CN220419435U - 一种高压直流隔离检测电路、电源模块以及用电设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高压直流隔离检测电路、电源模块以及用电设备，包括：采用变压器隔离型原边反馈式电压采样结构，实现隔离采样副边不用再单独加辅助电源供电，具体包括原边电压采样模块、副边待检测电压检查模块；原边电压采样模块中当驱动三极管Q2导通时，原边输入电压VCC对变压器T1的原边进行充电、当驱动三极管Q2关断时，变压器副边T1的副边与整流二极管D1对输出滤波电容C1进行充电；副边待检测电压检查模块中通过调节采样电阻R1、R2、R3和R4端电压大小比例关系得到所述副边待检测电压检查模块可检测的线性电压范围；综上本实用新型实现了低成本的对高压直流电压进行检测，同时也充分的保护了后级电路，增加了安全性。
Description
技术领域
本实用新型高压直流隔离电压采样领域，具体涉及一种高压直流隔离检测电路、电源模块以及用电设备。
背景技术
随着近年来新能源电动汽车领域、电力系统领域以及高压储能等领域的发展，DCDC数字直流电源得到了广泛应用，而在这些应用中，普遍需要对直流高压线路进行电压采样，同时因安全要求对电压采样时都需要采用隔离电压采样电路。传统的隔离电压采样电路主要有：电压转换频率再用光耦隔离、线性光耦隔离或者使用霍尔传感器采样。某些场合下这几种采样方式受器件交期与价格影响，成本非常高。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种高压直流隔离检测电路、电源模块以及用电设备，以解决现有技术中，针对于高压直流电压检测成本高的问题。
根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种高压直流隔离检测电路，包括：原边电压采样模块、副边待检测电压检查模块；
其中，所述原边电压采样模块，包括：
当驱动三极管Q2导通时，电阻R11与变压器T1的原边和所述驱动三极管Q2相连，原边输入电压VCC对所述变压器T1的原边进行充电；
当所述驱动三极管Q2关断时，整流二极管D1与所述变压器T1的副边和输出滤波电容C1相连，所述变压器T1的副边通过所述整流二极管D1单向导电对所述输出滤波电容C1进行充电；
所述副边待检测电压检查模块，包括：
所述副边待检测电压检查模块用于通过调节第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4端电压大小比例关系得到所述副边待检测电压检查模块可检测的线性电压范围。
根据本实用新型实施例的另一方面，所述原边电压采样模块，包括：
电阻R12与驱动三极管Q2相连，控制器的驱动信号MCU PWM经过所述电阻R12和所述驱动三极管Q2进行传输，所述驱动三极管Q2用于导通所述驱动信号MCU PWM。
根据本实用新型实施例的另一方面，所述原边电压采样模块，包括：
控制器的驱动信号MCU PWM的输出固定脉宽为5us、周期频率为20us、原边输入电压VCC＝3.3V、副边输出电压VC1＝15V。
根据本实用新型实施例的另一方面，所述原边电压采样模块，包括：
整流二极管D2、电容C3、电阻R13、电阻R14组成反馈检测电路；
其中，所述电阻R14一端与所述电容C3的一端和所述整流二极管D2的正向输出端连接；所述电阻R14另一端与所述电容C2的一端和所述电阻R13相连；所述整流二极管的正向输入端分别接所述电阻R11和所述变压器T1的副边。
根据本实用新型实施例的另一方面，所述副边待检测电压检查模块，包括：
其中，Vin为直流高压待检测电压、Vin+为LM324运算放大器同相输出端电压、Vin-为LM324运算放大器反相输入端电压；
所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4对所述直流高压待检测电压Vin进行电压分压；
电阻R8与所述LM324运算放大器反相输入端相连，电阻R7与所述LM324运算放大器同相输出端相连。
根据本实用新型实施例的另一方面，所述原边电压采样模块以及所述副边待检测电压检查模块包括：
所述采样电阻R4端电压VR4接LM324运算放大器同相输出端，即VR4＝Vin+；
所述输出滤波电容C1端电压，即副边输出电压VC1接LM324运算放大器反相输入端，即VC1＝Vin-。
根据本实用新型实施例的另一方面，通过调节所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4端电压大小比例关系得到所述副边待检测电压检查电路可检测的线性电压范围，包括：
所述副边待检测电压检查模块中，Vin+＝Vin-，并且由VC1＝15V、VR4＝Vin+，可得VR4为：
VR4＝Vin+＝Vin-＝VC1*R8/(R7+R8)＝15V*R8/(R7+R8)；
同时直流高压待检测电压Vin为：
Vin＝VR4/R4*(R1+R2+R3+R4)；
因此直流高压待检测电压Vin为：
Vin＝15V*R8/(R7+R8)/R4*(R1+R2+R3+R4)。
根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种电源模块，包括：
所述电源模块包括上述任意一项所述的高压直流隔离检测电路。
根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种用电设备，包括：
所述用电设备包括上述的电源模块。
