专利名称：用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路的制作方法
技术领域：
用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路技术领域[0001 ] 本实用新型涉及一种电压频率转换高压隔离电路，尤其是一种用于光伏电站电压 测量中的电压频率转换高压隔离电路，具体地说是用于光伏电站中对光伏电池板的高电压 监测，监测隔离直流电压可高达1000V以上，属于光伏电压监测的技术领域。
背景技术：
[0002]随着社会的发展，能源的需求日趋紧张。中国太阳能资源非常丰富，加快光伏电站 的建设不仅符合我国国情，也会更加有力地推动我国经济结构转型和能源结构优化。随着 计算机技术的发展，人们对光伏电站的监控要求越来越高，汇流箱的智能化越来越普及。[0003]光伏电站中电池板电压一般都高达数百伏，甚至上千伏。智能汇流箱一般都带有 电池板电压监测功能，为了能够安全监测电压的大小，目前电路一般使用模拟线性光耦隔 离电路。其原理为线性光耦由一个发光二极管和两个光电二极管组成，加上外部的运算放 大器负反馈电路，一起组成了随着光强变化的模拟线性光耦隔离电路。这种模拟线性光耦 隔离电路需要发光二极管的光尽量完全相同的照射到两个光电二极管，并且对这两个光电 二极管的光电转换特性的一致性要求很高。想要把精度做的高，比较困难。而且，随着时间 变长，发光二极管的老化，采集精度也会相应下降。所以原来的电路存在的问题1、成本高; 2、对光耦器件要求高；3、测量误差大，长时间后精度降低。发明内容[0004]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于光伏电站电压测 量中的电压频率转换高压隔离电路，其能降低隔离光耦的要求，减少对隔离光耦性能的依 赖，确保隔离电压采集电路长期性能稳定运行，实现高电压隔离模拟量的检测，测量方便，安全可靠。[0005]按照本实用新型提供的技术方案，所述用于光伏电站电压测量中的电压频率转换 高压隔离电路，包括输入电压接口，所述输入电压接口的正极端通过分压电阻与第二十五 电阻串接后与高压地相连，输入电压接口的负极端与高压地相连；第二十五电阻与分压电 阻相连的一端通过第二十二电阻与第一运算放大器的同相端相连，第一运算放大器的反相 端通过第二十三电阻与第一运算放大器的输出端相连；第一运算放大器的输出端通过第 四十二电阻与第二运算放大器的反相端相连，且第一运算放大器的输出端通过第三十电阻 与第二运算放大器的同相端相连；所述第三十电阻与第二运算放大器相连的一端还通过第 二十四电阻与高压地相连；第二运算放大器的反相端通过第二十电容与第二运算放大器的 输出端相连；[0006]第二运算放大器的反相端通过第四十五电阻的比较电路的一端相连，且第二运算 放大器的输出端与比较电路的另一端相连，比较电路的输出端与光耦晶闸管一次回路的一 端相连，所述光耦晶闸管一次回路的另一端通过第三十七电阻与隔离电压电路内的隔离电 压输出端相连；光耦晶闸管二次回路的一端与地相连，光耦晶闸管二次回路的另一端通过第三十八电阻与电源VCC相连，并形成转换输出端；比较电路与隔离电压电路的隔离电压输出端相连；[0007]第二运算放大器根据第二十电容上的电压值向比较电路输出调节信号，比较电路根据调节信号调整比较电路输出端的输出状态及第四十五电阻的连接状态，以在光耦晶闸管的转换输出端得到对应周期的频率信号。[0008]所述比较电路采用555定时器，第二运算放大器)的反相端通过第四十五电阻与 555定时器的DIS端相连；第二运算放大器的输出端与555定时器的CVOLT端相连；[0009]555定时器的输出端与光稱晶闸管一次回路的一端相连,555定时器的RST端与第三十九电阻及第七十八电容的一端相连，所述第七十八电容的另一端与高压地相连，第三十九电阻与555定时器的RST端相连的另一端与定时器的TRIG端相连,并通过第四十电阻与高压地相连，且通过第五i^一电阻与555定时器的THR相连；555定时器的VCC端与555 定时器的RST端相互连接；所述第三十九电阻与555定时器的RST相连的一端与隔离电压电路内的隔离电压输出端相连。