隔离式电压采集电路的制作方法

本发明涉及电压采集技术领域，具体是一种隔离式电压采集电路。

背景技术

随着电力电子技术在各领域的飞速发展与普及，电压采集测量应用需求日趋广泛。对于高电压、大电流等的采集，为保证安全、减少干扰，通常需要被采集电路和控制电路之间电气隔离。在逆变电源、电力变换、电机控制、高压线路侦测、工业过程控制与测量系统等众多领域，为完成精确的闭环反馈控制，更是需要响应快速、高可靠性和高安全性的隔离式电压采集测量，实现被采集电路的电源端和控制电路参考地端的电气隔离，现有的隔离采集电路有以下几种方式：

磁隔离方式即电压互感器，这种方式虽然电路简单但局限在于仅能处理某一频率范围内的交流电压；

以磁耦合隔离方式或电容耦合隔离方式实现的集成隔离放大器模块，如ad公司的磁隔离放大器ad202和bb公司的电容耦合隔离放大器iso122，此类产品价格昂贵，电压隔离能力、可靠性和响应速度受模块本身的限制。

线性光耦隔离方式，如bb公司的iso100和avago公司的hcnr200，利用发光二极管led与两个光电二极管进行耦合，一路反馈到输入端，一路耦合到输出端，经过激光调整精心匹配，线性度和稳定度较好，但通过模拟线性光耦实现隔离采集，由于其耦合倍数不是固定值而是一个区间，故电路一致性较差，在实际应用中，需要进行电路参数的再校准或追加校准调节电路，导致电路复杂化、电压采集精度不高、响应速度降低，而且线性光耦的价格仍较高。

普通光耦隔离采集，直接用一个或两个普通光耦，利用其近似线性放大功能实现隔离采集，但是普通光电隔离电路满足不了线性关系而且离散型更大，无法采集到准确的结果。

调制解调方式，将被测电压进行频率调制（v/f方式）或脉宽调制（pwm方式），形成与被测电压成正比的频率或脉宽信号，通过隔离器件传输到隔离侧，在隔离侧经过解调制和低通滤波还原出被测电压信息，这类方式输入侧和隔离侧的电路都较复杂，可靠性差，而且最大的局限性在于响应速度慢。

总之，当采集电压输入端与采集结果输出端需要隔离时，通常会通过磁隔离、电容隔离或光耦隔离方式实现，但已有的采集方法存在需要元器件数量较多、需要增加校准或其他辅助电路、可靠性不高、响应速度慢、精度不够、价格昂贵等不足。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，从而提供一种不仅电路简单、成本低廉、可靠性高，还具有高速响应特性，能够满足各种有隔离需求的隔离式电压采集电路。

本发明解决所述问题，采用的技术方案是：

一种隔离式电压采集电路，包括输入侧的输入电压调整电路、电压-脉宽变换电路、脉冲变换控制电路、脉宽信号隔离传递电路，隔离侧的脉宽信号隔离接收电路、脉宽-电压变换电路，以及变换脉冲信号产生电路；输入侧所有电路和隔离侧所有电路电气隔离，输入电压调整电路的输入端连接输入电压，输入电压调整电路、脉冲变换控制电路以及脉宽信号隔离传递电路均连接到电压-脉宽变换电路，变换脉冲信号产生电路连接到脉冲变换控制电路；脉宽信号隔离接收电路和脉宽-电压变换电路连接；电压-脉宽变换电路中包括串联连接的充电电阻、充电控制开关器件和电容。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

①实现了直流和交变的电压隔离采集，而且采集结果精确。

②具有在单个脉冲变换周期内得到采集结果的响应速度。

③电压隔离采集的工作稳定性和可靠性高。

④采集电路简单，制作成本低。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

电压-脉宽变换电路的输入端（a）经电阻r22连接npn型三极管q20的基极，npn型三极管q20的发射极连接电容c20的一端，电容c20的另一端连接输入侧电源的负端，npn型三极管q20的集电极连接充电电阻r20的一端，充电电阻r20的另一端连接二极管d20的阴极，二极管d20的阳极连接pnp型三极管q21的基极，pnp型三极管q21的发射极连接脉冲变换控制端（c），pnp型三极管q21的集电极经限流电阻r21连接脉宽信号输出端（b），pnp型三极管q21的发射极和基极之间连接上拉电阻r26。

