一种用于PWM整流器的隔离电压采样电路的制作方法

本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种用于pwm整流器的隔离电压采样电路

背景技术：

脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)整流器具有能量双向流动，功率因数可调，电网侧电流正弦和母线电压可调的特点，并广泛的应用在有源电力滤波、光伏发电、风力发电等领域。pwm整流器本身具有多变量、非线性、强耦合的特点，因此pwm整流器系统的动静态性能很大程度上取决于其控制方法，而任何一种控制方式都需要对电路中的模拟信号进行采样来确定系统的工作状态，及时对系统进行相应的控制。但是在电压采样过程中，各种干扰信号会随着被测信号进入控制系统中，从而使被测信号的采样精度降低，造成采样信号失真与控制失准。

技术实现要素：

本发明为了解决各种干扰信号随着被测信号进入到pwm整流器的控制系统中导致采样精度低、容易造成采样信号信号失真与控制失准的问题，提供了一种具有环路面积小、线性度好、温漂小、精度高、抗干扰能力强的隔离电压采样电路。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于pwm整流器的隔离电压采样电路是由电压跟随电路、隔离放大电路、电流-电压转换电路、箝位电路组成；

所述电压跟随电路由电阻r1、电阻r2、电阻r3、运算放大器u1组成。所述电压跟随电路中电阻r1一端连接待测电压信号vin，另一端与运算放大器的同相输入端、电阻r2的一端连接；电阻r2一端连接运算放大器u1的同相输入端、电阻r1，另一端与gnd连接；运算放大器u1的反相输入端通过电阻r3与运算放大器的输出端相连，运算放大器的同相输入端与电阻r1、电阻r2连接。

所述隔离放大电路由电阻r4、电阻r5电容c1、运算放大器u2、高精度线性模拟光电耦合器u3组成。所述电压反馈电路中运算放大器u2的反相输入端通过电容c1与运算放大器u2的输出端连接；运算放大器u2的反相输入端通过电阻r4与运算放大器u1的输出端连接，运算放大器u2的同相输入端连接gnd。光电耦合器u3的1脚通过电阻r4与运算放大器u2输出端连接，光电耦合器的2脚接+15v电源，光电耦合器u3的3脚与运算放大器u2的反相输出端相连，光电耦合器的4脚连接gnd，光电耦合器u3的5脚连接gnd且与运算放大器u4的同相输入端相连。

所述电流-电压转换电路由电阻r6、电阻r7、电容c2、运算放大器u4组成。所述电流-电压转换电路中运算放大器u4的反相输入端连接光电耦合器u3的6脚，运算放大器u4的同相输入端连接gnd且与光电耦合器的5脚连接，运算放大器u4的反相输入端分别通过电阻r3、电容c2与运算放大器u4的输出端连接。

所述箝位电路包括电阻r8、二极管d1、二极管d2。所述箝位电路中电阻r8一端连接运算放大器u4输出端，另一端连接二极管d1的阴极与d2的阳极；二极管d1阳极连接+3.3v电源，二极管d1阴极连接二极管d2阳极；二极管d2阳极连接gnd。

本发明有这样一些技术特征：

1、所述运算放大器u1、运算放大器u2、运算放大器u4为opa4350ua。

2、所述光电耦合器u3为hcnr201。

3、所述二极管d1、二极管d2为肖特基二极管。

4、所述电压跟随电路中电阻r1＝300k、电阻r2＝10k、电阻r3＝100k；隔离放大电路中电阻r4＝300k，电阻r5＝1k，电容c1＝0.001uf；电流-电压转换电路中电阻r6＝80k，电阻r7＝80k，电容c2＝0.001uf，所述箝位电路中r8＝5.1k。

本发明的有益效果：

1、在电压信号采样电路中利用线性光耦实现隔离器件的输出随输入端变化，保证了较高的线性度；线性光耦hcnr201具有响应速度快、抗共模干扰能力强的优点，使用线性光耦hcnr201降低了电路的成本且提高了电压采样电路的稳定性、线性度，该电压采样电路不受交流输入频率的影响，有效的提高电压采样的采样精度。

2、采用两级运放电路，输入阻抗大，共模抑制比高，可以有效的抑制外部干扰信号；由于采用差分放大方式，可以有效的稳定静态工作点、减小器件温漂引起的采样误差。

附图说明

图1为本发明的电路原理图

相关元件符号说明：电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8,电容c1、c2，运算放大器u1、u2、u4，光电耦合器u3。

