一种直流电压的隔离采样电路的制作方法

本发明涉及电压采样技术领域，尤其涉及一种直流电压的隔离采样电路。

背景技术：

电力电子系统中常需要对电路电压进行采样。共地系统的采样拓扑结构相对简单，但对于相互隔离的系统，电压采样具有较大的难度。传统的电压隔离采样主要有变压器隔离、电容隔离、光耦隔离等方式。变压器隔离和电容隔离比较适合作为交流电压和数字信号电压的隔离采样方式，如果要用变压器隔离和电容隔离来对直流电压采样，需经过电压频率转换和整流滤波等电路的处理得到跟随输入电压变化的电压信号，电路复杂，成本高，电压精度受多个因数影响而精度不高。

光耦隔离与变压器隔离和电容隔离方式相比，体积小，隔离的两端之间的相互抗干扰能力强，但普通的光耦线性度不高，温度稳定性差，而高线性度的模拟光耦虽然线性度较好，但电流传输比(ctr)的离散性仍比较大，温度稳定性也一般，而且价格比较昂贵，性价比不高。

技术实现要素：

本发明提供一种直流电压的隔离采样电路，解决的技术问题是，现有采用光耦进行隔离的采样电路，普通的光耦成本一般但线性度不高、温度稳定性差，而高线性度的模拟光耦成本较高且温度稳定性差、电流传输比的离散性较大。

为解决以上技术问题，本发明提供一种直流电压的隔离采样电路，包括闭环式顺序连接的输入电压-电流转换电路(1)、第一电流传输光耦(op1)、输出电流-电压转换电路(2)、输出电压-电流转换电路(3)、第二电流传输光耦(op2)；还包括连接所述输入电压-电流转换电路(1)的输入电压、输入供电源(vcc1)、输入地(gnd1)，连接所述输出电流-电压转换电路(2)、输出电压-电流转换电路(3)的输出供电源(vcc2)、输出地(gnd2)，所述输入电压经过变换后作为输出电压从所述输出电流-电压转换电路(2)输出；

所述输入电压-电流转换电路(1)与所述第一电流传输光耦(op1)的发射端以及所述第二电流传输光耦(op2)的接收端电连接，所述第一电流传输光耦(op1)的接收端与所述输出电流-电压转换电路(2)电连接，所述第二电流传输光耦(op2)的发射端与所述输出电压-电流转换电路(3)电连接。

优选地，所述输入电压-电流转换电路(1)设有电阻、电容和运算放大器，用于将所述输入电压转换为对应的采样电流并通过所述第一电流传输光耦(op1)传输至所述输入电压-电流转换电路(1)。

优选地，所述输出电流-电压转换电路(2)设有电阻和电容，用于将所述采样电流转换为所述输出电压输出。

优选地，所述输出电压-电流转换电路(3)设有电阻和运算放大器，用于将所述输出电压转换为反馈电流并通过所述第二电流传输光耦(op2)传输至所述输出电流-电压转换电路(2)而对所述采样电流进行调节，从而对所述输出电压进行调节。

优选地，所述输入电压-电流转换电路(1)设有电流调节电阻网络和第一运算放大器(u1)，所述电流调节电阻网络设有热敏电阻(rt)。

优选地，所述电流调节电阻网络还设有第一～第六电阻(r1～r6)，所述输入电压-电流转换电路(1)还设有第一电容(c1)；

所述第一电阻(r1)的一端连接所述输入电压，另一端连接所述第一运算放大器(u1)的同向输入端(pin1)、所述第一电容(c1)的一端和所述第二电阻(r2)的一端；所述第一运算放大器(u1)的电源端(pin4)连接所述输入供电源(vcc1)，反向输入端连接所述第二电流传输光耦(op2)接收端的e极、连接所述第三电阻(r3)后连接所述第四电阻(r4)的一端和所述热敏电阻(rt)的一端，输出端连接所述第一电流传输光耦(op1)发射端的正极；所述第五电阻(r5)、第六电阻(r6)分别连接在所述第一电流传输光耦(op1)发射端的正极和所述第二电流传输光耦(op2)接收端的c极之间和所述第一电流传输光耦(op1)发射端的负极和所述第二电流传输光耦(op2)接收端的e极之间；

