一种带隔离的直流电压采集电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带隔离的直流电压采集电路，包括顺次连接的取样电路、输入输出光耦、运放和反馈光耦，反馈光耦的发光器的阴极与电源地之间连接有输出电阻，该反馈光耦的发光器的阴极端即为该电路的信号输出端。抛弃传统的在输入端使用运放和独立隔离电源的做法，结构简单，适合高压模拟信号采集场合，提高安全性，降低成本；线性范围宽，在不同的使用条件，调节取样电路的电阻阻值即可更改电压采集范围，并且依据取样电路的电阻、输出电阻的比值，输入电压与输出电压呈固定的比例关系；采用闭环控制系统，利用输出信号作为反馈信号，减小了输入信号的波动对反馈回路的影响，提高反馈了质量，进而提高了检测结果的准确度。
【专利说明】—种带隔离的直流电压采集电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电压隔离检测领域，具体涉及一种带隔离的直流电压采集电路。【背景技术】
[0002]传统方式一般采用电阻分压、电容分压或电压霍尔传感器采集等措施进行电压采集，采用电压霍尔传感器采集既有采集快速准确的优点，缺点是造价高，且还需额外提供双电源供电；而电阻分压和电容分压方式的特点是结构简单，价格低廉，缺点是采集侧和输出侧之间没有电气隔离，如图1所示为采用电阻分压式直流电压采集的电路图，这种电路的采集侧和输出侧之间没有电气隔离，电压采集回路具有安全隐患。
[0003]模拟信号隔离的方法有很多种，其中利用光耦实现电信号的隔离具有电路结构简单、抗干扰能力强、体积小，成本低等优势，既可以保护输出端电路免受输入端故障的影响，还能提供强抗干扰能力。
[0004]如图2所示为采用光耦隔离进行直流电压采集电路图，如图所示，该电路由采样电路和隔离电路组成，采样电路采用同相比例运算，由运放Q1、电阻R1、R2、R3组成，运放Ql的输出作为输出端；隔离电路由光耦0P1、电阻R4、R5和电容C2组成，信号经运放Ql同相比例运算处理后送光耦OPl隔离，光耦隔离后的信号输出至微处理器测量电路。由于此电路经过采样、隔离后直接送入微处理器测量电路，故检测结果误差较大，不能广泛使用。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种带隔离的直流电压采集电路，以解决现有电路检测结果误差大的问题。
[0006]为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是:一种带隔离的直流电压采集电路，包括顺次连接的取样电路、输入输出光I禹、运放和反馈光I禹，输入输出光I禹的输出端连接在运放的同相输入端，反馈光耦的输出端通过一反馈电阻连接在所述运放的反相输入端；所述输入输出光I禹和反馈光I禹的受光器的输出端与电源地之间均连接有一个米样电阻；反馈光耦的发光器的阴极与电源地之间连接有输出电阻，该反馈光耦的发光器的阴极端即为该电路的信号输出端。
[0007]所述运放的反相输入端与输出端连接有一补偿电容。
[0008]该电路还包括一个用于为输入输出光稱、反馈光稱和运放供电的电源。
[0009]所述输入输出光耦和反馈光耦的受光器的输出端与电源地之间连接的采样电阻的阻值相等。
[0010]所述输入输出光稱和反馈光稱的发光器均为发光二极管，受光器均为光电三极管。
[0011]所述输入输出光耦和反馈光耦为PC817 ;所述运放为单运放或双运放芯片LM358。
[0012]本实用新型带隔离的直流电压采集电路抛弃传统的在输入端使用运放和独立隔离电源的做法，将取样电路、输入输出光耦、运放和反馈光耦顺次连接，结构简单，无需在输入端使用隔离电源和运放，适合高压模拟信号采集场合，提高安全性，降低成本；线性范围宽，在不同的使用条件，调节取样电路的电阻阻值即可更改电压采集范围，并且依据取样电路的电阻、输出电阻的比值，输入电压与输出电压呈固定的比例关系；采用闭环控制系统，利用输出信号作为反馈信号，减小了输入信号的波动对反馈回路的影响，提高反馈了质量，进而提高了检测结果的准确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为现有电阻分压式直流电压采集电路图；
[0014]图2为现有光f禹隔尚直流电压米集电路图；
[0015]图3为本实用新型实施例的电路图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
