CN219871516U - 一种使用pcb板间电容进行高频电压采样的电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，包括：板间电容、信号采集模块、放大模块、整流模块和滤波放大模块；所述板间电容的两个极板之间间隔PCB；所述板间电容的一个极板为高频电压所通过的PCB铜箔，另一个极板为与高频电压所通过的PCB铜箔的正对的另一块PCB铜箔；所述板间电容的另一个极板与所述信号采集模块的输入连接；所述信号采集模块的输出与所述整流模块的输入连接，所述整流模块的输出连接所述滤波放大模块的输入连接。本实用新型提供的使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，使用PCB板本身作为电容的绝缘层，在PCB板上构建采样电容，可以有效的检测到高频电压信号，无需增加硬件成本，易于推广应用。
Description
技术领域
本实用新型属于电子电路技术领域，具体涉及一种使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路。
背景技术
高频手术系统因为相对于传统手术器械的优势，在临床医疗领域，被广泛使用，手术系统的稳定性和安全性尤为重要，需要对输出端的信号进行实时监控，直观的检测输出的电压，电流及功率，对精度和准确度要求越高越好。如何确保采样的准确及很好的抗扰能力，是一个重要的难点。
传统的电压采样方法主要是基于互感器的交流电压采样电路，其存在如下相关问题，1.器件成本，常规的电压采样需要用到互感器/霍尔传感器等采样器件，2.绝缘等级，由于高频手术系统的绝缘等级要求，实际操作中，外部缠绕的线圈需要做打胶处理来提高耐压等级，3. 除此以外,传统的电磁式电流互感器还具有铁磁共振、磁滞效应等不利于测量的因素。
发明内容
本实用新型要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种运用PCB板间电容，达到不需要其他元器件支持，隔离状态下采集高频电压信号的电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是：一种使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，包括：板间电容、信号采集模块、放大模块、整流模块和滤波放大模块；所述板间电容的一个极板为高频电压所通过的PCB铜箔，另一个极板为与高频电压所通过的PCB铜箔的正对的另一块PCB铜箔；所述板间电容的另一个极板与所述信号采集模块的输入连接；所述信号采集模块的输出 与所述整流模块的输入连接，所述整流模块的输出连接所述滤波放大模块的输入连接。
上述方案进一步的改进在于：所述信号采集模块包括正输入、负输入、第一采样电阻、第二采样电阻、第一滤波电容、第二滤波电容、第一二极管、第二二极管、第一限流电阻和第二限流电阻；所述正输入和负输入作为所述信号采集模块的输入与所述板间电容的另一个极板连接；所述正输入和负输入分别通过所述第一采样电阻和第二采样电阻接地；所述正输入和负输入还分别通过所述第一滤波电容和第二滤波电容接地；所述第一二极管的正极连接所述正输入，负极连接所述负输入；所述第二二极管的正极连接所述负输入，负极连接所述正输入；所述正输入和负输入分别串联第一限流电阻和第二限流电阻后输出。
上述方案进一步的改进在于：所述放大模块由第一运算放大器构成；所述第一运算放大器的一个输入连接所述第一限流电阻，另一个输入连接所述第二限流电阻；所述第一运算放大器与所述第一限流电阻连接的输入还通过第三电阻接地；所述第一运算放大器的输出通过第四电阻连接所述第一运算放大器与所述第二限流电阻连接的输入。
上述方案进一步的改进在于：所述整流模块由第二运算放大器构成；所述第二运算放大器的一个输入通过第五电阻连接所述第一运算放大器的输出，另一个输入通过第六电阻接地；所述第二运算放大器的输出连接第三二极管的正极和第四二极管的负极；所述第三二极管的负极连接所述第二运算放大器的与所述第五电阻连接的输入；所述第四二极管的正极通过第八电阻连接所述第三二极管的负极；所述第四二极管的正极为所述整流模块的输出。