电压-脉宽变换电路的npn型三极管q20的发射极还经电阻r23连接npn型三极管q22的集电极，npn型三极管q22的发射极连接输入侧电源的负端，npn型三极管q22的基极经电阻r25连接二极管d21的阳极，二极管d21的阴极连接变换脉冲信号（d），npn型三极管q22的基极还经过电阻r24连接输入侧电源的正端。

电压-脉宽变换电路的输入端（a）经电阻r22连接比较器u20的反相输入端，比较器u20的输出端经电阻r27连接二极管d22的阴极，d22的阳极连接pnp型三极管q20的基极，pnp型三极管q20的发射极连接脉冲变换控制端（c），pnp型三极管q20的集电极经限流电阻r21连接脉宽信号输出端（b），pnp型三极管q20的发射极和基极之间连接上拉电阻r26，pnp型三极管q20的集电极还连接二极管d20的阳极，二极管d20的阴极连接充电电阻r20的一端，充电电阻r20的另一端连接电容c20的一端，电容c20的另一端连接输入侧电源的负端，电容c20和充电电阻r20的公共连接点连接比较器u20的同相输入端。

电压-脉宽变换电路的电容c20和充电电阻r20的公共连接点还经电阻r23连接npn型三极管q22的集电极，npn型三极管q22的发射极连接输入侧电源的负端，npn型三极管q22的基极经电阻r25连接二极管d21的阳极，二极管d21的阴极连接变换脉冲信号（d），npn型三极管q22的基极还经过电阻r24连接输入侧电源的正端。

变换脉冲信号产生电路包括电气相互隔离的变换指令隔离接收电路和变换指令隔离发送电路；变换指令隔离接收电路的光耦oc2-s的光敏三极管的发射极连接输入侧电源的负端，光耦oc2-s的光敏三极管的集电极连接变换脉冲信号（d）；变换指令隔离发送电路的光耦oc2-p的发光二极管的阳极经电阻r45连接隔离侧电源的正端，光耦oc2-p的发光二极管的阴极连接npn型三极管q43的集电极，npn型三极管q43的发射极连接隔离侧电源的负端，npn型三极管q43的基极经电阻r46连接变换脉冲指令输入端（h）。

变换指令隔离发送电路的变换脉冲指令输入端（h）连接设置在隔离侧的数字控制器mcu的gpio输出端（out）。

脉宽-电压变换电路的脉宽信号输入端（e）连接数字控制器mcu的快速响应输入端（int）。

脉宽-电压变换电路的脉宽信号输入端（e）经充电电阻r60连接二极管d60的阳极，二极管d60的阴极连接电容c60的一端并作为第一输出信号端（f），电容c60的另一端连接隔离侧电源的负端，第一输出信号端（f）经放电电阻r61连接npn型三极管q60的集电极，npn型三极管q60的发射极连接隔离侧电源的负端，npn型三极管q60的基极连接齐纳二极管zd60的阳极，齐纳二极管zd60的阴极经电阻r65连接到脉宽信号输入端（e），齐纳二极管zd60的阴极还连接二极管d61的阳极，二极管d61的阴极连接npn型三极管q61的集电极，npn型三极管q61的发射极连接隔离侧电源的负端，npn型三极管q61的基极连接齐纳二极管zd61的阳极，齐纳二极管zd61的阴极经电阻r64连接到电容c61的一端，电容c61的另一端连接隔离侧电源的负端，电容c61的两端并联电阻r63，电容c61、电阻r63、电阻r64的公共连接点还经电阻r62连接到脉宽信号输入端（e）。

脉宽-电压变换电路的脉宽信号输入端（e）还连接数字控制器mcu的快速响应输入端（int），第一输出信号端（f）连接mcu的ad采样端。

脉宽-电压变换电路的第一输出信号端（f）连接二极管d62的阳极，二极管d62的阴极连接到电容c62的一端并作为第二输出信号端（g），电容c62的另一端连接隔离侧电源的负端。