本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请采用变压器隔离型原边反馈式电压采样结构，实现了隔离采样副边不用再单独加辅助电源供电，具体包括原边电压采样模块、副边待检测电压检查模块；其中，原边电压采样模块中，当驱动三极管Q2导通时，原边输入电压VCC对变压器T1的原边进行充电；当驱动三极管Q2关断时，变压器副边T1的副边与整流二极管D1对输出滤波电容C1进行充电；副边待检测电压检查模块中通过调节R1、R2、R3和R4端电压大小比例关系得到所述副边待检测电压检查电路可检测的线性电压范围。解决了现阶段传统隔离电压采样电路受器件交期和价格影响，成本高的问题，同时本申请对后级电路做以充分保护，增强了安全性、可靠性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例中原边电压采样模块的电路结构示意图；
图2是本实用新型实施例中副边待检测电压检查模块的电路结构示意图；
图3是本实用新型实施例中一种高压直流隔离检测电路架构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
本实用新型中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
随着近年来新能源电动汽车领域、电力系统领域以及高压储能等领域的发展，DCDC数字直流电源得到了广泛应用，而在这些应用中，普遍需要对直流高压线路进行电压采样，同时因安全要求对电压采样时都需要采用隔离电压采样电路。在现有技术中，传统的隔离电压采样电路主要有：电压转换频率再用光耦隔离、线性光耦隔离或者使用霍尔传感器采样，通常直流高压采样首先经过电阻分压为几十毫伏的电压信号，然后经过放大电路对电压信号进行放大，输出几伏的电压信号，最终送入CPU的A/D转换器，从而实现高压直流的测量和数模转换。对于这样的采样电路，一方面被测的高压线路与放大电路后级的A/D转换器采用直接耦合，电压采样电路可靠性和抗干扰能力较差。另一方面，由于CPU内置的A/D转换器只有10位，如果单纯依靠CPU自带的A/D转化器进行模数转换，转换进度受限制，再加上之前处理环节的干扰，A/D转换的进度大大降低。此外在某些场合下上述的采样方式受器件交期与价格影响，成本非常高。
针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种高压直流隔离检测电路，其中所述高压直流隔离检测电路具备如下技术特征：
(1)该电路采用变压器隔离型原边反馈式电压采样结构，可以实现隔离采样副边不用再单独加辅助电源供电，以达到低成本的高压直流电压检测电路；
(2)利用二极管的单向导电性，实现对后级电路的充分保护，并且节约成本。
根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种高压直流隔离检测电路，其特征在于，包括：原边电压采样模块、副边待检测电压检查模块；
其中，所述原边电压采样模块，如图1所示，包括：
当驱动三极管Q2导通时，电阻R11与变压器T1的原边和所述驱动三极管Q2相连，原边输入电压VCC对所述变压器T1的原边进行充电；
其中，电阻R11对变压器T1的原边电流起充电作用。
当所述驱动三极管Q2关断时，整流二极管D1与所述变压器T1的副边和输出滤波电容C1相连，所述变压器副边T1的副边与所述整流二极管D1对所述输出滤波电容C1进行充电；
所述副边待检测电压检查模块，如图2所示，包括：
所述副边待检测电压检查模块用于通过调节第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4端电压大小比例关系得到所述副边待检测电压检查模块可检测的线性电压范围。
一种可能的实施例中，所述原边电压采样模块，包括：
电阻R12与驱动三极管Q2相连，控制器的驱动信号MCU PWM经过所述电阻R12和所述驱动三极管Q2进行传输，所述驱动三极管Q2用于导通所述驱动信号MCU PWM。
一种可能的实施例中，所述原边电压采样模块，包括：
控制器的驱动信号MCU PWM的输出固定脉宽为5us、周期频率为20us、原边输入电压VCC＝3.3V、副边输出电压VC1＝15V。
一种可能的实施例中，所述原边电压采样模块，包括：
整流二极管D2、电容C3、电阻R13、电阻R14组成反馈检测电路；
其中，所述电阻R14一端与所述电容C3的一端和所述整流二极管D2的正向输出端连接；所述电阻R14另一端与所述电容C2的一端和所述电阻R13相连；所述整流二极管的正向输入端分别接所述电阻R11和所述变压器T1的副边。
综上所述，本实用新型中MCUPWM输出固定脉宽为5us，周期频率为20us波形时，即D＝5US/20US＝0.25，由于反激变压器设计思路设计原边输入电压VCC＝3.3V，副边输出电压VC1＝15V，当R11＝150Ω时，限制最大原边电流为3.3V/150Ω＝22mA；
D2、C3、R13、R14组成反馈检测电路，反馈检测电压MCUADC为：
MCUADC＝(n*VC1+VCC)*R13/(R13+R14)。
一种可能的实施例中，所述副边待检测电压检查模块，包括：
其中，Vin为直流高压待检测电压、Vin+为LM324运算放大器同相输出端电压、Vin-为LM324运算放大器反相输入端电压；
第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4对所述直流高压待检测电压Vin进行电压分压；
电阻R8与所述LM324运算放大器反相输入端相连，电阻R7与所述LM324运算放大器同相输出端相连。
一种可能的实施例中，所述原边电压采样模块以及所述副边待检测电压检查模块包括：
