带隔离的交流电压采集电路的制作方法

本发明涉及微电网领域，具体地，涉及带隔离的交流电压采集电路。

背景技术：

在微电网系统中，需要监测各种电力参数，以保证供电的质量。现有的交流电压采集系统一般由电压互感器或者霍尔传感器加上mcu组成，但电压较大时所需的电压互感器或者霍尔传感器体积都比较大，价格高。电压互感器原边是多匝绕组，存在比较大的电感，响应速度较低；而霍尔传感器无法电气隔离，外界的电磁干扰会对终端有影响。

所以使用电压互感器或者霍尔传感器对交流电压进行采集都有缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种带隔离的交流电压采集电路，该带隔离的交流电压采集电路克服了现有技术中的交流电压采集的缺陷，实现了电气隔离，也可以保证电压测量的精度。

为了实现上述目的，本发明提供一种带隔离的交流电压采集电路，该带隔离的交流电压采集电路包括依次连接的电阻分压电路、加法电路、线性光耦隔离电路、跟随电路、限幅保护电路和ad采集电路；所述线性光耦隔离电路对强电和弱电之间进行光耦隔离。

优选地，所述电阻分压电路包括：多个分压电阻，多个所述分压电阻进行串联或并联连接，以得到所需的第一输出电压。

优选地，所述加法电路包括：型号为lm224的放大芯片以及外围电路，所述外围电路连接于所述放大芯片，并配合将所述第一输出电压的负电压转为正电压得到第二输出电压。

优选地，所述线性光耦隔离电路包括：型号为hcnr201的光耦芯片以及滤噪电路，所述光耦芯片的输入端接收所述第二输出电压，通过所述滤噪电路滤除所述光耦芯片中的毛刺信号。

优选地，所述限幅保护电路包括：两个型号为1n4148的二极管，两个所述二极管连接于所述跟随电路，以使得所述跟随电路的输出电压的上限至+3.3v，下限至0v。

优选地，所述滤噪电路包括：第一电容和第二电容，所述第一电容的一端连接于所述光耦芯片的输入端；所述第二电容连接于所述光耦芯片的输出端。

优选地，所述第一电容和第二电容为20pf的电容。

通过上述技术方案，对输入电压(设定为220v)进行采样对其留有一定余量，目前暂定电压为250v，如采样电压有调整，可适当调整分压电阻的阻值。总体思路：因为ad输入信号范围是0～3.3v，要将220v的电压经过变换送入ad中，首先电阻分压输出约为-1v～+1v之间，然后经过加法电路使输出电压为0～3v之间。强电和弱电之间采用光耦隔离，使输入输出在隔离的同时具有良好的线性关系，最终在ad采集之前加上3.3v的限幅电路，以保护dsp。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是说明本发明的一种带隔离的交流电压采集电路的电路框图；

图2是说明本发明的一种带隔离的交流电压采集电路的电路连接图；

图3是说明本发明的一种带隔离的交流电压采集电路的电阻分压电路连接图；

图4是说明本发明的一种带隔离的交流电压采集电路的加法电路连接图；

图5是说明本发明的一种带隔离的交流电压采集电路的线性光耦隔离电路连接图；

图6是说明本发明的一种带隔离的交流电压采集电路的跟随电路的电路连接图；

图7是说明本发明的一种带隔离的交流电压采集电路的限幅保护电路的电路连接图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种带隔离的交流电压采集电路，该带隔离的交流电压采集电路包括依次连接的电阻分压电路、加法电路、线性光耦隔离电路、跟随电路、限幅保护电路和ad采集电路；所述线性光耦隔离电路对强电和弱电之间进行光耦隔离。

通过上述技术方案，对输入电压(设定为220v)进行采样对其留有一定余量，目前暂定电压为250v，如采样电压有调整，可适当调整分压电阻的阻值。总体思路：因为ad输入信号范围是0～3.3v，要将220v的电压经过变换送入ad中，首先电阻分压输出约为-1v～+1v之间，然后经过加法电路使输出电压为0～3v之间。强电和弱电之间采用光耦隔离，使输入输出在隔离的同时具有良好的线性关系，最终在ad采集之前加上3.3v的限幅电路，以保护dsp。