输入电压调整电路的分压电阻r10、r11串联连接，分压电阻r10、r11的公共连接点作为输入电压调整电路的输出信号（a），输入电压的两端分别连接到分压电阻r10、r11的非公共连接点上。

输入电压调整电路的输入电压的一端还连接齐纳二极管zd10的阴极，齐纳二极管zd10阳极连接输入侧电源的负端，齐纳二极管zd10的阴极还经电阻r12连接输入侧电源的正端。

脉宽信号隔离传递电路的光耦oc1-p的发光二极管的阳极连接脉宽信号端（b），光耦oc1-p的发光二极管的阴极连接输入侧电源的负端；脉宽信号隔离接收电路的光耦oc1-s的光敏三极管的集电极连接隔离侧电源的正端，光耦oc1-s的光敏三极管的发射极作为脉宽信号（e）输出端，同时经电阻r50连接隔离侧电源的负端。

脉冲变换控制电路的pnp型三极管q30的集电极连接脉冲变换控制端（c），pnp型三极管q30的基极经电阻r30连接变换脉冲信号（d），pnp型三极管q30的发射极连接输入侧电源的正端，pnp型三极管q30的发射极和基极之间并联上拉电阻r31。

变换脉冲信号产生电路包括由npn型三极管q41、npn型三极管q42、电容c40、电容c41、电阻r41、电阻r42、电阻r43、电阻r44组成的振荡电路，振荡电路的输出从npn型三极管q41的集电极引出经电阻r40连接npn型三极管q40的基极，npn型三极管q40的发射极连接输入侧电源的负端，npn型三极管q40的集电极连接变换脉冲信号（d）。

附图说明

图1是本发明实施例1的电路结构方框图；

图2是本发明实施例1的电路原理图；

图3是本发明实施例2的电路结构方框图；

图4是本发明实施例2的电路原理图；

图5是本发明实施例3的电路原理图；

图6是本发明实施例4的电路原理图；

图7是本发明实施例5的电路原理图；

图8是本发明实施例6的电路原理图；

图9是本发明实施例7的电路原理图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

实施例1：

参见图1、图2，一种隔离式电压采集电路，包括输入侧的输入电压调整电路、电压-脉宽变换电路、脉冲变换控制电路、脉宽信号隔离传递电路，隔离侧的脉宽信号隔离接收电路、脉宽-电压变换电路，以及变换脉冲信号产生电路；输入侧所有电路和隔离侧所有电路电气隔离，输入电压调整电路的输入端连接输入电压，输入电压调整电路、脉冲变换控制电路以及脉宽信号隔离传递电路均连接到电压-脉宽变换电路，变换脉冲信号产生电路连接到脉冲变换控制电路；脉宽信号隔离接收电路和脉宽-电压变换电路连接；电压-脉宽变换电路中包括串联连接的充电电阻、充电控制开关器件和电容，其中：

输入电压调整电路的分压电阻r10、分压电阻r11串联连接，分压电阻r10、分压电阻r11的公共连接点作为所述输入电压调整电路的电压信号a，需采集的输入电压的两端分别连接到分压电阻r10、分压电阻r11的非公共连接点上，输入电压的低电压一端连接到输入侧电源的负端，根据输入电压的最大值，配置适当的分压电阻r10和分压电阻r11的阻值，使电压信号a和输入侧电源的负端之间电压值不高于输入侧电源正电压值。

电压-脉宽变换电路的输入端a经电阻r22连接npn型三极管q20的基极，npn型三极管q20的发射极连接电容c20的一端，电容c20的另一端连接输入侧电源的负端，npn型三极管q20的集电极连接充电电阻r20的一端，充电电阻r20的另一端连接二极管d20的阴极，二极管d20的阳极连接pnp型三极管q21的基极，pnp型三极管q21的发射极连接脉冲变换控制端c，pnp型三极管q21的集电极经限流电阻r21连接脉宽信号输出端b，pnp型三极管q21的发射极和基极之间连接上拉电阻r26；当电压信号a的电压高于电容c20两端电压时，npn型三极管q20可由集电极向发射极方向对电容c20充电，充电电流的大小受到充电电阻r20限流，电容c20的最高充电电压低于脉冲变换控制端c的电压值，保护二极管d20，保证npn型三极管q20和pnp型三极管q21内不产生不需要的反向电流；当pnp型三极管q21发射极到基极方向流过对电容c20的充电电流时，pnp型三极管q21可同时由发射极向集电极方向经电阻r21向脉宽信号输出端b流出电流，当电容c20充电结束后，pnp型三极管q21随即截止，因此在脉宽信号输出端b形成脉宽信号；因电容c20充电必须在脉冲变换控制端c是高电压时才能进行，因此脉宽信号b的宽度值低于变换脉冲信号d的有效指令宽度。

