一种隔离型高压直流采样电路的制作方法

1.本实用新型涉及电压采样技术领域，尤其涉及一种隔离型高压直流采样电路。


背景技术：

2.随着高压直流电源技术发展，高压直流供电技术的应用越来越普遍，越来越多的高压直流设备出现并服务于工业生产及生活中，比如直流充电桩、直流电机等等。
3.在高压直流设备中，如果想要准确控制直流电压的稳定性，则先要准确测量这些电压，所以高压直流采样电路是必定会有的一种电路。
4.目前，高压直流采样电路一般分为直接型高压直流采样电路和隔离型高压直流采样电路；其中，隔离型高压直流采样电路常见的有两种，一种是采用电压传感器，这种方法的优点是精度比较高，另一种是采用基于磁耦合原理的隔离放大器，这种方法不仅精度高，而且速度还快，但以上两种方法都有一个问题，那就是所需要的元器件的价格比较贵，导致总体成本偏高，不利于成本的控制。
5.因此，需要研究一种高精度、低成本的高压直流采样电路。
6.以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。


技术实现要素：

7.本实用新型提供一种隔离型高压直流采样电路，以解决现有技术的不足。
8.为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：
9.一种隔离型高压直流采样电路，所述电路包括依次连接的电压分压模块、差分调理模块、光隔离放大模块、适配采样模块和钳位保护模块；
10.所述电压分压模块与高压直流电源连接，用于对待采样的高压直流电压进行滤波和分压处理，并传输至所述差分调理模块；
11.所述差分调理模块用于对输入的电压进行差分放大处理，以调理出适配于所述光隔离放大模块的电压，并传输至所述光隔离放大模块；
12.所述光隔离放大模块用于对输入的电压进行隔离放大处理，并传输至所述光隔离放大模块；
13.所述适配采样模块用于对输入的电压进行差分放大处理，以调理出适配于主控芯片的adc采样端口的电压，并传输至所述钳位保护模块；
14.所述钳位保护模块与所述主控芯片的adc采样端口连接，用于对输入的电压进行限幅滤波处理，并输出至所述主控芯片的adc采样端口。
15.进一步地，所述隔离型高压直流采样电路中，所述电压分压模块包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3；其中，
16.所述第一电容c1和所述第二电容c2串联后一端与所述高压直流电源的正极连接，另一端与所述高压直流电源的负极连接；
17.所述第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6依次串联，所述第一电阻r1的自由端与所述高压直流电源的正极连接，所述第六电阻r6的自由端与所述差分调理模块连接；
18.所述第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12依次串联，所述第七电阻r7的自由端与所述高压直流电源的负极连接，所述第十二电阻r12的自由端与所述差分调理模块连接；
19.所述第三电容c3连接在所述第六电阻r6的自由端与所述第十二电阻r12的自由端之间。
20.进一步地，所述隔离型高压直流采样电路中，所述差分调理模块包括第一差分运算放大器u1、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第四电容c4和第五电容c5；其中，
21.所述第十三电阻r13连接在所述第六电阻r6与所述第一差分运算放大器u1的反相输入端之间；
22.所述第十四电阻r14连接在所述第十二电阻r12与所述第一差分运算放大器u1的同相输入端之间；
23.所述第十六电阻r16与所述第四电容c4并联后一端与所述第一差分运算放大器u1的反相输入端连接，另一端与所述第一差分运算放大器u1的输出端连接；
24.所述第十五电阻r15与所述第五电容c5并联后一端与所述第一差分运算放大器u1的正相输入端连接，另一端接gnd；所述第一差分运算放大器u1的负电源接gnd。
25.进一步地，所述隔离型高压直流采样电路中，所述第一差分运算放大器u1的正电源接+5v电源。
26.进一步地，所述隔离型高压直流采样电路中，所述第十三电阻r13与所述第十四电阻r14相同；
27.所述第十五电阻r15与所述第十六电阻r16相同。
28.进一步地，所述隔离型高压直流采样电路中，所述光隔离放大模块包括光隔离运算放大器u3、第十七电阻r17、第十八电阻r18和第六电容c6；其中，
29.所述第十七电阻r17连接在所述第一差分运算放大器u1的输出端与所述光隔离运算放大器u3的vin+端之间；
30.所述第十八电阻r18连接在所述光隔离运算放大器u3的vin-端与gnd之间；
31.所述第六电容c6的一端连接在所述第十七电阻r17与所述光隔离运算放大器u3的vin+端之间，另一端连接在所述第十八电阻r18与所述光隔离运算放大器u3的vin-端之间；
32.所述光隔离运算放大器u3的vdd1端和vdd2端分别接+5v电源，所述光隔离运算放大器u3的gnd1端和gnd2端分别接gnd，所述光隔离运算放大器u3的vout+端和vout-端分别与所述适配采样模块连接。
33.进一步地，所述隔离型高压直流采样电路中，所述光隔离运算放大器u3采用型号为acpl-c790-500e的芯片。
34.进一步地，所述隔离型高压直流采样电路中，所述适配采样模块包括第二差分运
算放大器u2、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第二十一电阻r21、第二十二电阻r22、第七电容c7和第八电容c8；其中，
35.所述第十九电阻r19连接在所述光隔离运算放大器u3的vout+端与所述第二差分运算放大器u2的反相输入端之间；
36.所述第二十电阻r20连接在所述光隔离运算放大器u3的vout-端与所述第二差分运算放大器u2的同相输入端之间；
