CN220234658U - 一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑及电源装置 - Google Patents

Abstract

根据本实用新型的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑包括：调幅调制加高压电容电路，该调幅调制加高压电容电路包括信号调制侧电路和信号还原侧电路，所述信号调制侧电路和所述信号还原侧电路通过高压电容电路连接，所述高压电容电路具有用于将所述信号调制侧电路的调制波无延时传输至所述信号还原侧电路的高压电容。

Description

一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑及电源装置

技术领域

本实用新型涉及一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，具体涉及对交、直流模拟信号进行高电气隔离度、高速度、高线性度的采样和传输技术，属于工业控制技术。

背景技术

在污染物的净化处理、交直流中高压电能传输、风光电新能源发电、中高压电机驱动控制、高能物理实验等领域，都需要对KV级以上的交、直流电压和电流进行高电气隔离度的模拟采样和传输，将采样到的信号实时地反馈至控制系统，进而做出实时的控制策略，以维持上述各类系统或装置稳定可靠运行。因此，这样的信号采样装置，必须同时具备以下几个技术要素：

(1)KV级以上的高电气隔离度；

(2)1％以上高线性度，高精度；

(3)几个uS级以下的响应速度；

(4)交直流兼容；

(5)低成本，小体积；

根据调查，在上述领域里，有各种各样的技术方案，已经有数百种专利注册。可惜这些方案都很难兼顾这5个要素的。普遍的情况是：

(1)采用磁隔离(高压)耦合(信号)，很难做到10KV以上的隔离，能做到10KV以上隔离，其体积和成本也很难被用户接受；

(2)采用光耦隔离(高压)耦合(信号)，基本做不到10KV以上的隔离，即使做到，精度和线性度很难满足用户需求，且使用寿命有限制；

(3)采用电容隔离(高压)耦合(信号)，市场各大半导体厂商普遍采用此技术，可惜此电容都集成在芯片里，电气隔离强度就可想而知了，因此只能在1-2KV的量级里使用；

(4)鲜有采用外置高压电容进行隔离(高压)耦合(信号)，可惜信号的传输方式采用的是PWM(脉冲调宽)调制方式，造成响应速度是mS级，太慢了。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高频载波调幅调制电路、信号调制侧电路、对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑、对交、直流模拟信号进行高电气隔离度采样和传输的电路拓扑及电源装置，以解决上述现有技术中存在的问题。

本实用新型对0-50Hz的交、直流高压，通过提供的两种技术方案，较好地兼顾了5个技术要素，实现了高精度、高速度的信号采样和传输。

为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，提供了一种高频载波调幅调制电路，包括载波发生器以及调幅调制器，所述载波发生器的输入端连接高压地，输出端连接所述调幅调制器第一输入端，所述调幅调制器第二输入端连接信号调理电路的输出端。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，包括上述的高频载波调幅调制电路。

在一个示例中，还包括高压电阻分压网络电路、信号调理电路、高压电容电路、有源检波电路、选频滤波电路、低通滤波信号缓冲电路，其中，所述高压电阻分压网络电路、所述信号调理电路、所述高频载波调幅调制电路、所述高压电容电路、所述有源检波电路、所述选频滤波电路、所述低通滤波信号缓冲电路依次串接。

在一个示例中，所述高压电阻分压网络电路包括电源、第一电阻、至少一个第二电阻以及第一电容，所述第一电阻、所述第二电阻串联并与所述电源并联，所述第一电容与所述第一电阻并联，第一电阻一端接高压地，另一端作为输出端连接所述信号调理电路，输出电压为分压Vi。

在一个示例中，所述信号调理电路包括第一运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻，所述第一运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第六电阻，所述第五电阻的一端连接所述第一运算放大器反向输入端，另一端接高压地，所述第一运算放大器正向输入端与所述高压电阻分压网络电路输出端之间接有所述第四电阻，所述信号调理电路将采样到的原始信号滤除噪声，然后进入所述高频载波调幅调制电路。

在一个示例中，所述高压电容电路包括第一高压电容和第二高压电容，所述第一高压电容一端连接所述调幅调制器输出端，另一端连接所述有源检波电路，所述第二高压电容一端连接高压地，另一端连接信号地。