具体实施方式

为了使本发明的目的及技术方案更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明的应用原理做详细的描述。

结合图1，一种用于pwm整流器的隔离电压采样电路是由电压跟随电路、隔离放大电路、电流-电压转换电路、箝位电路组成；

所述电压跟随电路由电阻r1、电阻r2、电阻r3、运算放大器u1组成。所述电压跟随电路中电阻r1一端连接待测电压信号vin，另一端与运算放大器的同相输入端、电阻r2的一端连接；电阻r2一端连接运算放大器u1的同相输入端、电阻r1，另一端与gnd连接；运算放大器u1的反相输入端通过电阻r3与运算放大器的输出端相连，运算放大器的同相输入端与电阻r1、电阻r2连接。

所述隔离放大电路由电阻r4、电阻r5电容c1、运算放大器u2、高精度线性模拟光电耦合器u3组成。所述电压反馈电路中运算放大器u2的反相输入端通过电容c1与运算放大器u2的输出端连接；运算放大器u2的反相输入端通过电阻r4与运算放大器u1的输出端连接，运算放大器u2的同相输入端连接gnd。光电耦合器u3的1脚通过电阻r4与运算放大器u2输出端连接，光电耦合器的2脚接+15v电源，光电耦合器u3的3脚与运算放大器u2的反相输出端相连，光电耦合器的4脚连接gnd，光电耦合器u3的5脚连接gnd且与运算放大器u4的同相输入端相连。

所述电流-电压转换电路由电阻r6、电阻r7、电容c2、运算放大器u4组成。所述电流-电压转换电路中运算放大器u4的反相输入端连接光电耦合器u3的6脚，运算放大器u4的同相输入端连接gnd且与光电耦合器的5脚连接，运算放大器u4的反相输入端分别通过电阻r3、电容c2与运算放大器u4的输出端连接。

所述箝位电路包括电阻r8、二极管d1、二极管d2。所述箝位电路中电阻r8一端连接运算放大器u4输出端，另一端连接二极管d1的阴极与d2的阳极；二极管d1阳极连接+3.3v电源，二极管d1阴极连接二极管d2阳极；二极管d2阳极连接gnd。

本发明电压采样电路，前级运放u1构成电压跟随电路，其中电阻r1、r2组成精密电阻分压网络，目的是为了扩大测量电压的范围，电容c1在起反馈作用的同时，也滤除了电路中的高频电压毛刺信号。

光电耦合器hcnr201内部包含一个高性能的砷化镓led发光管、输入光电二极管和输出光电二极管。led发光管上电是，其发出的光耦合到输入光电二极管和输出光电二极管用于内部监测和构成闭环反馈，主要作用是稳定led发光管的光输出，因此，led发光管的非线性和漂移特性几乎可被完全消除，输出光电二极管则产生一种跟led发光管的光输出线性相关的光电流，使得系统电路具备高线性度和稳定增益特性。

运放u2、发光二极管led、光电二极管pd1与阻容元件一起构成输入电路，光电二极管pd1为运放u2引入负反馈，若发光二极管led发光强度发生变化，运放输入电流的大小以调节发光二极管的发光强度，从而使得稳定流过光电二极管的电流。运放u4发光二极管pd2与阻容元件一起构成输出电路，将流过光电二极管pd2的光电流信号转换为电压信号。

电压采样电路输入电压与隔离电路输出电压是线性变化，其放大关系可以通过电阻r4、r5、r6的大小来调节。

综上所述，本发明实施例，一种用于pwm整流器的隔离电压采样电路，在电压信号采样电路中利用线性光耦实现隔离器件的输出随输入端变化，保证了较高的线性度；线性光耦hcnr201具有响应速度快、抗共模干扰能力强的优点，使用线性光耦hcnr201降低了电路的成本且提高了电压采样电路的稳定性、线性度，该电压采样电路不受交流输入频率的影响，有效的提高电压采样的采样精度。采用两级运放电路，输入阻抗大，共模抑制比高，可以有效的抑制外部干扰信号；设计工频滤波电路消除自激振荡，滤除毛刺信号，降低电路的输出噪声。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。