直流电压信号的隔离采样电路的制作方法

本发明涉及一种隔离采样电路，尤其涉及一种直流电压信号的隔离采样电路。

背景技术：

配电自动化系统要求实时监测各类直流电压信号的状态，作为判断对应的子系统工作是否正常的辅助判断依据，现有的直流电压采样技术通常都无法同时满足隔离、精度以及抗干扰的要求。

技术实现要素：

发明目的：本发明提出一种直流电压信号的隔离采样电路，能够安全稳定地实时采集配电网系统中的各类直流电压信号，并减小环境干扰对采样电路的影响。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种直流电压信号的隔离采样电路，用于配电自动化系统，包括输入保护分压电路、信号隔离跟随电路和直流电源隔离模块；输入保护分压电路，用于对输入电压幅值限压保护，并通过分压电路匹配后级电路测量量程；信号隔离跟随电路，与输入保护分压电路的输出相连，包括顺次电连接的输入端运算放大电路、隔离线性光耦和输出端运算放大电路，将所述输入保护分压电路输出的直流电压信号隔离并线性跟随输出；所述直流电源隔离模块用于为输入端运算放大电路提供稳定的隔离电源。

所述信号隔离跟随电路包括顺次电连接的输入端运算放大电路、隔离线性光耦和输出端运算放大电路，所述输入端运算放大电路包括第一运算放大器，所述输出端运算放大电路包括第二运算放大器，所述隔离线性光耦输入端一侧的光敏二极管负极与第一运算放大器的负极相连，光敏二极管正极与所述直流电源隔离模块的地端相连；所述隔离线性光耦输入端一侧的发光二极管负极通过电阻与第一运算放大器的输出端相连，发光二极管正极接所述直流电源隔离模块的电压输出端相连；所述隔离线性光耦的输出端一侧的光敏二极管负极与第二运算放大器的负极相连，光敏二极管正极与第二运算放大器的正极相连。

所述输入保护分压电路包括压敏电阻以及与压敏电阻并联的分压电路，所述分压电路包括串联的第一精密分压电阻和第二精密分压电阻。

优选的，所述压敏电阻型号为myn12-121k，所述第一精密分压电阻、第二精密分压电阻的精度为1％以内，温漂0～50ppm。

优选的，所述第一运算放大器和第二运算放大器的型号为lmv358，所述线性隔离光耦ic1型号为hcnr201。

本方案中所述的隔离线性光耦及直流电源隔离模块的隔离电压等级均在1500v以上，以满足配电自动化系统的实际需求。

有益效果：与现有技术相比，本发明专利具有以下优点：本发明专利提供的直流电压信号的隔离采样电路，在对输入电压幅值限压保护之后，将外部输入的直流电压通过精密电阻分压变换到dc2.5v以内，既能满足隔离电压等级，又能满足后级测量量程。然后通过隔离线性光耦和运算放大器组合电路将信号隔离并线性跟随输出，能够减小环境干扰对采样电路的影响，保证采集信号不失真，稳定地采集到配电网系统中的各类直流电压信号。

附图说明

图1是本发明所述的直流电压信号的隔离采样电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的直流电压信号的隔离采样电路，在对输入电压幅值限压保护之后，将外部输入的直流电压通过精密电阻分压变换到dc2.5v以内，然后通过隔离线性光耦和运算放大器组合电路将信号隔离并线性跟随输出；直流电源隔离模块用于为输入端运算放大器电路提供稳定的隔离电源。

如图1所示为本发明专利所提供的直流电压信号的隔离采样电路系统的示意图，主要包括输入保护分压电路、信号隔离跟随电路、直流电源隔离模块。

输入保护分压电路包括压敏电阻rm、第一精密分压电阻r1和第二精密分压电阻r2。输入保护分压电路用于防止外部直流电压信号ui受外接干扰后瞬间升高，保护后级电路，然后经精密分压电阻r1、r2将信号缩小r2/(r1+r2)倍，满足后级电路测量量程。

压敏电阻rm用于防止外部直流电压信号受外接干扰后瞬间升高，保护后级电路。精密分压电阻阻值的比例与信号缩小倍数有关。优选地，压敏电阻rm型号为myn12-121k。精密分压电阻r1、r2阻值均为10kω/0.25w级，精度1％，温漂50ppm。