在一个示例中，所述第一高压电容和所述第二高压电容均是外置的。

在一个示例中，所述有源检波电路的输入端与所述高压电容电路连接，所述有源检波电路的输出端与所述选频滤波电路连接，所述有源检波电路对传输过来的调制波进行检波。

在一个示例中，所述选频滤波电路包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻、第一电感、第二电容，所述第二运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第八电阻，所述第一电感和所述第二电容串联后与所述第八电阻并联，所述第七电阻的一端连接所述第二运算放大器正向输入端，另一端连接所述有源检波电路的输出端。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑在电源装置中的应用，所述电源装置设置在气体净化装置以及医疗检测装置中。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种信号调制侧电路，包括：依次串联连接的高压电阻分压网络电路、信号调理电路、高频载波调幅调制电路，其中，所述信号调理电路包括第一运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻，所述第一运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第六电阻，所述第五电阻的一端连接所述第一运算放大器反向输入端，另一端接高压地，所述第一运算放大器正向输入端与所述高压电阻分压网络电路输出端之间接有所述第四电阻，所述信号调理电路将采样到的原始信号滤除噪声，然后进入所述高频载波调幅调制电路。

在一个示例中，所述高频载波调幅调制电路包括载波发生器以及调幅调制器，所述载波发生器的输入端连接高压地，输出端连接所述调幅调制器第一输入端，所述调幅调制器第二输入端连接所述第一运算放大器的输出端。

在一个示例中，所述高压电阻分压网络电路包括电源、第一电阻、至少一个第二电阻以及第一电容，所述第一电阻、所述第二电阻串联并与所述电源并联，所述第一电容与所述第一电阻并联，第一电阻一端接高压地，另一端作为输出端连接所述信号调理电路，输出电压为分压Vi。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对交、直流模拟信号进行高电气隔离度采样和传输的电路，包括上述的信号调制侧电路。

在一个示例中，还包括信号还原侧电路，所述信号调制侧电路和所述信号还原侧电路通过高压电容电路连接。

在一个示例中，所述信号还原侧电路具有依次电连接的有源检波电路、选频滤波电路、低通滤波信号缓冲电路。

在一个示例中，所述高压电容电路包括第一高压电容和第二高压电容，所述第一高压电容一端连接调幅调制器输出端，另一端连接所述有源检波电路，所述第二高压电容一端连接高压地，另一端连接信号地，所述第一高压电容和所述第二高压电容均是外置的。

在一个示例中，所述选频滤波电路包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻、第一电感、第二电容，所述第二运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第八电阻，所述第一电感和所述第二电容串联后与所述第八电阻并联，所述第七电阻的一端连接所述第二运算放大器正向输入端，另一端连接所述有源检波电路的输出端。

在一个示例中，所述低通滤波信号缓冲电路包括第三运算放大器、第九电阻、第三电容，所述第三运算放大器反向输入端和输出端连接，所述第三运算放大器正向输入端和所述第二运算放大器输出端之间接有所述第九电阻，所述第三运算放大器正向输入端和信号地之间接有所述第三电容。

根据本实用新型的一个方面，提供了对交、直流模拟信号进行高电气隔离度采样和传输的电路在电源装置中的应用，所述电源装置设置在气体净化装置以及医疗检测装置中。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，包括调幅调制加高压电容电路，该调幅调制加高压电容电路包括信号调制侧电路和信号还原侧电路，所述信号调制侧电路和所述信号还原侧电路通过高压电容电路连接，所述高压电容电路具有用于将所述信号调制侧电路的调制波无延时传输至所述信号还原侧电路的高压电容，所述高压电容采用独立设置且耐受高压。

在一个示例中，所述调幅调制加高压电容电路包括依次串接的高压电阻分压网络电路、信号调理电路、高频载波调幅调制电路、高压电容电路、有源检波电路、选频滤波电路、低通滤波信号缓冲电路。

在一个示例中，所述信号调理电路包括第一运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻，所述第一运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第六电阻，所述第五电阻的一端连接所述第一运算放大器反向输入端，另一端接高压地，所述第一运算放大器正向输入端与所述高压电阻分压网络电路输出端之间接有所述第四电阻，所述信号调理电路将采样到的原始信号滤除噪声，然后进入所述高频载波调幅调制电路，

在一个示例中，所述高频载波调幅调制电路包括载波发生器以及调幅调制器，所述载波发生器的输入端连接高压地，输出端连接所述调幅调制器第一输入端，所述调幅调制器第二输入端连接所述第一运算放大器的输出端。