上述方案进一步的改进在于：所述滤波放大模块由第三运算放大器构成；所述第三运算放大器的一个输入通过第九电阻连接所述整流模块的输出，另一个输入通过第十一电阻接地；所述第三运算放大器的输出通过第十电阻连接所述第三运算放大器的与第九电阻连接的输入；所述第十电阻与所述第三运算放大器的输入连接的一端，通过第七电阻连接所述第四电阻与所述第一运算放大器的输出连接的一端。
上述方案进一步的改进在于：所述第十电阻并联有第三电容。
本实用新型提供的使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，使用PCB板本身作为电容的绝缘层，在PCB板上构建采样电容，可以有效的检测到高频电压信号，无需增加硬件成本，易于推广应用。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型一个优选的实施例电路结构示意图。
图2是在PCB上构建板间电容示意图。
图3是本实用新型一个优选的实施例测试效果图。
具体实施方式
实施例
本实施例的使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，如图1所示，包括：板间电容、信号采集模块、放大模块、整流模块和滤波放大模块。
其中，板间电容用于感应高频电压信号，信号采集模块用于对信号进行采集，放大模块用于对采集到的信号进行放大，整流模块用于对信号精确整流，波放大模块对整流后的信号进行放大和输出。
如图2所示，本实施例的PCB共分4层，红色第一次层，棕色第二层，浅蓝色为第三层，深蓝色为第四层；第二层为高频电压信号层。选其中的部分铜箔作为板间电容的一个极板。在第三层上对应的位置，设置对应的铜箔C，作为板间电容的另一个极板；从而拾取第二层的高频电压信号。板间电容两个极板之间的绝缘层为PCB本身。这样，相当于高频电压信号连接了电容的一个极板，另一个极板上即可进行采集。可以通过改变铜箔的面积来调整板间电容的容值，以适应具体监控的高频电压信号的频率。板间电容的另一个极板与信号采集模块的输入连接；信号采集模块的输出 与整流模块的输入连接，整流模块的输出连接滤波放大模块的输入连接。
如图1，信号采集模块包括正输入和负输入，两者均与板间电容的另一个极板连接，分别用于信号的正压、负压的采集。正输入和负输入分别通过第一采样电阻R1和第二采样电阻R2接地，第一采样电阻R1和第二采样电阻R2将电流信号转成电压信号；正输入和负输入还分别通过第一滤波电容C1和第二滤波电容C2接地；第一滤波电容C1和第二滤波电容C2为共模滤波抑制电容，用于滤除杂波。第一二极管D1的正极连接正输入，负极连接负输入；第二二极管D2的正极连接负输入，负极连接正输入，第一二极管D1和第二二极管D2反向并联，为钳位二极管；经过以上处理后，正输入和负输入分别串联第一限流电阻R11和第二限流电阻R12后输出。
放大模块由第一运算放大器U1A构成；信号采集模块包括正输入和负输入分别串联第一限流电阻R11和第二限流电阻R12后的输出分别连接第一运算放大器U1A的两个输入；第一运算放大器U1A与第一限流电阻R11连接的输入还通过第三电阻R3接地；第一运算放大器U1A的输出通过第四电阻R4连接第一运算放大器U1A与第二限流电阻R12连接的输入，第四电阻R4为运放跟随电阻。
整流模块由第二运算放大器U1B构成；第二运算放大器U1B的一个输入通过第五电阻R5连接第一运算放大器U1A的输出，另一个输入通过第六电阻R6接地；第二运算放大器U1B的输出连接第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极；第三二极管D3的负极连接第二运算放大器U1B的与第五电阻R5连接的输入；第四二极管D4的正极通过第八电阻R8连接第三二极管D3的负极；第四二极管D4的正极为整流模块的输出。第三二极管D3和第四二极管D4相当于并联关系，在高频过零正弦波中交替导通与运放第二运算放大器U1B构成负反馈；第八电阻R8、第三二极管D3串联，形成正弦波负压部分的负反馈回路。