脉冲变换控制电路的pnp型三极管q30的集电极连接脉冲变换控制端c，pnp型三极管q30的基极经电阻r30连接变换脉冲信号d，pnp型三极管q30的发射极连接输入侧电源的正端，pnp型三极管q30的发射极和基极之间并联上拉电阻r31；当变换脉冲信号d为低电压时，pnp型三极管q30导通，控制输出端c电压近似等于输入侧电源正电压值，从而实现按照变换脉冲信号d控制电压-脉宽变换电路以脉冲方式断续执行电压-脉宽变换。

变换脉冲信号产生电路包括由npn型三极管q41、npn型三极管q42、电容c40、电容c41、电阻r41、电阻r42、电阻r43、电阻r44组成的振荡电路，振荡电路的输出从npn型三极管q41的集电极引出经电阻r40连接npn型三极管q40的基极，npn型三极管q40的发射极连接输入侧电源的负端，npn型三极管q40的集电极连接变换脉冲信号d；电阻r41和电阻r44相同，电阻r42和电阻r43相同且阻值大于电阻r41和电阻r44，电容c40、电容c41相同，根据采集速度要求，适当配置电阻r41、电阻r42、电容c40的参数，可以得到不同的振荡频率；npn型三极管q41的集电极上产生的振荡电压经npn型三极管q40和基极限流电阻r40整形放大后，由npn型三极管q40的集电极引出到变换脉冲信号端d。

脉宽信号隔离传递电路的光耦oc1-p的发光二极管的阳极连接脉宽信号端b，光耦oc1-p的发光二极管的阴极连接输入侧电源的负端；脉宽信号隔离接收电路的光耦oc1-s的光敏三极管的集电极连接隔离侧电源的正端，光耦oc1-s的光敏三极管的发射极作为脉宽信号e输出端，同时经电阻r50连接隔离侧电源的负端；经过光耦oc1，将输入侧的脉宽信号b等宽度、同相位地传递到隔离侧的脉宽信号端e。

脉宽-电压变换电路的脉宽信号输入端e经充电电阻r60连接二极管d60的阳极，二极管d60的阴极连接电容c60的一端并作为第一输出信号端f，电容c60的一端连接隔离侧电源的负端；二极管d60防止电容c60上的电压通过充电电阻r60反向放电，充电电阻r60和电容c60具有和电压-脉宽变换电路中的充电电阻r20以及电容c20相同的充电特性，而且输入侧脉宽信号b和隔离侧脉宽信号e又相同，因此实现了电容c20、电容c60充电时间相同，故此电容c60两端电压和电容c20两端电压成线性关系，也就是每个变换周期充电完成后电容c60两端电压可以表征输入端a的电压值；为确保电容c60的充电能从0v电压起始，第一输出信号端f经放电电阻r61连接npn型放电三极管q60的发射极，npn型放电三极管q60的集电极连接隔离侧电源的负端，npn型放电三极管q60的基极连接齐纳二极管zd60的阳极，齐纳二极管zd60的阴极经电阻r65连接到脉宽信号输入端e，齐纳二极管zd60的阴极还连接二极管d61的阳极，二极管d61的阴极连接npn型三极管q61的发射极，npn型三极管q61的集电极连接隔离侧电源的负端，npn型三极管q61的基极连接齐纳二极管zd61的阳极，齐纳二极管zd61的阴极经电阻r64连接到电容c61的一端，电容c61的另一端连接隔离侧电源的负端，电容c61的两端并联电阻r63，电容c61、电阻r63、电阻r64的公共连接点还经电阻r62连接到脉宽信号输入端e；通过电容c61的电压缓升特点，实现在脉宽信号开始后的极短时间内，电容c60先通过放电电阻r61和npn型三极管q60放电，放电的时间由电阻r26和电容c61的充电时间常数决定；第一输出信号端f连接二极管d62的阳极，二极管d62的阴极连接到电容c62的一端并作为第二输出信号端g，电容c62的另一端连接隔离侧电源的负端；通过二极管d62在电容c62两端对电容c60两端电压进行峰值保持，实现第二输出信号端g的电压平稳，而且可以将采集结果保持相对长的时间以适应后续电路的特殊需求。