所述第一电容(c1)的另一端、第二电阻(r2)的另一端、第四电阻(r4)的另一端、热敏电阻(rt)的另一端、所述第一运算放大器(u1)的接地端均连接所述输入地(gnd1)。

优选地，所述输出电流-电压转换电路(2)设有第七电阻(r7)、第八电阻(r8)和第二电容(c2)，所述输出供电源(vcc2)连接所述第一电流传输光耦(op1)接收端的c极，所述输出电压从所述第一电流传输光耦(op1)接收端的e极输出；

所述第七电阻(r7)和所述第二电容(c2)串联在所述第一电流传输光耦(op1)接收端的e极与所述输出地(gnd2)之间，所述第八电阻(r8)并联在所述第二电容(c2)的两端。

优选地，所述输出电压-电流转换电路(3)设有第九电阻(r9)和第二运算放大器(u2)；所述第二运算放大器(u2)的同向输入端、反向输入端、输出端、电源端、接地端分别连接所述第一电流传输光耦(op1)接收端的e极、第二电流传输光耦(op2)发射端的负极、第二电流传输光耦(op2)发射端的正极、所述输出供电源(vcc2)、所述输出地(gnd2)，所述第九电阻(r9)连接在所述第二运算放大器(u2)的反向输入端与所述输出地(gnd2)之间。

具体地，所述输入电压为直流电压。

本发明提供的一种直流电压的隔离采样电路，仅采用光耦、运算放大器、电阻、电容等常规元器件搭建，设有输入电压-电流转换电路(1)、第一电流传输光耦(op1)、输出电流-电压转换电路(2)进行电压转换及输出，还设有输出电压-电流转换电路(3)和第二电流传输光耦(op2)和输入电压-电流转换电路(1)中的热敏电阻(rt)进行输出电压的线性调节，本电路整体上解决了现有隔离采样电路器件昂贵、温漂大、性能提升不明显的问题，实现了较高精度的电压采样以及隔离传输，达到了降低成本、提高可靠性的目的，具有很高的性价比。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种直流电压的隔离采样电路的模块结构图；

图2是本发明实施例提供的一种直流电压的隔离采样电路的电气连接图。

图形标注：输入电压-电流转换电路1(第一运算放大器u1、第一～第六电阻r1～r6、第一电容c1)；第一电流传输光耦op1；输出电流-电压转换电路2(第七电阻r7、第八电阻r8、第二电容c2)；输出电压-电流转换电路3(第九电阻r9、第二运算放大器u2)；第二电流传输光耦op2；输入供电源vcc1、输入地gnd1、输出供电源vcc2、输出地gnd2。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括元器件的选型和取值大小及附图仅为较佳实施例，仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

本发明实施例提供的一种直流电压的隔离采样电路，如图1所示的模块结构图，包括闭环式顺序连接的输入电压-电流转换电路1、第一电流传输光耦op1、输出电流-电压转换电路2、输出电压-电流转换电路3、第二电流传输光耦op2；还包括连接所述输入电压-电流转换电路1的输入电压、输入供电源vcc1、输入地gnd1，连接所述输出电流-电压转换电路2、输出电压-电流转换电路3的输出供电源vcc2、输出地gnd2，所述输入电压经过变换后作为输出电压从所述输出电流-电压转换电路2输出；

所述输入电压-电流转换电路1与所述第一电流传输光耦op1的发射端以及所述第二电流传输光耦op2的接收端电连接，所述第一电流传输光耦op1的接收端与所述输出电流-电压转换电路2电连接，所述第二电流传输光耦op2的发射端与所述输出电压-电流转换电路3电连接。

具体地，所述输入电压为直流电压。

在本实施例中，所述输入电压-电流转换电路1设有电阻、电容和运算放大器，用于将所述输入电压转换为对应的采样电流并通过所述第一电流传输光耦op1传输至所述输入电压-电流转换电路1。所述输出电流-电压转换电路2设有电阻和电容，用于将所述采样电流转换为所述输出电压输出。所述输出电压-电流转换电路3设有电阻和运算放大器，用于将所述输出电压转换为反馈电流并通过所述第二电流传输光耦op2传输至所述输出电流-电压转换电路2而对所述采样电流进行调节，从而对所述输出电压进行调节。