滤波放大模块由第三运算放大器U2A构成；第三运算放大器的一个输入通过第九电阻R9连接整流模块的输出，另一个输入通过第十一电阻R11接地；第三运算放大器U2A的输出通过第十电阻R10连接第三运算放大器U2A的与第九电阻R9连接的输入；第十电阻R10与第三运算放大器的输入连接的一端，通过第七电阻R7连接第四电阻R4与第一运算放大器U1A的输出连接的一端。第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9与第二运算放大器U1B组成信号放大部分，其中第七电阻R7和第九电阻R9构成并联关系，作为信号的匹配电阻。第十电阻R10并联有第三电容C3做信号滤波用。第十电阻R10和第十一电阻R11并联做信号放大系数匹配作用。第三运算放大器U2A输出，提供给后续单片机等电路进行数据处理、监测和控制之用。
如图3所示，为本实施例的使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路所拾取的被侧高频电压信号A与原信号B的波形对比。基本完全还原波形，同时还能有效滤除杂波，让波形更平滑。
本实用新型不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，其特征在于，包括：板间电容、信号采集模块、放大模块、整流模块和滤波放大模块；所述板间电容的一个极板为高频电压所通过的PCB铜箔，另一个极板为与高频电压所通过的PCB铜箔的正对的另一块PCB铜箔；所述板间电容的另一个极板与所述信号采集模块的输入连接；所述信号采集模块的输出 与所述整流模块的输入连接，所述整流模块的输出连接所述滤波放大模块的输入连接。
2.根据权利要求1所述的使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，其特征在于：所述信号采集模块包括正输入、负输入、第一采样电阻、第二采样电阻、第一滤波电容、第二滤波电容、第一二极管、第二二极管、第一限流电阻和第二限流电阻；所述正输入和负输入作为所述信号采集模块的输入与所述板间电容的另一个极板连接；所述正输入和负输入分别通过所述第一采样电阻和第二采样电阻接地；所述正输入和负输入还分别通过所述第一滤波电容和第二滤波电容接地；所述第一二极管的正极连接所述正输入，负极连接所述负输入；所述第二二极管的正极连接所述负输入，负极连接所述正输入；所述正输入和负输入分别串联第一限流电阻和第二限流电阻后输出。
3.根据权利要求2所述的使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，其特征在于：所述放大模块由第一运算放大器构成；所述第一运算放大器的一个输入连接所述第一限流电阻，另一个输入连接所述第二限流电阻；所述第一运算放大器与所述第一限流电阻连接的输入还通过第三电阻接地；所述第一运算放大器的输出通过第四电阻连接所述第一运算放大器与所述第二限流电阻连接的输入。
4.根据权利要求3所述的使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，其特征在于：所述整流模块由第二运算放大器构成；所述第二运算放大器的一个输入通过第五电阻连接所述第一运算放大器的输出，另一个输入通过第六电阻接地；所述第二运算放大器的输出连接第三二极管的正极和第四二极管的负极；所述第三二极管的负极连接所述第二运算放大器的与所述第五电阻连接的输入；所述第四二极管的正极通过第八电阻连接所述第三二极管的负极；所述第四二极管的正极为所述整流模块的输出。
5.根据权利要求4所述的使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，其特征在于：所述滤波放大模块由第三运算放大器构成；所述第三运算放大器的一个输入通过第九电阻连接所述整流模块的输出，另一个输入通过第十一电阻接地；所述第三运算放大器的输出通过第十电阻连接所述第三运算放大器的与第九电阻连接的输入；所述第十电阻与所述第三运算放大器的输入连接的一端，通过第七电阻连接所述第四电阻与所述第一运算放大器的输出连接的一端。
6.根据权利要求5所述的使用PCB板间电容进行高频电压采样的电路，其特征在于：所述第十电阻并联有第三电容。
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