实施例2：

参见图3、图4，与实施例1的电路不同之处为：变换脉冲信号产生电路和脉宽-电压变换电路。

变换脉冲信号产生电路包括电气相互隔离的变换指令隔离接收电路和变换指令隔离发送电路，变换指令隔离接收电路的光耦oc2-s的光敏三极管的发射极连接输入侧电源的负端，光耦oc2-s的光敏三极管的集电极连接变换脉冲信号d；变换指令隔离发送电路的光耦oc2-p的发光二极管的阳极经电阻r45连接隔离侧电源的正端，光耦oc2-p的发光二极管的阴极连接npn型三极管q43的集电极，npn型三极管q43的发射极连接隔离侧电源的负端，npn型三极管q43的基极经电阻r46连接变换脉冲指令输入端h；经过光耦oc2，将隔离侧的变换脉冲指令h等宽度、反相位地传递到输入侧的变换脉冲信号端d，因为变换脉冲信号d低电压条件下，脉冲变换控制电路才控制电压-脉宽变换电路开始变换，因此，当隔离侧的变换脉冲指令h处于高电压状态为变换脉冲指令的有效状态；变换脉冲指令输入端h连接设置在隔离侧的数字控制器mcu的gpio输出端out，能够实现通过程序由mcu控制每次脉冲变换的执行。

脉宽-电压变换电路的脉宽信号输入端e连接数字控制器mcu的快速响应输入端int；mcu可以捕获（capture）方式得到脉宽信号e的脉宽值，并通过脉宽值即充电时间t与电容c20两端电压vt的数学关系（vt=e×[1-exp(-t/rc)]，e是充电电源电压值近似等于输入侧电源正端电压值，r是充电电阻r20的电阻值，c是电容c20的电容值），直接计算出c20充电完成后的两端电压值，此值等于输入端a的电压值。

实施例3：

参见图5，与实施例1的电路不同之处为：电压-脉宽变换电路和输入电压调整电路。

电压-脉宽变换电路的npn型三极管q20的发射极还经电阻r23连接npn型三极管q22的集电极，npn型三极管q22的发射极连接输入侧电源的负端，npn型三极管q22的基极经电阻r25连接二极管d21的阳极，二极管d21的阴极连接变换脉冲信号d，npn型三极管q22的基极还经过电阻r24连接输入侧电源的正端；当变换脉冲信号d为高电压时，即非电压-脉宽变换时间，npn型三极管q22处于导通状态，电容c20两端电压经电阻r23和npn型三极管q22放电，保证下一次脉冲变换开始之前电容c20两端电压为0v，可以实现两次脉冲变换之间仅需要等待电容c20通过电阻r23放电的时间间隔，合理配置电阻r23可以让此放电时间极短，达到高速采样目的；当变换脉冲信号d为低电压时，即电压-脉宽变换时间，npn型三极管q22基极电压变低，npn型三极管q22处于截止状态，电容c20可以正常充电。

输入电压调整电路的输入电压连接输入侧电源负端的一端不再直接连接输入侧电源负端，而是连接齐纳二极管zd10的阴极，齐纳二极管zd10阳极连接输入侧电源的负端，齐纳二极管zd10的阴极还经电阻r12连接连接输入侧电源的正端；适当选择齐纳二极管zd10的稳压值并匹配适合的电阻r12，可使电压信号a的电压相对输入侧电源的负端垫高一个电压值，其大小等于齐纳二极管zd10稳压值，以实现输入电压是交流电压情况的采集，也可避免电压信号a的电压值很低时（如低于0.7v情况下），因流过npn型三极管q20基极的电流太小而引起的测试精度下降。