[0010]所述隔离电压电路包括隔离电源，所述隔离电源的Vin端与电源VCC相连，隔离电源的GND端接地；隔离电源的OV端与高压地相连，隔离电源的VO端通过第二电感分别与第二十一电阻的一端相连，所述第二十一电阻的另一端与高压地相连，所述第二十一电阻的两端并联有第七十七电容；所述第二电感与第二十一电阻、第七十七电容相连的端部形成隔离电压输出端。[0011]所述第二十五电阻与分压电阻相连的一端还与二极管的阴极端相连，所述二极管的阳极端与高压地及第七十九电容的一端相连，所述第七十九电容与二极管相连的另一端与隔离电压电路内的隔离电压输出端相连。[0012]所述分压电阻包括依次串接的第四十四电阻，所述第四十四电阻与第四十一电阻、第十八电阻、第四十三电阻、第四十六电阻、第四十七电阻及第四十八电阻。所述第一运算放大器与第二运算放大器均采用单电源轨对轨运算放大器放大器。[0014]所述隔离电源采用IB0505LS-W75的电源模块。[0015]本实用新型的优点采用轨对轨运算放大器，提高了输入电压幅度和转换电路的测量范围；巧妙的设计了电压/频率转换电路，降低了材料成本，提高了转换精度；该电路降低了对隔离光耦的要求，不需要使用较复杂的线性隔离光耦；该电路的供电电源为直流 +5V ;该电路设计精巧，元器件少，测试测量方便，确保隔离电压采集电路长期性能稳定运行，实现高电压隔离模拟量的检测，测量方便，安全可靠。
[0016]图1为本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。[0018]如图1所示以比较电路采用555定时器为例，本实用新型的电压频率转换高压隔离电路包括用于与外部电压连接的输入电压接口 P22，所述输入电压接口 P22的正极端通过分压电阻与第二十五电阻R25串接后与高压地GND3相连，输入电压接口 P22的负极端与高压地GND3相连；所述分压电阻包括依次串接的第四十四电阻R44，所述第四十四电阻R44 与第四i^一电阻R41、第十八电阻R18、第四十三电阻R43、第四十六电阻R46、第四十七电阻 R47及第四十八电阻R48。[0019]第二十五电阻R25与分压电阻相连的一端通过第二十二电阻R22与第一运算放大器U14A的同相端相连，第一运算放大器U14A的反相端通过第二十三电阻R23与第一运算放大器U14A的输出端相连；第一运算放大器U14A的输出端通过第四十二电阻R42与第二运算放大器U14B的反相端相连，且第一运算放大器U14A的输出端通过第三十电阻R30与第二运算放大器U14B的同相端相连；所述第三十电阻R30与第二运算放大器U14B相连的一端还通过第二十四电阻R24与高压地GND3相连；第二运算放大器U14B的反相端通过第二十电容C20与第二运算放大器U14B的输出端相连，且第二运算放大器U14B的反相端通过第四十五电阻R45与定时器的DIS端相连；第二运算放大器U14B的输出端与定时器的 CVOLT端相连；所述定时器即为555定时器。[0020]由于MOS管的优点是没有开关导通的残余电压，所以本实用新型实施例在使用 555定时器的DIS脚做接地开关时，采用了 OD (Open Drain)输出的MOS器件的定时器，如 TI生产的TLC555。[0021]555定时器的输出端与光稱晶闸管U20 —次回路的一端相连,所述光稱晶闸管 U20 一次回路的另一端通过第三十七电阻R37与隔离电压电路内的隔离电压输出端相连； 光率禹晶闸管U20 _次回路的一端与地GND相连，光稱晶闸管U20 _次回路的另一端通过第三十八电阻R38与电源VCC相连，并形成转换输出端；555定时器的RST端与第三十九电阻 R39及第七十八电容C78的一端相连，所述第七十八电容C78的另一端与高压地GND3相连， 第三十九电阻R39与555定时器的RST端相连的另一端与555定时器的TRIG端相连，并通过第四十电阻R40与高压地GND3相连，且通过第五i^一电阻R51与555定时器的THR相连； 555定时器的VCC端与555定时器的RST端相互连接；所述第三十九电阻R39与555定时器的RST相连的一端与隔离电压电路内的隔离电压输出端相连。本实用新型实施例中所述第一运算放大器U14A与第二运算放大器U14B均采用TS922AID的放大器。