CN217543226U - 一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，包括分压电路、射级跟随器电路和光耦隔离电路，所述分压电路的输入端外接直流电压信号，所述分压电路的输出端与所述射级跟随器电路的输入端连接，所述射级跟随器电路的输出端与所述光耦隔离电路的输入端连接，所述光耦隔离电路的输出端作为直流电压信号采样电路的输出端。本实用新型提供的一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，能够在满足直流电压信号隔离采样线性度前提下，降低成本，提高实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，属于信号隔离、信号采样技术领域。
背景技术
在工业领域，为实现自动化控制，出于安全及抗电磁干扰的目的，需要对电力设备的直流电压进行线性隔离采样，将直流电压信号幅值转换为微控制器能够接受的范围。目前直流电压信号隔离采样的方法主要有霍尔传感器和线性光耦两类，这两类方法的线性度较好但成本较高，综合来讲性价比不高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，能够在满足直流电压信号隔离采样线性度前提下，降低成本，提高实用性。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，包括分压电路、射级跟随器电路和光耦隔离电路，所述分压电路的输入端外接直流电压信号，所述分压电路的输出端与所述射级跟随器电路的输入端连接，所述射级跟随器电路的输出端与所述光耦隔离电路的输入端连接，所述光耦隔离电路的输出端作为直流电压信号采样电路的输出端。
所述分压电路包括二极管V1、二极管V2、电阻R1、电阻R2和可调电阻RP1，所述二极管V1的阳极和所述二极管V2的阴极作为所述分压电路的输入端，所述二极管V1的阴极连接所述电阻R1的一端，所述二极管V2的阳极连接所述电阻R2的一端，所述电阻R1的另一端连接所述可调电阻RP1的第二引脚和第三引脚，所述电阻R2的另一端连接所述可调电阻RP1的第一引脚和信号地GND1，所述可调电阻RP1的第二引脚和第三引脚连接并作为所述分压电路的输出端。
所述射级跟随器电路包括三极管Q1、电阻R3和电阻R4，所述三极管Q1的第一引脚作为所述射级跟随器电路的输入端，所述三极管Q1的第一引脚连接电阻R3的一端，所述三极管Q1的第三引脚分别与所述电阻R3的另一端和+15V电源连接，所述三极管Q1的第二引脚与所述电阻R4的一端连接，并作为所述射级跟随器电路的输出端，所述电阻R4的另一端连接信号地GND1。
所述三极管Q1为NPN型晶体管。
所述光耦隔离电路包括非线性光耦U1、电阻R5、电阻R6和电容C1，所述电阻R5的一端作为所述光耦隔离电路的输入端，所述电阻R5的另一端与所述非线性光耦U1的第一引脚连接，所述非线性光耦U1的第二引脚连接信号地GND1，所述非线性光耦U1的第五引脚连接+5V电源，所述非线性光耦U1的第四引脚分别连接所述电阻R6的一端和所述电容C1的一端，并作为直流电压信号采样电路的输出端，所述非线性光耦U1的第六引脚与所述电容C1的另一端连接，所述电阻R6的另一端连接信号地GND2。
所述非线性光耦U1的型号为4N25。
所述+15V电源为电气隔离。
所述+5V电源为电气隔离。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，利用光耦隔离电路中非线性光耦在特定输入电流范围内，输出电流与输入电流成线性关系的特性，通过电阻分压、电流放大等电路实现直流电压信号的线性隔离采集，适合于对信号采样精度要求一般的场合，能够节约成本，实用性高。
附图说明
图1为本实用新型一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路的结构框图；
图2为本实用新型一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本发明公开一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，包括依次连接的分压电路、射级跟随器电路、光耦隔离电路。其中分压电路的输入端外接直流电压信号，光耦隔离电路的输出端作为直流电压信号采样电路的输出端。
如图2所示，分压电路包括二极管V1、二极管V2、电阻R1、电阻R2和可调电阻RP1。二极管V1的阳极和二极管V2的阴极分别连接直流电压信号的正端U+_IN和负端U-_IN，二极管V1的阴极连接电阻R1的一端，二极管V2的阳极连接电阻R2的一端，电阻R1的另一端连接可调电阻RP1的第二引脚和第三引脚，电阻R2的另一端连接可调电阻RP1的第一引脚和信号地GND1，可调电阻RP1的第二引脚和第三引脚连接并作为分压电路的输出端。
二极管V1、二极管V2保证当输入直流电压方向正确时，二极管才会导通，电路正常工作，从而防止电路输入电压信号接反，起到保护电路的作用。
电阻R1、电阻R2和可调电阻RP1构成电阻分压电路，通过调节可调电阻为合适的阻值，使得输入直流电压在一定范围内变化时，分压电路的输出电压在相应的范围内变化，从而保证非线性光耦在输出特性的线性区内工作。