更具体地，如图2所示的电气连接图，作为一种优选的实施方式，所述输入电压-电流转换电路1设有电流调节电阻网络和第一运算放大器u1，所述电流调节电阻网络设有热敏电阻rt。所述电流调节电阻网络还设有第一～第六电阻r1～r6，所述输入电压-电流转换电路1还设有第一电容c1。所述第一电阻r1的一端连接所述输入电压，另一端连接所述第一运算放大器u1的同向输入端pin1(pin代表引脚编号，下同)、所述第一电容c1的一端和所述第二电阻r2的一端；所述第一运算放大器u1的电源端pin4连接所述输入供电源vcc1，反向输入端pin2连接所述第二电流传输光耦op2接收端的e极pin11、连接所述第三电阻r3后连接所述第四电阻r4的一端和所述热敏电阻rt的一端，输出端pin3连接所述第一电流传输光耦op1发射端的正极pin7；所述第五电阻r5、第六电阻r6分别连接在所述第一电流传输光耦op1发射端的正极pin7和所述第二电流传输光耦op2接收端的c极pin10之间和所述第一电流传输光耦op1发射端的负极pin6和所述第二电流传输光耦op2接收端的e极pin11之间。所述第一电容c1的另一端、第二电阻r2的另一端、第四电阻r4的另一端、热敏电阻rt的另一端、所述第一运算放大器u1的接地端pin5均连接所述输入地gnd1。

所述输出电流-电压转换电路2设有第七电阻r7、第八电阻r8和第二电容c2，所述输出供电源vcc2连接所述第一电流传输光耦op1接收端的c极pin8，所述输出电压从所述第一电流传输光耦op1接收端的e极pin9输出。所述第七电阻r7和所述第二电容c2串联在所述第一电流传输光耦op1接收端的e极pin9与所述输出地gnd2之间，所述第八电阻r8并联在所述第二电容c2的两端。

所述输出电压-电流转换电路3设有第九电阻r9和第二运算放大器u2。所述第二运算放大器u2的同向输入端pin17、反向输入端pin18、输出端pin14、电源端pin15、接地端pin16分别连接所述第一电流传输光耦op1接收端的e极pin9、第二电流传输光耦op2发射端的负极pin13、第二电流传输光耦op2发射端的正极pin12、所述输出供电源vcc2、所述输出地gnd2，所述第九电阻r9连接在所述第二运算放大器u2的反向输入端pin18与所述输出地gnd2之间。

本发明实施例提供的一种直流电压的隔离采样电路，其工作流程为：

首先接入的输入电压经第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1进行采样，然后通过第一运算放大器u1和第四电阻r4、第三电阻r3、热敏电阻rt三者根据温度变化的总阻值将输入电压的输出电压转换为电流信号。然后第一电流传输光耦op1发射端将电流信号传输至接收端，第七电阻r7、第八电阻r8和第二电容c2将接收到的电流信号转换为输出电压，同时通过第二运算放大器u2和第九电阻r9将输出电压转换成电流经第二电流传输光耦op2发射端传输至接收端构成负反馈，调节第六电阻r6和第一电流传输光耦op1发射端所在通路的传输电流，而第一电流传输光耦op1的传输电流又反过来调节输出电压，最终使得采样点的电压跟随输入电压线性变化。

本发明实施例提供的一种直流电压的隔离采样电路，仅采用光耦、运算放大器、电阻、电容等常规元器件搭建，设有输入电压-电流转换电路1、第一电流传输光耦op1、输出电流-电压转换电路2进行电压转换及输出，还设有输出电压-电流转换电路3和第二电流传输光耦op2和输入电压-电流转换电路1中的热敏电阻rt进行输出电压的线性调节，本电路整体上解决了现有隔离采样电路器件昂贵、温漂大、性能提升不明显的问题，实现了较高精度的电压采样以及隔离传输，达到了降低成本、提高可靠性的目的，具有很高的性价比。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。