一种高压隔离直流电压电流变送器的制作方法

本发明涉及诸如地铁、轻轨的高压直流系统的电压、电流的测量装置，尤其涉及一种高压隔离直流电压电流变送器。

背景技术：

随着地铁、轻轨等轨道交通的发展，直流系统的应用越来越广泛，由此带来直流电压和电流的测量问题。直流模拟信号通过线性光耦隔离时，成本比较高，同时隔离电压有限，不能满足安全要求。如CN201928261U一种用于隔离模拟信号的电路中，线性三角波是通过555电路生成锯齿波的方法，锯齿波是通过对方波的滤波实现的，由于电容的充放电特性的存在，会导致产生的锯齿波不是线性的，这将导致后续的PWM的占空比也不是线性的，从而为系统引入误差。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过占空比的调整，对一个具体模拟信号的电平进行编码。只要频宽足够，任何模拟信号都可以使用PWM进行编码。特别适用在直流电压转换方面，可通过调整占空比来控制输出电压的大小。PWM信号是完全的数字信号，可以方便地实现信号的隔离。但是在PWM编码及PWM转直流电压的电路中，其PWM的占空比及其输出电压对应的数值，通常呈现非线性的状态，而此非线性的状态，将导致PWM在工作时的精度下降。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高压隔离直流电压电流变送器。

本发明的技术方案为：一种高压隔离直流电压电流变送器，包括变送器主体和信号处理电路，所述信号处理电路由固定频率脉冲生成电路、线性三角波生成电路、采样信号调制放大电路、光电隔离电路、DAC转换电路及V/I转换电路。

所述固定频率脉冲生成电路与线性三角波生成电路相连；

所述三角波生成电路和采样信号调制放大电路分别与比较器相连，形成PWM波；

所述PWM波与光电隔离电路相连；

所述光电隔离电路通过施密特触发器与DAC转换电路相连；

所述DAC转换电路的一路电压输出与V/I转换电路相连接。

上述的高压隔离直流电压电流变送器，其进一步特征在于：所述线性三角波生成电路，是在生成的固定频率方波的基础上，利用恒流源，控制电容充电速度，在充电后期，在固定频率方波的作用下，快速放电，从而实现的。

上述的高压隔离直流电压电流变送器，其进一步特征在于：所述DAC转换电路是双路PWM输入的DAC芯片，实现PWM到1-5V电压输出和4-20mA的电流输出。

有益效果：

1、本发明实现了采样的±60mV的采样信号，转换成1-5V或4-20mA的标准控制信号，根据隔离等级和要求选择对应的隔离光耦和电源，最高可实现10KV的隔离。

2、本发明减小了信号输出的延时，减少系统的误差，使测量结果更准确。

附图说明

图1为本发明实施例中直流电压电流变送器信号处理电路示意图。

图2为本发明实施例中线性三角波生成电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型设计进行详细说明。

本发明是针对诸如地铁、轻轨的高压直流系统的电流、电压变送器的信号处理电路设计方案。地铁、轻轨中常用直流电压为750V、1500V等，属于危险电压，此时变送器的直流采样电路具有很高的共模电压，高共模电压不允许将测量信号与其它设备或组件直接相连。这种情况下，对采样信号进行电气隔离是绝对必要的。

如图1所示，本实施例的直流电压电流变送器信号处理电路示意图，该电路由固定频率脉冲生成电路、线性三角波生成电路、采样信号调制放大电路、PWM生成及光电隔离电路、DAC转换电路、V/I转换电路等部分组成。固定频率脉冲生成电路与线性三角波生成电路相连，三角波生成电路和采样信号调制放大电路分别与比较器相连，形成PWM波。PWM波与光电隔离电路相连。光电隔离电路通过施密特触发器与DAC转换电路相连，DAC的一路电压输出与V/I转换电路相连接。本发明创造实现了采样的±60mV的采样信号，转换成1-5V或4-20mA的标准控制信号。根据隔离等级和要求选择对应的隔离光耦和电源。最高可以实现10KV的隔离。

如图2所示，本发明实施例中线性三角波生成电路示意图。脉冲生成器通过电阻R1与晶体管Q1的基极连接，晶体管Q1的集电极通过电阻R2与电容C1连接，电阻R3、R4和R5组成分压电路与晶体管Q2的发射级和基极相连，晶体管Q2的集电极与电容C1相连。

在该线性三角波生成电路中，晶体管Q2被设置为一个恒流源。晶体管Q2具有恒定的基极电流IB。通过晶体管Q2的集电极电流必然是恒定的，即βIB，β是晶体管的直流增益。晶体管Q2的集电极电流由晶体管Q1控制流向。如果晶体管Q1截止，则晶体管Q2的集电极电流只能流入电容C1，C1开始充电。由于充电速率恒定，从而在电容C1的两端形成一个线性斜坡电压，斜率可以通过调节R3来实现。如果晶体管Q1导通，则晶体管Q2的集电极电流通过晶体管Q1流回，同时电容C1通过晶体管Q1快速放电，从而在C1两端形成固定周期的线性三角波。

相对于现有技术，本实施例中关于三角波的生成是在生成的固定频率方波的基础上，使用恒流源，给电容充电，在充电后期，在固定频率方波的作用下，快速放电，从而实现线性的三角波，为生成精准的PWM波创造条件。

目前有PWM转模拟量输出的DAC方案大多是将PWM多阶滤波，实现直流信号输出。这种设计将会产生较大的时延，不适合应用在直流保护之类的电压、电流的采样中。过大的延时，将会使测量的结果不能正确反映线路上的状态，为保护算法提供无效的，甚至是错误的数据。本发明变送器的信号处理电路中的DAC转换电路是双路PWM输入的DAC芯片。实现PWM到1-5V电压输出和4-20mA的电流输出。

以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。