所述采样电阻R4端电压VR4接LM324运算放大器同相输出端，即VR4＝Vin+；
所述输出滤波电容C1端电压，即副边输出电压VC1接LM324运算放大器反相输入端，即VC1＝Vin-。
一种可能的实施例中，通过调节R1、R2、R3和R4端电压大小比例关系得到所述副边待检测电压检查电路可检测的线性电压范围，包括：
所述副边待检测电压检查模块中，Vin+＝Vin-，并且由VC1＝15V、VR4＝Vin+，可得VR4为：
VR4＝Vin+＝Vin-＝VC1*R8/(R7+R8)＝15V*R8/(R7+R8)；
同时直流高压待检测电压Vin为：
Vin＝VR4/R4*(R1+R2+R3+R4)；
因此直流高压待检测电压Vin为：
Vin＝15V*R8/(R7+R8)/R4*(R1+R2+R3+R4)。
根据本公开实施例的一方面，提供了一种电源模块，包括：
所述电源模块包括上述任意一项所述的高压直流隔离检测电路。
根据本公开实施例的一方面，提供了一种用电设备，包括：
所述用电设备包括上述的电源模块。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种高压直流隔离检测电路，其特征在于，包括：原边电压采样模块、副边待检测电压检查模块；
其中，所述原边电压采样模块，包括：
当驱动三极管Q2导通时，电阻R11与变压器T1的原边和所述驱动三极管Q2相连，原边输入电压VCC对所述变压器T1的原边进行充电；
当所述驱动三极管Q2关断时，整流二极管D1与所述变压器T1的副边和输出滤波电容C1相连，所述变压器T1的副边通过所述整流二极管D1单向导电对所述输出滤波电容C1进行充电；
所述副边待检测电压检查模块，包括：
所述副边待检测电压检查模块用于通过调节第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4端电压大小比例关系得到所述副边待检测电压检查模块可检测的线性电压范围。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述原边电压采样模块，包括：
电阻R12与驱动三极管Q2相连，控制器的驱动信号MCU PWM经过所述电阻R12和所述驱动三极管Q2进行传输，所述驱动三极管Q2用于导通所述驱动信号MCU PWM。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述原边电压采样模块，包括：
控制器的驱动信号MCU PWM的输出固定脉宽为5us、周期频率为20us、原边输入电压VCC＝3.3V、副边输出电压VC1＝15V。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述原边电压采样模块，包括：
整流二极管D2、电容C3、电阻R13、电阻R14组成反馈检测电路；
其中，所述电阻R14一端与所述电容C3的一端和所述整流二极管D2的正向输出端连接；所述电阻R14另一端与所述电容C2的一端和所述电阻R13相连；所述整流二极管的正向输入端分别接所述电阻R11和所述变压器T1的副边。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述副边待检测电压检查模块，包括：
其中，Vin为直流高压待检测电压、Vin+为LM324运算放大器同相输出端电压、Vin-为LM324运算放大器反相输入端电压；
所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4对所述直流高压待检测电压Vin进行电压分压；
电阻R8与所述LM324运算放大器反相输入端相连，电阻R7与所述LM324运算放大器同相输出端相连。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述原边电压采样模块以及所述副边待检测电压检查模块包括：
所述采样电阻R4端电压VR4接LM324运算放大器同相输出端，即VR4＝Vin+；
所述输出滤波电容C1端电压，即副边输出电压VC1接LM324运算放大器反相输入端，即VC1＝Vin-。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，通过调节所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、第三采样电阻R3和第四采样电阻R4端电压大小比例关系得到所述副边待检测电压检查电路可检测的线性电压范围，包括：
所述副边待检测电压检查模块中，Vin+＝Vin-，并且由VC1＝15V、VR4＝Vin+，可得VR4为：
VR4＝Vin+＝Vin-＝VC1*R8/(R7+R8)＝15V*R8/(R7+R8)；
同时直流高压待检测电压Vin为：
Vin＝VR4/R4*(R1+R2+R3+R4)；
因此直流高压待检测电压Vin为：
Vin＝15V*R8/(R7+R8)/R4*(R1+R2+R3+R4)。
8.一种电源模块，其特征在于，包括：
所述电源模块包括权利要求1-7任意一项所述的高压直流隔离检测电路。
9.一种用电设备，其特征在于，包括：
所述用电设备包括权利要求8所述的电源模块。
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| CN202321611486.3U Active CN220419435U (zh) | 2023-06-25 | 2023-06-25 | 一种高压直流隔离检测电路、电源模块以及用电设备 |
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