在一个示例中，所述高压电容电路包括第一高压电容和第二高压电容，所述第一高压电容一端连接所述调幅调制器输出端，另一端连接所述有源检波电路，所述第二高压电容一端连接高压地，另一端连接信号地。

在一个示例中，所述有源检波电路的输入端与所述高压电容电路连接，所述有源检波电路的输出端与所述选频滤波电路连接，所述有源检波电路对传输过来的调制波进行检波。

在一个示例中，所述选频滤波电路包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻、第一电感、第二电容，所述第二运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第八电阻，所述第一电感和所述第二电容串联后与所述第八电阻并联，所述第七电阻的一端连接所述第二运算放大器正向输入端，另一端连接所述有源检波电路的输出端。

在一个示例中，所述低通滤波信号缓冲电路包括第三运算放大器、第九电阻、第三电容，所述第三运算放大器反向输入端和输出端连接，所述第三运算放大器正向输入端和所述第二运算放大器输出端之间接有所述第九电阻，所述第三运算放大器正向输入端和信号地之间接有所述第三电容。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，包括：调频调制加高压电容电路，该调频调制加高压电容电路包括信号调制侧和信号还原侧，所述信号调制侧和所述信号还原侧通过高压电容电路连接，所述信号调制侧具有依次电连接的高压电阻分压网络电路、调理电路、高频载波调频调制电路，所述信号还原侧具有依次电连接的相敏检波电路、选频滤波电路、低通滤波输出缓冲电路。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑在电源装置中的应用，所述电源装置设置在气体净化装置或医疗检测装置中。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，包括：依次串接的高压电阻分压网络电路、信号调理电路、高频载波调幅调制电路、高压电容电路、有源检波电路、选频滤波电路、低通滤波信号缓冲电路。

在一个示例中，其中，所述高压电阻分压网络电路包括电源、第一电阻、至少一个第二电阻以及第一电容，所述第一电阻、所述第二电阻串联并与所述电源并联，所述第一电容与所述第一电阻并联，第一电阻一端接高压地，另一端作为输出端连接所述信号调理电路，输出电压为分压Vi。

在一个示例中，其中，所述信号调理电路包括第一运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻，所述第一运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第六电阻，所述第五电阻的一端连接所述第一运算放大器反向输入端，另一端接高压地，所述第一运算放大器正向输入端与所述高压电阻分压网络电路输出端之间接有所述第四电阻，所述信号调理电路将采样到的原始信号滤除噪声，然后进入所述高频载波调幅调制电路。

在一个实施例中，高压电阻分压网络电路实现高电压采样的第一步，通过信号调理电路，将采样到的原始信号滤除噪声，调整到合适电平，然后进入所述高频载波调幅调制电路。

在一个示例中，其中，所述高频载波调幅调制电路包括载波发生器以及调幅调制器，所述载波发生器的输入端连接高压地，输出端连接所述调幅调制器第一输入端，所述调幅调制器第二输入端连接所述第一运算放大器的输出端。

在一个示例中，所述高压电容电路包括第一高压电容和第二高压电容，所述第一高压电容一端连接所述调幅调制器输出端，另一端连接所述有源检波电路，所述第二高压电容一端连接高压地，另一端连接信号地，所述第一高压电容和所述第二高压电容均是外置的。

在一个示例中，所述有源检波电路的输入端与所述高压电容电路连接，所述有源检波电路的输出端与所述选频滤波电路连接，所述有源检波电路对传输过来的调制波进行检波。

在一个示例中，所述选频滤波电路包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻、第一电感、第二电容，所述第二运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第八电阻，所述第一电感和所述第二电容串联后与所述第八电阻并联，所述第七电阻的一端连接所述第二运算放大器正向输入端，另一端连接所述有源检波电路的输出端。