[0017]如图3所示为本实用新型带隔离的直流电压采集电路实施例的电路图，由图可知，其包括电路输入端Uin上连接的取样电路，取样电路与输入输出光耦0P1、运放Ql和反馈光耦0P2顺次连接，输入输出光耦OPl的发光器的两端与取样电路连接，同时接在被测高压的正负极DC+、DC-之间,用于将被测高压转化成低电流信号送入输入输出光稱OPl输入端；输入输出光I禹OPl受光器的发射极输出端与运放Ql的同相输入端连接作为负反馈基准电压信号的输入，运放Ql的输出端连接有反馈光耦0P2，反馈光耦0P2的输出端通过一反馈电阻R3连接在运放Ql的反相输入端作为反馈信号形成负反馈回路保证输出电压的精确；输入输出光耦和反馈光耦的受光器的输出端与电源地之间均连接有一个采样电阻(即Rl和R2);反馈光耦的发光器的阳极接运放Ql的输出，其阴极与电源地之间连接输出电阻Rout，Rout两端的电压为直流电压采集的光耦隔离降压电路的输出电压，该反馈光耦0P2的发光器的阴极端即为该电路的信号输出端Uout。
[0018]本实施例运放的反相输入端与输出端连接有一补偿电容Cl作为积分电路,用于改进电路稳定性、减小电路输出噪声及限制电路的工作带宽。
[0019]该电路还包括一个用于为输入输出光稱、反馈光稱和运放供电的+15V电源。
[0020]本实施例的取样电路为由多个电阻(R4和R5)串联构成的限流电路；输入输出光耦OPl和反馈光耦0P2选用同一批次单一封装的普通光耦PC817即可，其发光器均为发光二极管，受光器均为光电三极管；运放Ql为集成运放，可采用单运放或集成了双运放的芯片LM358等。
[0021]输入输出光I禹OPl的输出端电压信号是在OPl的受光器发射极与15V电源地之间串接一个电阻Rl作为采样电阻，Rl两端的电压作为OPl的输出端电压信号；反馈光耦0P2的输出端电压信号是在反馈光耦0P2的受光器发射极与15V电源地之间串接一个电阻R2作为采样电阻，R2两端的电压作为0P2的输出端电压信号。采样电阻Rl、R2作为OPl和0P2受光器发射极输出负载,二者阻值大小应相等。
[0022]本实用新型的工作原理和过程如下:将OPl的发光器串联在取样电路中后接入直流电压正负端，OPl的输入电流为il，输出电流为i2，通过调节输入电压使OPl的实际输入电压发生变化，以满足输出电流i2与输入电流il呈比例线性变化的要求；0P1受光器发射极采样电阻Rl两端电压为负反馈的基准电压U1，随OPl输出电流的变化而变化；运放Ql的输出端(即反馈光耦0P2发光器阳极)电压为U2 ；0P2受光器发射极采样电阻R2两端电压为负反馈的反馈电压U3 ;该电路的输出电压(即反馈光耦0P2发光器阴极电压)为Uout。负反馈实际上是用了差值补偿，OPl输出电流i2的变化直接导致采样电阻Rl两端的负反馈基准电压Ul的变化，运放Ql的反馈调节作用的结果是Ql输出端电压U2改变，从而使反馈光耦0P2输入端电流ill改变，由于反馈光耦0P2的线性调节作用，反馈光耦0P2输出电流i22变化，进而使采样电阻R2两端的负反馈的反馈电压变化；通过这样的负反馈作用最终使U2电压稳定。
[0023]上电之后il达到一定值，?2随之达到一定值，Ul也达到一定值，此时基准电压与反馈电压差值很大，通过运放的积分作用，U2增大，导致ill增大，由于反馈光耦0P2的传输作用i22增大，导致U3增大；由于运放的虚短虚断特性，反馈电压U3等于基准电压U1，当U3=U1时积分作用停止，U2电压值恒定，此时可得当R1=R2时i2=i22，由光耦的线性传输作用可得il=ill，
[0024]有如下等式成立: [0025]
【权利要求】
1.一种带隔离的直流电压采集电路，其特征在于:包括顺次连接的取样电路、输入输出光耦、运放和反馈光耦，输入输出光耦的输出端连接在运放的同相输入端，反馈光耦的输出端通过一反馈电阻连接在所述运放的反相输入端；所述输入输出光耦和反馈光耦的受光器的输出端与电源地之间均连接有一个采样电阻；反馈光耦的发光器的阴极与电源地之间连接有输出电阻，该反馈光耦的发光器的阴极端即为该电路的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的带隔离的直流电压采集电路，其特征在于:所述运放的反相输入端与输出端连接有一补偿电容。
3.根据权利要求1或2所述的带隔离的直流电压采集电路，其特征在于:该电路还包括一个用于为输入输出光稱、反馈光稱和运放供电的电源。
4.根据权利要求3所述的带隔离的直流电压采集电路，其特征在于:所述输入输出光耦和反馈光耦的受光器的输出端与电源地之间连接的采样电阻的阻值相等。
5.根据权利要求4所述的带隔离的直流电压采集电路，其特征在于:所述输入输出光耦和反馈光耦的发光器均为发光二极管，受光器均为光电三极管。
6.根据权利要求5所述的带隔离的直流电压采集电路，其特征在于:所述输入输出光耦和反馈光耦为PC817 ;所述运放为单运放或双运放芯片LM358。
【文档编号】G01R19/00GK203519695SQ201320592354
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】高亚春, 陶学军, 赵瑞杰, 代兴华, 田素立, 王艳领, 李洪刚, 刘德林, 朱洪浩, 李军克 申请人:国家电网公司, 许继集团有限公司, 许昌许继风电科技有限公司