测量隔离电压的电路的制作方法

测量隔离电压的电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型具体涉及一种测量隔离电压的电路，其特征在于所述电路至少包括相互连接的隔离电流传输支路以及电流-电压转换支路，所述隔离电流传输支路至少由两个光耦构成，两个所述光耦分为上部光耦和下部光耦，两个所述光耦的二极管端为串联连接，所述上部光耦的二极管端的负极与下部光耦的二极管端的正极相连，两个所述光耦的电流传输比相同。本实用新型的优点是，电路简单，器件容易获得，价格低廉，采用最普通的器件实现测量隔离电压的功能，且测量精度高、线性度好。
【专利说明】测量隔离电压的电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电压测量装置，具体涉及一种测量隔离电压的电路。
【背景技术】
[0002]目前，隔离电压的测量方法主要有以下几种:
[0003]压频转换方式:直流电压通过压频转换电路或芯片，把不同直流电压转换成相对应的频率信号，频率信号通过光耦隔离，隔离后的频率信号经过计频率或再把频率信号转换成电压信号进行测量。这种测量方式的缺点在于电路复杂，失真环节多，对频率稳定度要求高。
[0004]变压器隔离方式:直流电压通过PWM转换成固定占空比的交流信号，交流信号在接固定圈数比变压器的初级，变压器的次级在经过整流变成直流电压，然后通过非隔离的电压测量方法测量电压。这种测量方式的缺点在于电路更为复杂，由于电压测量线路上有比较大的电压，容易造成测量的误差。
[0005]线性光耦方式:直流电压直接接在线性光耦的二极管端，由二极管的电流变化引起三极管端Vce的电压变化，测量电压。这种测量方式的缺点在于依赖于线性光耦，这种光耦技术要求高，能够提供这种光耦的供应商相对比较少，且价格昂贵。
[0006]电容隔离采集方式:直流电压通过开关和电容接通，给电容充电，待电容电压和待测电压一直后，开关断开，然后使用另一组开关把充好电的电容和测试线路接通。测试完成后给电容放电。这种测试方法的缺点在于需要等待电容的电压和被测试电压一致，由于电容的充电需要一定的时间，所以这种线路测试速度比较缓慢，且充电过程中电容上的电压和被测电压在一个比较短的时间内不能完全一致，存在误差；其为保证测量时间，电容容值有限，在开关开断和测量电容上电压时有电能损失，影响测量精度。

【发明内容】

[0007]本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种测量隔离电压的电路，该电路通过采用两个输入端串联连接的光耦实现电压的隔离测量。
[0008]本实用新型目的实现由以下技术方案完成:
[0009]一种测量隔离电压的电路，其特征在于所述电路至少包括相互连接的隔离电流传输支路以及电流-电压转换支路，所述隔离电流传输支路至少由两个光耦构成，两个所述光耦分为上部光耦和下部光耦，两个所述光耦的二极管端为串联连接，所述上部光耦的二极管端的负极与下部光耦的二极管端的正极相连，两个所述光耦的电流传输比相同。
[0010]所述隔离电流传输支路的输出端同电阻(R7)连接，电阻(R7)的另一端同所述电流-电压转换支路的电阻(R8)相连，电阻(R8)的另一端接地。
[0011 ] 所述隔离电流传输支路中的两个所述光耦可以封装在同一片芯片中，也可以封装在两片独立的芯片中。
[0012]所述电路还包括相互连接的分压支路和阻抗变换和放大支路，所述阻抗变换和放大支路与所述隔离电流传输支路相连接，所述阻抗变换和放大支路的输出电阻(R5)同所述隔离电流传输支路中所述上部光耦的二极管端的正极相连接，所述阻抗变换和放大支路中运算放大器的反相输入端同所述下部光耦的E极相连。
[0013]所述阻抗变换和放大支路至少由运算放大器、三个电阻以及一个电容构成，电阻(R4)连接于所述运算放大器的同相输入端、电阻(R3)连接于所述运算放大器的反相输入端以及电阻(R5)连接所述运算放大器输出端，电容(C3)并联于所述运算放大器的输出端与反相端。