在一个示例中，所述低通滤波信号缓冲电路包括第三运算放大器、第九电阻、第三电容，所述第三运算放大器反向输入端和输出端连接，所述第三运算放大器正向输入端和所述第二运算放大器输出端之间接有所述第九电阻，所述第三运算放大器正向输入端和信号地之间接有所述第三电容。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，包括调频调制加高压电容电路，该调频调制加高压电容电路包括信号调制侧和信号还原侧，所述信号调制侧和所述信号还原侧通过高压电容电路连接，所述信号调制侧具有依次电连接的高压电阻分压网络电路、调理电路、高频载波调频调制电路，所述信号还原侧具有依次电连接的相敏检波电路、选频滤波电路、低通滤波输出缓冲电路。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑在电源装置中的应用，所述电源装置设置在气体净化装置以及医疗检测装置中。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对交、直流模拟信号进行高电气隔离度采样和传输的电路，包括调幅调制加高压电容电路，该调幅调制加高压电容电路包括信号调制侧和信号还原侧，所述信号调制侧和所述信号还原侧通过高压电容电路连接，所述信号调制侧具有依次电连接的高压电阻分压网络电路、信号调理电路、高频载波调幅调制电路，所述信号还原侧具有依次电连接的有源检波电路、选频滤波电路、低通滤波信号缓冲电路。

在一个示例中，高压电阻分压网络电路实现高电压采样的第一步，通过信号调理电路，将采样到的原始信号滤除噪声，调整到合适电平，然后进入所述高频载波调幅调制电路。

在一个示例中，所述信号还原侧的所述有源检波电路对传输过来的调制波进行检波。

在一个示例中，所述高压电容电路具有高压电容，所述高压电容是外置的。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种对交、直流模拟信号进行高电气隔离度采样和传输的电路，包括：调频调制加高压电容电路，该调频调制加高压电容电路包括信号调制侧和信号还原侧，所述信号调制侧和所述信号还原侧通过高压电容电路连接，所述信号调制侧具有依次电连接的高压电阻分压网络电路、调理电路、高频载波调频调制电路，所述信号还原侧具有依次电连接的相敏检波电路、选频滤波电路、低通滤波输出缓冲电路。

附图说明

图1a是本实用新型的实施例中的调幅调制+高压电容技术方案；

图1b是本实用新型的实施例中的调频调制+高压电容技术方案；

图2是本实用新型的实施例中直流高压模拟信号隔离采样和传输电路示意图；

图3是本实用新型的实施例中的调制波波形图；

图4是本实用新型的实施例中调幅调制波检波以后的波形；

图5是本实用新型的实施例中直流30KV高压模拟信号采样传输的延时时间示意图；

图6是本实用新型的实施例中交流高压模拟信号隔离采样和传输电路示意图；

图7是本实用新型的实施例中图6的运行结果示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本实用新型的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本实用新型范围的限制，而只是为了说明本实用新型技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

在以下描述中，为了清楚展示本实用新型的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

实施例

本实施例提供了一种对交、直流模拟信号进行高电气隔离度采样和传输的拓扑电路。

图1a是本实用新型的实施例中的调幅调制+高压电容技术方案；图1b是本实用新型的实施例中的调频调制+高压电容技术方案；本实施例提供的这两种技术方案，本质相同，技术手段略有差别。

以下为了简要说明本实施例的技术原理，对图1a所示的调幅调制+高压电容技术方案，进行详细阐述，并提供其实施例，证明两种技术方案的可行性和有效性。

如图1a所示，调幅调制加高压电容电路包括信号调制侧电路和信号还原侧电路。

如图2所示，调幅调制加高压电容电路包括依次串接的高压电阻分压网络电路10、信号调理电路20、高频载波调幅调制电路30、高压电容电路40、有源检波电路50、选频滤波电路60、低通滤波信号缓冲电路70。

信号调制侧电路和信号还原侧电路通过高压电容电路40连接，信号调制侧电路具有依次串接的高压电阻分压网络电路10、信号调理电路20、高频载波调幅调制电路30，信号还原侧电路具有依次串接的有源检波电路50、选频滤波电路60、低通滤波信号缓冲电路70。

图1a所示的技术方案，则是对1MHz载波进行调幅调制，图1b所示的技术方案，则是对1MHz载波进行调频调制。

实施例1

直流高压模拟信号隔离采样和传输。

本实施例的信号调制侧，高压电阻分压网络实现高电压采样的第一步，通过信号调理电路，将采样到的原始信号滤除噪声，调整到合适电平，然后进入关键的信号调制电路，调制电路的功能是将采样到的频宽0-50Hz交直流信号，对1MHz等幅正弦波(通常波幅1V)进行调幅调制。此等幅正弦波称为载波。