信号隔离跟随电路包括顺次电连接的输入端运算放大电路、隔离线性光耦和输出端运算放大电路。如图1所示，包括第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5，第一电容c1、第二电容c2，第一运算放大器u1、第二运算放大器u2，线性隔离光耦ic1。通过隔离线性光耦ic1和运算放大器u1、u2组合，将前级dc2.5v以内直流电压信号隔离并线性跟随输出得到uo。信号隔离跟随电路通过隔离线性光耦和运算放大器组合，将前级dc2.5v以内直流电压信号隔离并线性跟随输出。隔离线性光耦ic1输入端一侧的光敏二极管负极与第一运算放大器u1的负极相连，光敏二极管正极与隔离电源isognd相连；隔离线性光耦ic1输入端一侧的发光二极管负极通过第四电阻r4与第一运算放大器u1的输出端相连，发光二极管正极接隔离电源iso5v相连。光耦ic1的输出端一侧的光敏二极管负极与第二运算放大器u2的负极相连，光敏二极管正极与第二运算放大器u2的正极相连。

优选地，第三电阻r3、第五电阻r5阻值均为150kω左右，第四电阻r4阻值为470ω左右。电容c1、c2容值均为470pf左右。运算放大器u1、u2型号为lmv358。线性隔离光耦ic1型号为hcnr201。

直流电源隔离模块采用型号为b0505ls的电源模块，为输入端运算放大器电路提供稳定的隔离电源iso5v。

隔离线性光耦及直流电源隔离模块的隔离电压等级均在1500v以上，满足配电自动化系统的实际需求。

技术特征：

1.一种直流电压信号的隔离采样电路，用于配电自动化系统，其特征在于：包括输入保护分压电路、信号隔离跟随电路和直流电源隔离模块；输入保护分压电路，用于对输入电压幅值限压保护，并通过分压电路匹配后级电路测量量程；信号隔离跟随电路，与输入保护分压电路的输出相连，包括顺次电连接的输入端运算放大电路、隔离线性光耦和输出端运算放大电路，将所述输入保护分压电路输出的直流电压信号隔离并线性跟随输出；所述直流电源隔离模块用于为输入端运算放大电路提供稳定的隔离电源。

2.根据权利要求1所述的直流电压信号的隔离采样电路，其特征在于：所述信号隔离跟随电路包括顺次电连接的输入端运算放大电路、隔离线性光耦和输出端运算放大电路，所述输入端运算放大电路包括第一运算放大器(u1)，所述输出端运算放大电路包括第二运算放大器(u2)，所述隔离线性光耦(ic1)输入端一侧的光敏二极管负极与第一运算放大器(u1)的负极相连，光敏二极管正极与所述直流电源隔离模块的地端(isognd)相连；所述隔离线性光耦(ic1)输入端一侧的发光二极管负极通过电阻(r4)与第一运算放大器(u1)的输出端相连，发光二极管正极接所述直流电源隔离模块的电压输出端(iso5v)相连；所述隔离线性光耦(ic1)的输出端一侧的光敏二极管负极与第二运算放大器(u2)的负极相连，光敏二极管正极与第二运算放大器(u2)的正极相连。

3.根据权利要求1所述的直流电压信号的隔离采样电路，其特征在于：所述输入保护分压电路包括压敏电阻(rm)以及与压敏电阻并联的分压电路，所述分压电路包括串联的第一精密分压电阻(r1)和第二精密分压电阻(r2)。

4.根据权利要求1所述的直流电压信号的隔离采样电路，其特征在于：所述压敏电阻(rm)型号为myn12-121k，所述第一精密分压电阻(r1)、第二精密分压电阻(r2)的精度为1％以内，温漂0～50ppm。

5.根据权利要求1所述的直流电压信号的隔离采样电路，其特征在于：所述第一运算放大器(u1)和第二运算放大器(u2)的型号为lmv358，所述线性隔离光耦(ic1)型号为hcnr201。

6.根据权利要求1所述的直流电压信号的隔离采样电路，其特征在于：所述的隔离线性光耦及直流电源隔离模块的隔离电压等级均在1500v以上。

技术总结
本发明公开了一种直流电压信号的隔离采样电路，用于配电自动化系统，该电路包括输入保护分压电路、信号隔离跟随电路和直流电源隔离模块。输入保护分压电路，在对输入电压幅值限压保护之后，将外部输入的直流电压通过精密电阻分压变换DC2.5V以内，匹配后级电路测量量程；信号隔离跟随电路，通过隔离线性光耦和运算放大器组合，将前级DC2.5V以内直流电压信号隔离并线性跟随输出；直流电源隔离模块用于为输入端运算放大器电路提供稳定的隔离电源。本发明所述的隔离线性光耦及直流电源隔离模块的隔离电压等级均在1500V以上，满足配电自动化系统的实际需求。

技术研发人员：吕鹏;李小青;张丹丹;王飞;胡岸;荆树峰;晁先发;李广亮
受保护的技术使用者：南京海兴电网技术有限公司
技术研发日：2020.06.23
技术公布日：2020.09.29