37.所述第七电容c7与所述第二十一电阻r21并联后一端与所述第二差分运算放大器u2的反相输入端连接，另一端与所述第二差分运算放大器u2的输出端连接；
38.所述第八电容c8与所述第二十二电阻r22并联后一端与所述第二差分运算放大器u2的正相输入端连接，另一端接gnd；所述第二差分运算放大器u2的负电源接gnd，所述第二差分运算放大器u2的正电源接+5v电源。
39.进一步地，所述隔离型高压直流采样电路中，所述第十九电阻r19与所述第二十电阻r20相同；
40.所述第二十一电阻r21与所述第二十二电阻r22相同。
41.进一步地，所述隔离型高压直流采样电路中，所述钳位保护模块包括第一钳位二极管d1、第二钳位二极管d2和第九电容c9；其中，
42.所述第一钳位二极管d1与所述第二钳位二极管d2串接后节点连接在所述第二差分运算放大器u2的输出端与所述主控芯片的adc采样端口之间，并钳位在+3.3v电源与gnd之间；
43.所述第九电容c9的一端连接在所述第二差分运算放大器u2的输出端与所述主控芯片的adc采样端口之间，另一端接gnd。
44.与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：
45.本实用新型实施例提供的一种隔离型高压直流采样电路，通过设计依次连接的电压分压模块、差分调理模块、光隔离放大模块、适配采样模块和钳位保护模块，使得电压采样更安全可靠，且具有精度高、成本低、可量测范围广的特点，适于大范围推广应用。
附图说明
46.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图。
47.图1是本实用新型实施例提供的一种隔离型高压直流采样电路的功能模块示意图；
48.图2是本实用新型实施例提供的一种隔离型高压直流采样电路的电路原理图。
49.附图标记：
50.电压分压模块1，差分调理模块2，光隔离放大模块3、适配采样模块4，钳位保护模块5。
具体实施方式
51.为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
52.在本实用新型的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
53.此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本实用新型的限制。
54.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
55.实施例一
56.有鉴于上述现有的高压直流采样技术存在的缺陷，本技术人基于从事该行业设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得高压直流采样技术更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
57.请参考图1～2，本实用新型实施例提供一种隔离型高压直流采样电路，所述电路包括依次连接的电压分压模块1、差分调理模块2、光隔离放大模块3、适配采样模块4和钳位保护模块5；
58.所述电压分压模块1与高压直流电源连接，用于对待采样的高压直流电压进行滤波和分压处理，并传输至所述差分调理模块2；
59.所述差分调理模块2用于对输入的电压进行差分放大处理，以调理出适配于所述光隔离放大模块3的电压，并传输至所述光隔离放大模块3；
60.所述光隔离放大模块3用于对输入的电压进行隔离放大处理，并传输至所述光隔离放大模块3；
61.所述适配采样模块4用于对输入的电压进行差分放大处理，以调理出适配于主控芯片的adc采样端口的电压，并传输至所述钳位保护模块5；
62.所述钳位保护模块5与所述主控芯片的adc采样端口连接，用于对输入的电压进行限幅滤波处理，并输出至所述主控芯片的adc采样端口。
63.在本实施例中，所述电压分压模块1包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3；其中，
64.所述第一电容c1和所述第二电容c2串联后一端与所述高压直流电源的正极连接，另一端与所述高压直流电源的负极连接；
65.所述第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6依次串联，所述第一电阻r1的自由端与所述高压直流电源的正极连接，所述第六电阻r6的
自由端与所述差分调理模块2连接；
66.所述第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12依次串联，所述第七电阻r7的自由端与所述高压直流电源的负极连接，所述第十二电阻r12的自由端与所述差分调理模块2连接；
67.所述第三电容c3连接在所述第六电阻r6的自由端与所述第十二电阻r12的自由端之间。
68.需要说明的是，所述第一电容c1和所述第二电容c2起到串联滤波作用，所述第一电阻r1至r12起到电压分压作用。
69.在本实施例中，所述差分调理模块2包括第一差分运算放大器u1、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第四电容c4和第五电容c5；其中，
70.所述第十三电阻r13连接在所述第六电阻r6与所述第一差分运算放大器u1的反相输入端之间；
71.所述第十四电阻r14连接在所述第十二电阻r12与所述第一差分运算放大器u1的同相输入端之间；
72.所述第十六电阻r16与所述第四电容c4并联后一端与所述第一差分运算放大器u1的反相输入端连接，另一端与所述第一差分运算放大器u1的输出端连接；
73.所述第十五电阻r15与所述第五电容c5并联后一端与所述第一差分运算放大器u1的正相输入端连接，另一端接gnd；所述第一差分运算放大器u1的负电源接gnd。