如图2所示，高压电阻分压网络电路10包括电源、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一电容C1，所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3串联并与所述电源并联，所述第一电容C1与所述第一电阻R1并联，第一电阻R1一端接高压地，另一端作为输出端连接信号调理电路，输出电压为分压Vi。

信号调理电路20包括第一运算放大器U1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，第一运算放大器U1反向输入端和输出端之间接有第六电阻R6，第五电阻R5的一端连接第一运算放大器U1反向输入端，另一端接高压地G1，第一运算放大器U1正向输入端与高压电阻分压网络电路输出端之间接有第四电阻。

信号调理电路20将采样到的原始信号滤除噪声，调整到合适电平，然后进入所述高频载波调幅调制电路。

高频载波调幅调制电路30包括载波发生器31以及基于乘法器的调幅调制器32，载波发生器31的输入端连接高压地G1，输出端连接调幅调制器32第一输入端，调幅调制器32第二输入端连接第一运算放大器U1输出端。(调制电路的功能是将采样到的频宽0-50Hz交直流信号，对1MHz等幅正弦波(通常波幅1V)进行调幅调制。此等幅正弦波称为载波)

高压电容电路40包括第一高压电容C4和第二高压电容C5，第一高压电容C4一端连接调幅调制器输出端，另一端连接有源检波电路。

第二高压电容C5一端连接高压地G1，另一端连接信号地X1。

通过图1a的调幅调制+高压电容技术方案得到的如图3所示的调幅调制波的波形，其中，图中2条虚线X1，是1MHz载波X2的包络线，此包络线等比例于0-50Hz的采样信号波形。很明显，采样到的带宽为0-50Hz的波形信息，全部无延时地记录到1MHz的载波上了。

图2中2颗高压陶瓷电容C4和C5，将调制波无延时传输至下级(有源检波)(相敏检波)电路，同时对30KV以下的高压电气实现了有效隔离，现有技术中采用磁或光隔离(高压)耦合(信号)，基本做不到10KV以上的隔离，而采用电容隔离(高压)耦合(信号)的电容又设置在线路板中，容量较小，不能用于高压电路。与现有技术相比，本实施例中采用独立设置在线路板外部的高压陶瓷电容，可耐更高的电压，比传输方式采用的是PWM(脉冲调宽)调制方式，响应速度更是快上很多。

信号还原侧：

在本实施例的信号还原侧，有源检波电路50的输入端与高压电容电路40连接，有源检波电路50的输出端与选频滤波电路60连接，有源检波电路50对传输过来的调制波，进行检波。

检波就是将图3中的波形，转换成图4所示的波形。

如图4所示，检波后的波形仍然包含了信号波形的全部信息，只需要滤除残余的载波，即可无失真的还原采样到的信号波形。

选频滤波电路60包括第二运算放大器U2、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电感L1、第二电容C2，第二运算放大器U2反向输入端和输出端之间接有第八电阻R8，第一电感L1和第二电容C2串联后与第八电阻并联R8，第七电阻R7的一端连接第二运算放大器U2正向输入端，另一端连接有源检波电路的输出端。

低通滤波信号缓冲电路70包括第三运算放大器U3、第九电阻R9、第三电容C3，第三运算放大器U3反向输入端和输出端连接，第三运算放大器U3正向输入端和第二运算放大器U2输出端之间接有第九电阻R9，第三运算放大器U3正向输入端和信号地X1之间接有第三电容C3。第三运算放大器U3的输出端输出电压Vout。

由于本实施例采用纯正弦波的调制方法，所以比绝大多数采用PWM波调制的方法，频谱单纯了N多倍，因此，本实施例检波后的采用的滤波电路比后者的滤波电路，要简单高效N多倍，同时滤波所造成的的信号延迟，也比后者降低了N多倍。滤波以后的信号，已还原成原来样子，此时只需要加以阻抗变换，即可方便、可靠、干净地被系统的后级电路采用。

图2为直流30KV高压模拟信号隔离采样和传输电路示意图。

隔离直流高压的电路参数相对简单，电路设计时掌握好各个环节的主要技术参数如下：

(1)信号电平，等同于无须隔离的信号采集电平，本例选0-3V。调幅调制器。(选用基于模拟乘法器的调幅调制电路拓扑，当然也可选择其他调幅调制方案。

(2)载波频率选取，选取的准则是保证信号传输发生的最大延时不超过最大所允许值。换言之，最大允许延时越短，载波频率必须越高。因为造成信号传输延时的主要因素是后级低通滤波器的时间常数。因此，载波频率至少10倍于滤波器的折转频率。