[0014]所述分压支路包括电阻(Rl)和电阻(R2)，电阻(Rl)和电阻(R2)的公共端与所述阻抗变换和放大支路中的电阻(R4 )连接。
[0015]所述阻抗变换和放大支路中的电路(VCCl)和所述隔离电流传输支路中的电路(VCC3 )共地(GNDI)，所述隔离电流传输支路中的电路(VCC2 )接地，且电路(VCC2 )与电路(VCCI)不共地，所述分压支路中的被测量电压端(V_tested)与电路(VCCl)共地(GND1);电路(VCC2 )和电路(VCC3 )的电压值相同或接近。
[0016]本实用新型的优点是，电路简单，器件容易获得，价格低廉，采用最普通的器件实现测量隔离电压的功能，且测量精度高、线性度好。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的电路示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
[0019]实施例:如图1所示，本实施例具体涉及一种测量隔离电压的电路，该电路由四部分组成，具体为依次串联的分压支路、阻抗变换和放大支路、隔离电流传输支路以及电流-电压转换支路，被测量电压Vjested经分压支路分压后，通过阻抗变换和放大支路进行阻抗的变换放大，之后进入到隔离电流传输支路进行光耦隔离，最终通过电流-电压转换支路还原成电压信号，计算出被测量电压Vjested的具体值。
[0020]如图1所示，分压支路具体包括电阻Rl和R2以及两个电容Cl和C2，电阻Rl和R2的公共端与阻抗变换和放大支路中的电阻R4连接；
[0021]阻抗变换和放大支路与隔离电流传输支路相连接，具体由运算放大器U1、三个电阻R3、R4、R5以及一个电容C3构成，输出电阻R5同隔离电流传输支路中上部光耦的二极管端的正极相连接，运算放大器Ul的反相输入端同下部光耦的E极相连，其中电阻R4连接于运算放大器Ul的同相输入端、电阻R3连接于运算放大器Ul的反相输入端以及电阻R5连接运算放大器Ul的输出端，此外电容C3并联于运算放大器的输出端与反相端；
[0022]隔离电流传输电路具体包括上部光耦、下部光耦以及电阻R7，上部光耦和下部光耦封装于同一芯片中，两个光耦的二极管端为串联连接，所述上部光耦的二极管端的负极与下部光耦的二极管端的正极相连，且两个光耦的电流传输比相同；隔离电流传输支路的输出端同电阻R7连接，电阻R7的另一端同电流-电压转换支路的电阻R8相连，电阻R8的另一端接地；假如上部光耦和下部光耦的输入二级管的连接不变，输出三极管段的E极和C极同时交换连接，即2个E极交换，同时2个C极交换连接，可以得到相同的效果；
[0023]电路VCCl和VCC3共地GNDl，VCCl和VCC2不共地，被测量电压V_tested与VCCl共地GNDI，V_out与VCC2共地GND2 ；电路VCC2和VCC3的电压值相同或接近。
[0024]如图1所示，本实施例中测量隔离电压的电路的工作原理具体如下所述:
[0025]①被测量电压为V_teSted，经过电阻Rl和R2所在的分压支路分压后，得到电压VI，所涉及的计算公式为:
[0026]V1=R2/ (R1+R2) *V_tested ；
[0027]V_tested=(Rl+R2)/R2*Vl ;
[0028]②Ul为运算放大器，由运算放大器的原理可得:
[0029]V1=V2 ；
[0030]V2=R3*I1 ；
[0031]③U2为光耦单元，在同一片芯片内部带两个光耦，两个光耦的输入端为串联连接，因此光耦的二极管输入电流相同，光耦的电流传输比接近，那么两个光耦的三极管的Ic接近:
[0032]I1=I2*CTR1/CTR2 ;
[0033]I2=V_out/R8 ；
