉冲信号相应的脉冲信号，进而实现将双向直流测试电源中母线电压进行电气隔离，并给数字信号处理器输出一个与双向直流测试电源中母线电压相应变化的电压信号，让数字信号处理器实现母线电压采集。

在一实施例中，光耦合器U19的输入端并联有用于误导通的第十四电阻R131。利用第十四电阻R131可抬高光耦合器U19输入端的电流阀值，防止光耦合器U19的误导通，且可在第一电源端+12VCC_P没有电压输入时，作为下拉电阻以提高光耦合器U19的抗干扰性。

在一实施例中，为了让基准电路输出稳定的参考电压，基准电路包括三端稳压源U6、第十五电阻R72、第十六电阻R71、第五电容C28、第十七电阻R73和第十八电阻R74，第一电源端+12VCC_P分经第十五电阻R72、第十六电阻R71连接基准电路的输出端VREF10，第五电容C28的两端分别电连接三端稳压源U6的阴极和阳极，第十七电阻R73与第十八电阻R74串联后的两端分别连接三端稳压源U6的阴极和阳极，三端稳压源U6的阴极连接基准电路的输出端VREF10、阳极接地、参考端连接第十七电阻R73的输出端。

在一实施例中，第一比较器U8-B的反相输入端还分别连接有第十九电阻R123和第一电容C54，第十九电阻R123和第一电容C54的一端均接地，利用第十九电阻R123、第一电容C54滤波，以让输入第一比较器U8-B的反相输入端的电压更加稳定。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种高压直流电压采样电路，其特征在于，包括：方波发生电路，采样电压放大电路，与方波发生电路电连接的积分电路，分别与采样电压放大电路、积分电路放大电连接的第一比较器，与第一比较器电连接的光耦隔离电路，与光耦隔离电路电连接的采集电压输出端；

所述积分电路将方波发生电路输出端输出的方波进行处理成三角波电压信号并传输至第一比较器，所述采样电压放大电路用于采集母线电压并进行放大，并将放大后的直流电压信号传输给第一比较器；所述第一比较器将输入的三角波电压信号和放大后的直流电压信号进行比较后，给光耦隔离电路输出方波脉冲信号；所述光耦隔离电路将输入的方波脉冲信号进行电气隔离处理后通过采集电压输出端输出采集电压。

2.根据权利要求1所述的高压直流电压采样电路，其特征在于，所述高压直流电压采样电路还包括用于为方波发生电路、积分电路、采样电压放大电路提供参考电压的基准电路。

3.根据权利要求2所述的高压直流电压采样电路，其特征在于，所述方波发生电路包括迟滞比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第二电容；所述基准电路的输出端依次经第一电阻、第二电容接地，所述基准电路的输出端还经第四电阻连接迟滞比较器的输出端；所述迟滞比较器的输出端依次经第三电阻、第二电容连接自身的反向输入端，所述迟滞比较器的同相输入端分别连接第二电容、第三电阻和积分电路的输出端；所述迟滞比较器的反相输入端连接第一电容的输入端，还经第二电阻接地。

4.根据权利要求3所述的高压直流电压采样电路，其特征在于，所述积分电路包括第一放大器、第五电阻、第六电阻、第三电容和第四电容，所述基准电路的输出端经第五电阻连接第一放大器的正向输入端，所述迟滞比较器的输出端依次经第六电阻、第四电容连接第一放大器的输出端，所述第三电容的两端分别连接第一放大器的正向输入端和反向输入端，所述第一放大器的反向输入端还连接第六电阻的输出端，所述第一放大器的输出端与第一比较器的同相输入端连接。

5.根据权利要求4所述的高压直流电压采样电路，其特征在于，所述第一放大器的输出端与迟滞比较器的正向输入端之间串联有第七电阻。

6.根据权利要求5所述的高压直流电压采样电路，其特征在于，所述积分电路还包括第五电容和第八电阻，所述第五电容与第八电阻的两端均分别接地和连接第一放大器的正向输入端。

7.根据权利要求6所述的高压直流电压采样电路，其特征在于，所述采样电压放大电路包括电压采集端、第二放大器、第九电阻、第十电阻和第十一电阻，所述电压采集端经第九电阻连接第二放大器的同相输入端，所述基准电路的输出端还依次经第十电阻和第十一电阻接地，所述第二放大器的同相输入端还连接第十电阻的输出端，所述第二放大器的输出端连接自身的反向输入端以及第一比较器的反向输入端。

8.根据权利要求7所述的高压直流电压采样电路，其特征在于，所述光耦隔离电路包括第一电源端、第二电源端、光耦合器、第十二电阻和第十三电阻，所述第一电源端经第十二电阻连接光耦合器的第一管脚，所述光耦合器的第二管脚连接第一比较器的输出端，所述第二电源端经第十三电阻连接光耦合器的第四管脚，所述光耦合器的第三管脚接地。

9.根据权利要求8所述的高压直流电压采样电路，其特征在于，所述光耦合器的输入端并联有用于误导通的第十四电阻。

10.根据权利要求9所述的高压直流电压采样电路，其特征在于，所述基准电路包括第一电源端、三端稳压源、第十五电阻、第十六电阻、第五电容、第十七电阻和第十八电阻，所述第一电源端分经第十五电阻、第十六电阻连接基准电路的输出端，所述第五电容的两端分别电连接三端稳压源的阴极和阳极，所述第十七电阻与第十八电阻串联后的两端分别连接三端稳压源的阴极和阳极，所述三端稳压源的阴极连接基准电路的输出端、阳极接地、参考端连接第十七电阻的输出端。