本实施例中，最大允许延迟时间：Tdelay＜20uS，

则滤波器时间常数：τ滤波＜Tdelay/5＝4uS

滤波器的转折频率：F＝1/τ滤波＝1/4uS＝250KHz

所以载波频率确定为：2.5MHz

按照以上参数运行，本实施例的实际传输延时Tdelay＝11.16uS。

如图5所示，其Vout波形和Vin波形实际传输延时Tdelay＝11.16uS。末级低通滤波器R＝1k C＝4nF，这么小的滤波电容，已经把2.5MHz的载波滤得非常干净了，Vout非常光洁。稳态的Vout＝2.985V，精度达到0.5％。

(3)高压电容容值计算

根据调幅调制的基本原理，调制波的频谱为F±2X f最高信号频率，本实施例中信号是直流，所以调制波的频谱为单一的2.5MHz。容值选择原则是信号在高压电容上的压降VC隔离＜0.003V，即：保证信号传输的衰减幅度在0.1％以内，从而保证本实例的信号传输精度在0.5％以内；又因为检波器的输入阻抗Zi检波＝1k，故：Zc隔离＜1Ω，即可保证VC隔离＜0.003V。也就是C隔离造成的信号衰减＜0.1％。由Zc隔离＜1Ω算得C隔离＞64nF又因为2颗C隔离在信号耦合回路中是串联关系，所以实际每颗C隔离＝128nF。考虑128nF/30KV高压电容体积大，价格昂贵，可以提高载波频率，到10MHz，C隔离可缩小到33nF/30KV。体积和成本可以降低4倍，也可获得同样的信号传输质量。

陷波器的设计，中心频率直接选用载波频率即可。由于陷波器中心频率＝2.5MHz，是后级低通滤波器的转折频率250KHz的10倍，所以对信号传输的影响几乎等于0。

本实施例还提供了一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，包括调频调制加高压电容电路，该调频调制加高压电容电路包括信号调制侧和信号还原侧，所述信号调制侧和所述信号还原侧通过高压电容电路连接，所述信号调制侧具有依次电连接的高压电阻分压网络电路、调理电路、高频载波调频调制电路，所述信号还原侧具有依次电连接的相敏检波电路、选频滤波电路、低通滤波输出缓冲电路。

上述的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑可广泛应用于各种电源装置中，具体地，应用于气体净化装置、交通工具以及医疗检测装置中。

本实施例还提供一种电源装置，包括上述的模拟信号采样传输电路。

本实施例还提供一种气体净化装置，包括上述的模拟信号采样传输电路。

本实施例还提供一种交通工具，包括气体净化装置，包括上述的模拟信号采样传输电路，交通工具包括汽车、船、飞机等。

本实施例还提供一种医疗检测装置，包括上述的模拟信号采样传输电路，医疗检测装置包括CT、X光机以及核磁共振设备。

实施例2

交流高压模拟信号隔离采样和传输

本实施例中，实现对交流30KV 50Hz高压隔离采样和传输。

由于信号频谱是单一50Hz，比较近似于直流，故实施例2的电路拓扑和主要参数选择，几乎可以等值移植实施例1，只是实施例2的电路拓扑中的高压电阻分压网络电路10a和信号调理电路20a与实施例1中的高压电阻分压网络电路10和信号调理电路20不同，其余电路相同：

图6为交流30KVpeak高压模拟信号隔离采样和传输电路示意图。

如图6所示，高压电阻分压网络电路10a包括电源、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一电容C1，所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3串联并与所述电源并联，所述第一电容C1与所述第三电阻R3并联，第三电阻R3的两端d1、d2，作为输出端连接信号调理电路20a，输出电压为分压VR13。

信号调理电路20a包括第一运算放大器U1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第十电阻R10，第一运算放大器U1反向输入端和输出端之间接有第十电阻R10，第四电阻R4的一端连接第一运算放大器U1反向输入端，另一端接输出端d2，第一运算放大器U1正向输入端与高压电阻分压网络电路输出端d1之间接有第五电阻R5，第六电阻R6的一端连接第一运算放大器U1正向输入端，另一端连接高压地G1。