在本发明的一种具体实施方式中，所述电阻分压电路可以包括：多个分压电阻，多个所述分压电阻进行串联或并联连接，以得到所需的第一输出电压。

如图3所示；电阻分压电路较为简单，主要是电阻类型以及阻值的选择，欲使vr_a的值最大约为1v，而vr_a＝r1/(r1+r2)，本发明选用r1＝4k、r2＝2000k的低温漂的精密电阻，因r2阻值过大，选择r1＝r2＝r5＝r6＝300k,r3＝r4＝r7＝r8＝200k，r9＝4k,

则输出电压vr_a为-0.6v～+0.6v之间

在该种实施方式中，所述加法电路可以包括：型号为lm224的放大芯片以及外围电路，所述外围电路连接于所述放大芯片，并配合将所述第一输出电压的负电压转为正电压得到第二输出电压。

因为交流电压会有负电压部分，而dsp的ad采集电压范围在0至3.3v之间，所以需要加一个加法电路使负电压的部分转为正电压，本发明选择+1.5v的加法电路，由r10,r11,r12,r13电阻和lm224组成，电路图如图4所示：

vf_a＝[r11/(r10+r11)*v1+r10/(r10+r11)*vr_a]*(1+r13/r12)；

选择r10＝r11＝r12＝r13＝10k，v1＝1.5v，则vf_a＝vr_a+1.5v，最终范围在+0.9v～+2.1v。

在该种实施方式中，所述线性光耦隔离电路可以包括：型号为hcnr201的光耦芯片以及滤噪电路，所述光耦芯片的输入端接收所述第二输出电压，通过所述滤噪电路滤除所述光耦芯片中的毛刺信号。

本发明采用的线性光耦是hcnr201，其中1、2引脚作为隔离信号的输入，3、4引脚用于反馈，5、6引脚用于输出。1、2引脚之间的电流记作if，3、4引脚之间和5、6引脚之间的电流分别记作ipd1和ipd2，其中if＝vf_a/r16，ipd1＝vf_a/r14，ipd2＝vout/r15，k＝ipd1/ipd2，查询hcnr201数据手册可知k＝1±5％(当芯片制作完成后随之确定)，所以vf_a/vout＝kr14/r15，输入输出成线性关系，并且与r74/r75的值成正比。其线性范围工作电流在1～20ma，经过加法电路输出电压在0～+3v之间，考虑到if越大越有利于能量传输，所以r16的取值为3v/20ma＝150欧。由于光耦反馈电流ipd1的线性范围5ua～50ua之间，则r14的取值为3v/50ua＝60k，r15＝r14＝60k，达到只隔离不放大的目的，此时vout近似等于vf_a，且与vf_a成线性关系，范围在+0.9v～+2.1v之间。电容c1和c2主要滤除电路中的毛刺信号，降低电路的噪声，根据hcnr201数据手册推荐，选择20pf。电路如图5所示。

在本发明的一种具体实施方式中，所述限幅保护电路可以包括：两个型号为1n4148的二极管，两个所述二极管连接于所述跟随电路，以使得所述跟随电路的输出电压的上限至+3.3v，下限至0v。

跟随电路由lm224的反向输入端与输出端直接相连构成，可以提高输入阻抗，降低输出阻抗，提高抗干扰能力。此时ad1的采样电压等于vout，范围在+0.9v～+2.1v之间。电路如图6所示。

在该种实施方式中，所述滤噪电路可以包括：第一电容和第二电容，所述第一电容的一端连接于所述光耦芯片的输入端；所述第二电容连接于所述光耦芯片的输出端。

限幅电路由d1，d2两个1n4148二极管组成，分别上限至+3.3v，下限至0v，以保护后级的dsp。正常情况下ad1的采样电压范围在+0.9v～+2.1v之间，不会触发限幅保护电路。电路如图7所示。

当然，在该种实施方式中，所述第一电容和第二电容为20pf的电容。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。