射级跟随器电路包括三极管Q1、电阻R3和电阻R4。三极管Q1的第一引脚即基极连接分压电路的输出端，并作为射级跟随器电路的输入端，三极管Q1的第一引脚即基极连接电阻R3的一端，三极管Q1的第三引脚即集电极分别与电阻R3的另一端和+15V电源连接，+15V电源为电气隔离。三极管Q1的第二引脚即发射极与电阻R4的一端连接，并作为射级跟随器电路的输出端，电阻R4的另一端连接信号地GND1。其中，射极跟随器电路的三极管Q1为NPN型晶体管。
射极跟随器的主要特点是：输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数接近于1，从信号源索取的电流小而带负载能力强，因而具有电流放大作用。本实用新型利用射极跟随器的该输出特性，实现输出电压跟随输入电压而输出电流放大的功能，从而能够有效驱动光耦工作。
光耦隔离电路包括非线性光耦U1、电阻R5、电阻R6和电容C1。电阻R5的一端连接射级跟随器电路的输出端，并作为光耦隔离电路的输入端，电阻R5的另一端与非线性光耦U1的第一引脚连接，非线性光耦U1的第二引脚连接信号地GND1，非线性光耦U1的第五引脚连接+5V电源，+5V电源为电气隔离。非线性光耦U1的第四引脚分别连接电阻R6的一端和电容C1的一端，并作为直流电压信号采样电路的输出端U_OUT，电容C1的作用为滤除采样信号中夹杂的干扰信号。非线性光耦U1的第六引脚与电容C1的另一端连接，电阻R6的另一端连接信号地GND2。
其中，非线性光耦U1的型号为4N25。该光耦的隔离电压为5000V，单向传输，其传输特性为：当光耦的输入电流变化范围为1-4mA时，光耦的输出电流随着输入电流成线性关系变化。利用这一特性，通过为电阻R5选取合适的阻值，保证非线性光耦的输入电流在线性工作区范围内变化，从而使得输出电流随着输入电流线性变化，最终保证该直流电压信号采样电路的输出端电压与直流电压输入信号成线性关系。
本实用新型实现了基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，利用非线性光耦在特定输入电流范围内，输出电流与输入电流成线性关系的特性，通过电阻分压、电流放大等电路实现直流电压信号的线性隔离采集，适合于对信号采样精度要求一般的场合，节约了成本，实用性高。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，其特征在于：包括分压电路、射级跟随器电路和光耦隔离电路，所述分压电路的输入端外接直流电压信号，所述分压电路的输出端与所述射级跟随器电路的输入端连接，所述射级跟随器电路的输出端与所述光耦隔离电路的输入端连接，所述光耦隔离电路的输出端作为直流电压信号采样电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，其特征在于：所述分压电路包括二极管V1、二极管V2、电阻R1、电阻R2和可调电阻RP1，所述二极管V1的阳极和所述二极管V2的阴极作为所述分压电路的输入端，所述二极管V1的阴极连接所述电阻R1的一端，所述二极管V2的阳极连接所述电阻R2的一端，所述电阻R1的另一端连接所述可调电阻RP1的第二引脚和第三引脚，所述电阻R2的另一端连接所述可调电阻RP1的第一引脚和信号地GND1，所述可调电阻RP1的第二引脚和第三引脚连接并作为所述分压电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，其特征在于：所述射级跟随器电路包括三极管Q1、电阻R3和电阻R4，所述三极管Q1的第一引脚作为所述射级跟随器电路的输入端，所述三极管Q1的第一引脚连接电阻R3的一端，所述三极管Q1的第三引脚分别与所述电阻R3的另一端和+15V电源连接，所述三极管Q1的第二引脚与所述电阻R4的一端连接，并作为所述射级跟随器电路的输出端，所述电阻R4的另一端连接信号地GND1。
4.根据权利要求3所述的一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，其特征在于：所述三极管Q1为NPN型晶体管。
5.根据权利要求1所述的一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，其特征在于：所述光耦隔离电路包括非线性光耦U1、电阻R5、电阻R6和电容C1，所述电阻R5的一端作为所述光耦隔离电路的输入端，所述电阻R5的另一端与所述非线性光耦U1的第一引脚连接，所述非线性光耦U1的第二引脚连接信号地GND1，所述非线性光耦U1的第五引脚连接+5V电源，所述非线性光耦U1的第四引脚分别连接所述电阻R6的一端和所述电容C1的一端，并作为直流电压信号采样电路的输出端，所述非线性光耦U1的第六引脚与所述电容C1的另一端连接，所述电阻R6的另一端连接信号地GND2。
6.根据权利要求1所述的一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，其特征在于：所述非线性光耦U1的型号为4N25。
7.根据权利要求3所述的一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，其特征在于：所述+15V电源为电气隔离。
8.根据权利要求5所述的一种基于非线性光耦隔离的直流电压信号采样电路，其特征在于：所述+5V电源为电气隔离。
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