[0022]所述隔离电压电路包括隔离电源U12，所述隔离电源U12的Vin端与电源VCC相连，隔离电源U12的GND端接地；隔离电源U12的OV端与高压地GND3相连，隔离电源U12 的VO端通过第二电感L2分别与第二i^一电阻R21的一端相连，所述第二i^一电阻R21的另一端与高压地GND3相连，所述第二十一电阻R21的两端并联有第七十七电容C77 ;所述第二电感L2与第二十一电阻R21、第七十七电容C77相连的端部形成隔离电压输出端。本实用新型实施例中，隔离电压输出端输出+5V2的电压，用于提供电路中的隔离电压。所述隔离电源U12采用IB0505LS-W75的电源模块。本实用新型隔离电压输出端输出+5V电压， 即图中的+5V2电压。[0023]所述第二十五电阻R25与分压电阻相连的一端还与二极管TVSl的阴极端相连，所述二极管TVSl的阳极端与高压地GND3及第七十九电容C79的一端相连，所述第七十九电容C79与二极管TVSl相连的另一端与隔离电压电路内的隔离电压输出端相连。所述二极管TVSl的阳极端还与第二运算放大器U14B的电源负极端相连，第二运算放大器U14B的电源正极端与隔离电压输出端相连。通过二极管TVSl能够避免第二十五电阻R25出现危险电压对整个电路的损坏，通过二极管TVSl能够将第二十五电阻R25上输出的电压箝位在安全电压范围内。[0024]本实用新型中输入电压接口 P22用于接入光伏电池板上的电压，光伏电池板上接入的电压一般在一千伏左右，为了能够便于后续的检测，通过分压电阻与第二十五电阻R25 进行分压，并将第二十五电阻R25上的电压通过第二十二电阻R22接入第一运算放大器 U14A的同相端，第一运算放大器U14A用于将相应的电流放大，并经过第一运算放大器U14A 的输出端形成转换输入电压Vx。第一运算放大器U14A输出的转换输入电压Vx经过第三十电阻R30、第二十四电阻R24进行分压，并将第二十四电阻R24两端的分压值送入第二运算放大器U14B的同相端。[0025]第二运算放大器U14B与第四十二电阻R42、第四十五电阻R45及第二十电容C20 构成积分器。本实用新型实施例中555定时器有两个作用，一个是滞回比较器功能，另一个是接地开关功能。[0026]从接地开关的控制逻辑上来说，接地开关断开时对转换输入电压Vx积分输出是负斜率，从滞回比较器的转移特性上来看，要使用滞回比较器输入电压的下降段，而555定时器的管脚DIS的接地开关在555输出为高电平时关断，所以，从滞回比较器的转移特性来看，只能选择转换输入电压Vx在两个阀值间下降时输出为高电平的滞回比较器，也就是同相滞回比较器。[0027]本实用新型工作原理如下[0028]
权利要求1.一种用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路，其特征是包括输入电压接口(P22)，所述输入电压接口(P22)的正极端通过分压电阻与第二十五电阻(R25)串接后与高压地(GND3)相连，输入电压接口(P22)的负极端与高压地(GND3)相连；第二十五电阻(R25)与分压电阻相连的一端通过第二十二电阻(R22)与第一运算放大器(U14A)的同相端相连，第一运算放大器(U14A)的反相端通过第二十三电阻(R23)与第一运算放大器(U14A)的输出端相连；第一运算放大器(U14A)的输出端通过第四十二电阻(R42)与第二运算放大器(U14B)的反相端相连，且第一运算放大器(U14A)的输出端通过第三十电阻(R30)与第二运算放大器(U14B)的同相端相连；所述第三十电阻(R30)与第二运算放大器(U14B)相连的一端还通过第二十四电阻(R24)与高压地(GND3)相连；第二运算放大器(U14B)的反相端通过第二十电容(C20)与第二运算放大器(U14B)的输出端相连；第二运算放大器(U14B)的反相端通过第四十五电阻(R45)的比较电路的一端相连，且第二运算放大器(U14B)的输出端与比较电路的另一端相连，比较电路的输出端与光耦晶闸管(U20)—次回路的一端相连，所述光耦晶闸管(U20)—次回路的另一端通过第三十七电阻(R37)与隔离电压电路内的隔离电压输出端相连；光耦晶闸管(U20) 二次回路的一端与地(GND )相连，光耦晶闸管(U20 ) 二次回路的另一端通过第三十八电阻(R38 )与电源VCC相连，并形成转换输出端；比较电路与隔离电压电路的隔离电压输出端相连；第二运算放大器(U14B)根据第二十电容(C20)上的电压值向比较电路输出调节信号，比较电路根据调节信号调整比较电路输出端的输出状态及第四十五电阻(R45)的连接状态，以在光耦晶闸管的转换输出端得到对应周期的频率信号。