[0034]其中CTR为光耦的电流传输比；
[0035]④由此可得，
[0036]V_tested =(R1+R2)/R2*V1
[0037]=(R1+R2)/R2*V2
[0038]=(R1+R2)/R2*R3*I1
[0039]= (R1+R2)/R2*R3*CTR1/CTR2*I2
[0040]=(R1+R2)/R2*R3*CTRl/CTR2*V_out/R8 ；
[0041]也就说，通过在电流-电压转换支路中测量V_out的值，即可通过公式换算出被测量电压V_tested。
[0042]本实施例通过采用光耦实现不同的电源间传输联系，而在电气上实现隔离，电路的电压传输比为:
[0043]V_tested/V_out=(R1+R2)/R2*R3/R8*CTR1/CTR2
[0044]由于这两个光耦是在相同条件下生产的，因此两者的电流传输比CTR1/CTR2可近似等于I。
[0045]同时为了提高测量精度，使VCC2=VCC3。
[0046]综上所述，本实施例具有电路简单，器件容易获得，价格低廉的优点，采用最普通的器件实现测量隔离电压的功能，且测量精度高、线性度好。
[0047]实施例二:本实施例主要讲的是采用两个光耦时的电路，电路如图1中所示，与实施例一的主要差别在于，实施例一中为两个光耦同时封装于一个芯片内，而本实施例中则采用两个光耦芯片，即每个光耦均独立封装于一芯片中，这两个单独的光耦的电流传输比接近或相同。
【权利要求】
1.一种测量隔离电压的电路，其特征在于所述电路至少包括相互连接的隔离电流传输支路以及电流-电压转换支路，所述隔离电流传输支路至少由两个光耦构成，两个所述光耦分为上部光耦和下部光耦，两个所述光耦的二极管端为串联连接，所述上部光耦的二极管端的负极与下部光耦的二极管端的正极相连，两个所述光耦的电流传输比相同。
2.根据权利要求1所述的一种测量隔离电压的电路，其特征在于所述隔离电流传输支路的输出端同电阻R7连接，电阻R7的另一端同所述电流-电压转换支路的电阻R8相连，电阻R8的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的一种测量隔离电压的电路，其特征在于所述隔离电流传输支路中的两个所述光耦可以封装在同一片芯片中，也可以封装在两片独立的芯片中。
4.根据权利要求1所述的一种测量隔离电压的电路，其特征在于所述电路还包括相互连接的分压支路和阻抗变换和放大支路，所述阻抗变换和放大支路与所述隔离电流传输支路相连接，所述阻抗变换和放大支路的输出电阻R5同所述隔离电流传输支路中所述上部光耦的二极管端的正极相连接，所述阻抗变换和放大支路中运算放大器的反相输入端同所述下部光耦的E极相连。
5.根据权利要求4所述的一种测量隔离电压的电路，其特征在于所述阻抗变换和放大支路至少由运算放大器、三个电阻以及一个电容构成，电阻R4连接于所述运算放大器的同相输入端、电阻R3连接于所述运算放大器的反相输入端以及电阻R5连接所述运算放大器输出端，电容C3并联于所述运算放大器的输出端与反相端。
6.根据权利要求4所述的一种测量隔离电压的电路，其特征在于所述分压支路包括电阻Rl和电阻R2，电阻Rl和电阻R2的公共端与所述阻抗变换和放大支路中的电阻R4连接。
7.根据权利要求4所述的一种测量隔离电压的电路，其特征在于所述阻抗变换和放大支路中的电路VCCl和所述隔离电流传输支路中的电路VCC3共地GNDl，所述隔离电流传输支路中的电路VCC2接地，且电路VCC2与电路VCCl不共地，所述分压支路中的被测量电压端V_tested与电路VCCl共地GNDl ；电路VCC2和电路VCC3的电压值相同或接近。
【文档编号】G01R15/22GK203688627SQ201320804534
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】叶建忠 申请人:上海贝电实业（集团）股份有限公司