实施例4：

参见图6，与实施例3的电路不同之处为：脉宽-电压变换电路中使用了数字控制器mcu。

脉宽-电压变换电路的脉宽信号输入端e还连接数字控制器mcu的快速响应输入端int，第一输出信号端f连接mcu的ad采样端；mcu可以捕获（capture）方式得到脉宽信号e的脉宽值，并通过脉宽值即充电时间t与电容c20两端电压vt的数学关系（vt=e×[1-exp(-t/rc)]，e是充电电源电压值近似等于输入侧电源正端电压值，r是充电电阻r20的电阻值，c是电容c20的电容值），直接计算出c20充电完成后的两端电压值，此值等于输入端a的电压值；为减轻mcu负担，也可通过程序控制，通过脉宽信号e的电压变化判断本次变换是否完成，并在本次变换完成的同时对第一输出信号f进行ad采样来获取输入端a的电压值，因为mcu执行ad采样可以很快完成，所以可以不需要峰值保持电路。

实施例5：

参见图7，与实施例4的电路不同之处为：变换脉冲信号产生电路和脉宽-电压变换电路。

脉宽-电压变换电路的数字控制器mcu的gpio输出端out连接变换脉冲指令输入端h；更进一步减轻mcu负担，可通过程序控制，在需要检测时，mcu发出变换脉冲指令h，同时开始检测脉宽信号e，通过脉宽信号e的电压变化判断本次变换是否完成，并在本次变换完成的同时直接根据脉宽值计算输入端a的电压值，也可以在本次变换完成同时对第一输出信号f进行ad采样来获取输入端a的电压值，实现只有在需要采集时才占用mcu资源。

本实施例中的变换脉冲信号产生电路与实施例2所示电路中的变换脉冲信号产生电路相同，变换脉冲信号产生电路的变换脉冲指令输入端h也同样连接数字控制器mcu的gpio输出端out，以实现通过程序由mcu控制每次脉冲变换的执行。

实施例6：

参见图8，与实施例3的电路不同之处为：变换脉冲信号产生电路，变换脉冲信号产生电路设置于隔离侧，并连接到隔离侧电源，而且还追加了相互电气隔离的变换指令隔离发送电路和变换指令隔离接收电路；变换脉冲信号h连接到变换指令隔离发送电路；变换指令隔离发送电路的光耦oc2-p的发光二极管的阳极经电阻r45连接隔离侧电源的正端，光耦oc2-p的发光二极管的阴极连接npn型三极管q43的集电极，npn型三极管q43的发射极连接隔离侧电源的负端，npn型三极管q43的基极经电阻r46连接变换脉冲指令输入端h；变换指令隔离接收电路的光耦oc2-s的光敏三极管的发射极连接输入侧电源的负端，光耦oc2-s的光敏三极管的集电极连接变换脉冲信号d；本实施例在不使用数字控制器mcu条件下，可进一步简化输入侧电路，减少输入侧元器件数量。

实施例7：

参见图9，与实施例3的电路不同之处为：电压-脉宽变换电路。

电压-脉宽变换电路的输入端a经电阻r22连接比较器u20的反相输入端，比较器u20的输出端经电阻r27连接二极管d22的阴极，二极管d22的阳极连接pnp型三极管q20的基极，pnp型三极管q20的发射极连接脉冲变换控制端c，pnp型三极管q20的集电极经限流电阻r21连接脉宽信号输出端b，pnp型三极管q20的发射极和基极间连接上拉电阻r26；pnp型三极管q20的集电极还连接二极管d20的阳极，二极管d20的阴极连接充电电阻r20的一端，充电电阻r20的另一端连接电容c20的一端，电容c20的另一端连接输入侧电源的负端，电容c20和充电电阻r20的公共连接点连接比较器u20的同相输入端；比较器u20可以采用运算放大器实现，电压-脉宽变换电路采用比较器u20的比较功能，实现当电容c20两端电压低于输入端a的电压时，比较器u20输出端为低电压，使pnp型三极管q20导通后由发射极到集电极经充电电阻r20给电容c20充电，同时输出脉宽信号b；因为比较器u20的输入阻抗很高，所以本实施例的电压-脉宽变换电路适合采集对输入阻抗要求非常严格的输入电压信号；电压-脉宽变换电路的电容c20和电阻r20的公共连接点还经电阻r23连接npn型三极管q22的集电极，npn型三极管q22的发射极连接输入侧电源的负端，npn型三极管q22的基极经电阻r25连接二极管d21的阳极，二极管d21的阴极连接变换脉冲信号d，npn型三极管q22的基极还经过电阻r24连接输入侧电源的正端；保证下一次脉冲变换开始之前电容c20两端电压为0v。