74.优选地，所述第一差分运算放大器u1的正电源接+5v电源。
75.优选地，所述第十三电阻r13与所述第十四电阻r14相同；所述第十五电阻r15与所述第十六电阻r16相同。
76.需要说明的是，所述第一差分运算放大器u1采用型号为tp2414差分运算放大器，其放大倍数由所述第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15和第十六电阻r16决定，因所述第十三电阻r13等于所述第十四电阻r14，所述第十五电阻r15等于所述第十六电阻r16，其放大倍数等于所述第十五电阻r15除以所述第十四电阻r14。图2中，所述第四电容c4和第五电容c5在电路中起到滤除高频干扰的作用。该电路使最高电压的时候能够满足所述光隔离放大模块3的输入上限。所述第一差分运算放大器u1的作用是差分调理出适配于所述光隔离放大模块3的电压。
77.在本实施例中，所述光隔离放大模块3包括光隔离运算放大器u3、第十七电阻r17、第十八电阻r18和第六电容c6；其中，
78.所述第十七电阻r17连接在所述第一差分运算放大器u1的输出端与所述光隔离运算放大器u3的vin+端之间；
79.所述第十八电阻r18连接在所述光隔离运算放大器u3的vin-端与gnd之间；
80.所述第六电容c6的一端连接在所述第十七电阻r17与所述光隔离运算放大器u3的vin+端之间，另一端连接在所述第十八电阻r18与所述光隔离运算放大器u3的vin-端之间；
81.所述光隔离运算放大器u3的vdd1端和vdd2端分别接+5v电源，所述光隔离运算放大器u3的gnd1端和gnd2端分别接gnd，所述光隔离运算放大器u3的vout+端和vout-端分别与所述适配采样模块4连接。
82.优选地，所述光隔离运算放大器u3采用型号为acpl-c790-500e的芯片。
83.需要说明的是，所述光隔离运算放大器u3的放大倍数为8.2倍。所述第十七电阻r17、第十八电阻r18起到限流滤波作用，所述第六电容c6起滤波作用。
84.在本实施例中，所述适配采样模块4包括第二差分运算放大器u2、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第二十一电阻r21、第二十二电阻r22、第七电容c7和第八电容c8；其中，
85.所述第十九电阻r19连接在所述光隔离运算放大器u3的vout+端与所述第二差分运算放大器u2的反相输入端之间；
86.所述第二十电阻r20连接在所述光隔离运算放大器u3的vout-端与所述第二差分运算放大器u2的同相输入端之间；
87.所述第七电容c7与所述第二十一电阻r21并联后一端与所述第二差分运算放大器u2的反相输入端连接，另一端与所述第二差分运算放大器u2的输出端连接；
88.所述第八电容c8与所述第二十二电阻r22并联后一端与所述第二差分运算放大器u2的正相输入端连接，另一端接gnd；所述第二差分运算放大器u2的负电源接gnd，所述第二差分运算放大器u2的正电源接+5v电源。
89.优选地，所述第十九电阻r19与所述第二十电阻r20相同；所述第二十一电阻r21与所述第二十二电阻r22相同。
90.需要说明的是，所述第二差分运算放大器u2的放大倍数等于所述第二十二电阻r22除以所述第二十电阻r20。图2中，所述第七电容c7和第八电容c8在电路中起到滤除高频干扰的作用。
91.在本实施例中，所述钳位保护模块5包括第一钳位二极管d1、第二钳位二极管d2和第九电容c9；其中，
92.所述第一钳位二极管d1与所述第二钳位二极管d2串接后节点连接在所述第二差分运算放大器u2的输出端与所述主控芯片的adc采样端口之间，并钳位在+3.3v电源与gnd之间；
93.所述第九电容c9的一端连接在所述第二差分运算放大器u2的输出端与所述主控芯片的adc采样端口之间，另一端接gnd。
94.需要说明的是，所述钳位保护模块5能有效保证采样信号在主控芯片的adc采样端口可以接受的电压范围内，起到保护主控作用。
95.尽管本文中较多的使用了电压分压模块、差分调理模块、光隔离放大模块3、适配采样模块和钳位保护模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
96.本实用新型实施例提供的一种隔离型高压直流采样电路，通过设计依次连接的电压分压模块、差分调理模块、光隔离放大模块、适配采样模块和钳位保护模块，使得电压采样更安全可靠，且具有精度高、成本低、可量测范围广的特点，适于大范围推广应用。
97.至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。
98.提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。
99.在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。
100.当元件或者层称为是“在
……
上”、“与
……
接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在
……
上”、“与
……
直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在
……
之间”和“直接在
……
之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。
101.空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在
……
的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在
……
的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。