2.根据权利要求1所述的用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路，其特征是所述比较电路采用555定时器，第二运算放大器(U14B)的反相端通过第四十五电阻(R45)与555定时器的DIS端相连；第二运算放大器(U14B)的输出端与555定时器的CVOLT端相连；555定时器的输出端与光稱晶闸管(U20)—次回路的一端相连,555定时器的RST端与第三十九电阻(R39)及第七十八电容(C78)的一端相连，所述第七十八电容(C78)的另一端与高压地(GND3)相连，第三十九电阻(R39)与555定时器的RST端相连的另一端与定时器的TRIG端相连，并通过第四十电阻(R40 )与高压地(GND3 )相连，且通过第五i^一电阻(R51)与555定时器的THR相连；555定时器的VCC端与555定时器的RST端相互连接；所述第三十九电阻(R39)与555定时器的RST相连的一端与隔离电压电路内的隔离电压输出端相连。
3.根据权利要求1或2所述的用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路，其特征是所述隔离电压电路包括隔离电源(U12)，所述隔离电源(U12)的Vin端与电源VCC相连，隔离电源(U12 )的GND端接地；隔离电源(U12 )的OV端与高压地(GND3 )相连，隔离电源(U12)的VO端通过第二电感(L2)分别与第二i^一电阻(R21)的一端相连，所述第二十一电阻(R21)的另一端与高压地(GND3)相连，所述第二十一电阻(R21)的两端并联有第七十七电容(C77);所述第二电感(L2)与第二i^一电阻(R21)、第七十七电容(C77)相连的端部形成隔离电压输出端。
4.根据权利要求1所述的用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路，其特征是所述第二十五电阻(R25)与分压电阻相连的一端还与二极管(TVSl)的阴极端相连，所述二极管(TVSl)的阳极端与高压地(GND3)及第七十九电容(C79)的一端相连，所述第七十九电容(C79)与二极管(TVSl)相连的另一端与隔离电压电路内的隔离电压输出端相连。
5.根据权利要求1所述的用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路，其特征是所述分压电阻包括依次串接的第四十四电阻(R44)，所述第四十四电阻(R44)与第四i^一电阻(R41)、第十八电阻(R18)、第四十三电阻(R43)、第四十六电阻(R46)、第四十七电阻(R47)及第四十八电阻(R48)。
6.根据权利要求1所述的用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路，其特征是所述第一运算放大器(U14A)与第二运算放大器(U14B)均采用单电源轨对轨运算放大器放大器。
7.根据权利要求3所述的用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路，其特征是所述隔离电源(U12)采用IB0505LS-W75的电源模块。
专利摘要本实用新型涉及一种用于光伏电站电压测量中的电压频率转换高压隔离电路，其包括输入电压接口，输入电压接口的正极端通过分压电阻与第二十五电阻串接后与高压地相连，第二十五电阻通过第二十二电阻与第一运算放大器的同相端相连，第一运算放大器的输出端通过第十二电阻与第二运算放大器的反相端相连，并通过第三十电阻与其同相端相连；第二运算放大器的反相端通过第二十电容与其输出端相连，且其反相端通过第四十五电阻与DIS端相连；第二运算放大器的输出端CVOLT端相连；定时器的输出端与光耦晶闸管相连，光耦晶闸管二次回路的一端形成转换输出端。本实用新型确保隔离电压采集电路长期性能稳定运行，实现高电压隔离模拟量的检测，测量方便。
文档编号G01R15/14GK202854204SQ20122038425
公开日2013年4月3日 申请日期2012年8月4日 优先权日2012年8月4日
发明者杨朝辉, 郭志华 申请人:无锡隆玛科技股份有限公司