信号调理电路20a将采样到的原始信号滤除噪声，调整到合适电平，然后进入所述高频载波调幅调制电路。

如图6所示，电路拓扑电路上几乎和直流采样一样，在信号调理部分，注意2点，其一，在单电源供电时，需要加1/2Vcc的直流偏置。以保证交流信号有最大的动态范围；其二，采用差分取样电路，可以进一步协助隔离电容C4，C5降低高压侧向信号输出侧的交流高压漏电流。提高信号质量。

实施例中,R1、R2、R3串联，信号VR13＝3V，3V是峰值，频率是50Hz；信号传输延时，也是约20uS以内。

C4，C5，对高压侧50Hz高压30KV，向信号输出侧有漏电影响，这2颗电容的容抗，在30KV 50Hz高电压的作用下，不应产生2mA以上的漏电。掌握如此原则，再加上R2，R1高阻值的作用，可以保证这样的漏电流对信号的输出影响几乎为0。

(4)本实施例的运行结果如图7所示的曲线，输出电压Vout＝VR13，与输入电压高度一致。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，其特征在于，包括：调幅调制加高压电容电路，该调幅调制加高压电容电路包括信号调制侧电路和信号还原侧电路，所述信号调制侧电路和所述信号还原侧电路通过高压电容电路连接，所述高压电容电路具有用于将所述信号调制侧电路的调制波无延时传输至所述信号还原侧电路的高压电容。

2.根据权利要求1所述的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，其特征在于：所述调幅调制加高压电容电路包括依次串接的高压电阻分压网络电路、信号调理电路、高频载波调幅调制电路、高压电容电路、有源检波电路、选频滤波电路、低通滤波信号缓冲电路。

3.根据权利要求2所述的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，其特征在于：

其中，所述信号调理电路包括第一运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻，所述第一运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第六电阻，所述第五电阻的一端连接所述第一运算放大器反向输入端，另一端接高压地，所述第一运算放大器正向输入端与所述高压电阻分压网络电路输出端之间接有所述第四电阻。

4.根据权利要求3所述的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，其特征在于：

其中，所述高频载波调幅调制电路包括载波发生器以及调幅调制器，所述载波发生器的输入端连接高压地，输出端连接所述调幅调制器第一输入端，所述调幅调制器第二输入端连接所述第一运算放大器的输出端。

5.根据权利要求4所述的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，其特征在于：

其中，所述高压电容电路包括第一高压电容和第二高压电容，所述第一高压电容一端连接所述调幅调制器输出端，另一端连接所述有源检波电路，

所述第二高压电容一端连接高压地，另一端连接信号地，

所述高压电容采用独立设置且耐受高压。

6.根据权利要求2所述的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，其特征在于：

其中，所述有源检波电路的输入端与所述高压电容电路连接，所述有源检波电路的输出端与所述选频滤波电路连接，所述有源检波电路对传输过来的调制波进行检波。

7.根据权利要求2所述的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，其特征在于：

其中,所述选频滤波电路包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻、第一电感、第二电容，所述第二运算放大器反向输入端和输出端之间接有所述第八电阻，所述第一电感和所述第二电容串联后与所述第八电阻并联，所述第七电阻的一端连接所述第二运算放大器正向输入端，另一端连接所述有源检波电路的输出端。

8.根据权利要求7所述的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，其特征在于：

其中，所述低通滤波信号缓冲电路包括第三运算放大器、第九电阻、第三电容，所述第三运算放大器反向输入端和输出端连接，所述第三运算放大器正向输入端和所述第二运算放大器输出端之间接有所述第九电阻，所述第三运算放大器正向输入端和信号地之间接有所述第三电容。

9.一种对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑，其特征在于，包括：

调频调制加高压电容电路，该调频调制加高压电容电路包括信号调制侧和信号还原侧，所述信号调制侧和所述信号还原侧通过高压电容电路连接，

所述信号调制侧具有依次电连接的高压电阻分压网络电路、调理电路、高频载波调频调制电路，

所述信号还原侧具有依次电连接的相敏检波电路、选频滤波电路、低通滤波输出缓冲电路。

10.一种包括权利要求1-9任意一项所述的对模拟信号进行采样和传输的电路拓扑的电源装置，所述电源装置设置在气体净化装置或医疗检测装置中。