本实施例电路中的电压-脉宽变换电路的输入端a、脉冲变换控制端c、脉宽信号输出端b、变换脉冲信号端d的连接方式以及电压规格与上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中的电压-脉宽变换电路相同，所以此电压-脉宽变换电路可以替换上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中的电压-脉宽变换电路。

本发明隔离式电压采集电路的工作原理如下：

输入电压信号经电压调整电路后，调整为不高于输入侧电源正电压的适当电压值，连接到电压-脉宽变换电路输入端a，脉冲变换控制电路按照变换脉冲信号d，控制电压-脉宽变换电路以脉冲方式断续执行电压-脉宽变换，电压-脉宽变换的原理是在脉冲变换开始的同时，同步地通过串联连接的充电电阻r20、充电控制开关器件q20对电容c20充电，充电到电容c20两端电压等于电压-脉宽变换电路输入端a的电压时，充电控制开关器件q20关断，完成本脉冲变换周期的电压-脉宽变换，并将此充电时间作为代表输入电压值的脉宽信号b，此脉宽信号b通过相互电气隔离的脉宽信号隔离传递电路和脉宽信号隔离接收电路传输到隔离侧，形成隔离侧的脉宽信号e，在隔离侧通过脉宽-电压变换电路将脉宽信号e复原出输入端a的电压值，脉宽-电压变换可通过数字计算，也可通过与充电电阻r20、电容c20相同充电特性的电阻r60和电容c60同步充电，以电容c60两端电压复原输入端a的电压值。

为获得隔离电压采集的高速响应特性，脉宽-电压变换电路优选采用数字控制器mcu，mcu可以捕获（capture）方式得到脉宽信号e的脉宽值，并通过脉宽值即充电时间t与电容c20两端电压vt的数学关系（vt=e×[1-exp(-t/rc)]，e是充电电源电压值近似等于输入侧电源正端电压值，r是充电电阻r20的电阻值，c是电容c20的电容值），直接计算出输入端a的电压值；为减轻mcu负担，也可通过程序控制，在需要检测时，mcu发出变换脉冲指令h，同时开始检测脉宽信号e，通过脉宽信号e的电压变化判断本次变换是否完成，并在本次变换完成的同时直接根据脉宽值计算输入端a的电压值，也可以在本次变换完成同时对第一输出信号f进行ad采样来获取输入端a的电压值。

本发明的核心采集器件是电阻、电容和充电控制开关器件，隔离传输器件采用普通光耦，隔离侧的电压复原采用相同充电特性的电阻、电容实现，也可采用mcu直接计算实现；在每个脉冲变换周期内，在电压-脉宽变换完成同时，在隔离侧可同步得到代表输入电压值的脉宽值，或通过电阻、电容充电方式也可同步复原出输入电压值，能够实现直流和交变的电压隔离采集，而且采集结果精确，具有在单个脉冲变换周期内得到采集结果的响应速度，电压隔离采集的工作稳定性和可靠性高，采集电路简单，制作成本低。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及其附图内容所作的等效变化，例如，将npn型三极管和pnp型三极管互换，采用mosfet、电子开关、比较器、运算放大器代替三极管，变换传输光耦类型，采用磁隔离或光纤隔离代替光耦隔离，用其他数字控制器如dsp、fpga、cpld、plc、电子计算机代替数字控制器mcu，有效高低电平的变换，增加滤波器件等，或将本发明电路应用于电压采集用途以外的模拟电压隔离传输，均包含于本发明的权利范围之内。