一种高压信号隔离传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压信号隔离传输系统，包括电压偏置模块、电压频率转化模块、电隔离传输模块、频率电压转换模块、有源滤波模块以及偏置复原模块；所述电压偏置模块用于对输入信号施加偏置电压，获得第一电压信号；所述电压频率转化模块用于将第一电压信号转换为频率信号，所述电隔离传输模块用于隔离传输所述频率信号，所述频率电压转换模块用于将所述频率信号转换为第二电压信号，所述有源滤波模块用于滤除所述第二电压信号中的锯齿波噪声，将其还原；所述偏置复原模块用于从所述有源滤波模块还原的第一电压信号中移除偏置电压。本发明的高压信号隔离传输系统，信号还原效果好，精度高，信号延时低，成本低，满足大多数高压信号的隔离传输要求。
【专利说明】
一种高压信号隔离传输系统
技术领域
[0001] 本发明属于高压隔离领域，更具体地，涉及一种高压信号隔离传输系统。
【背景技术】
[0002] 电子回旋共振加热（Electron Cyclotron Resonance Heating,ECRH)系统可用于 等离子体的加热。整个ECRH系统是处于-80kV的高压平台上，最小隔离度要求是100kV，一些 参数不变的电源连接可以通过隔离变实现高压隔离。然而，即使是高压线性隔离光耦，其隔 离度最多也只能做到几十个千伏，因此基于控制信号和采样信号的隔离传输，分离式的光 电隔离手段必不可少。此外，采样信号也需要在几百微秒之内实现信息传输，最大延时都不 能超过lms，要求高的采样信号时间甚至小于0.2ms。
[0003] 而现有的一些光电隔离手段虽然有不少，但如TC9401等转换芯片难以到响应时间 的要求。同时，在频率电压的转换过程中，由于频率电压转换芯片本身性质，电压模拟信号 容易产生锯齿噪声，锯齿波频率与F-V时的转换频率一致，未滤波之前的幅值最大几百毫 伏。当输入信号很小时(V IN = 0.1V)，对应转换频率较低(如选用40kHz/1V的比率，则0.1V对 应的频率f$4kHz)，此时f〈fQ，锯齿噪声分量无法滤掉。因此在信号复原时，电压模拟信号 除了幅值与原信号一致的基波之外，还夹杂着围绕基波扰动的锯齿波。在小于0.2V小信号 传输或者稳定度要求高的场合下，电压模拟信号难以稳定的得到还原。此外，由于直接选用 发光二极管和光电二极管较难匹配，封装不易，和光纤的连接实现也不方便，综上所述，当 前的模拟电路隔离方案难以满足延迟低、精度高和还原性好的要求。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中不能实现小信号传输以及稳定性不好的缺陷，本发明的目的在于 解决以上技术问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种高压信号隔离传输系统，所述高压信号隔离 传输系统包括电压偏置模块、电压频率转化模块、电隔离传输模块、频率电压转换模块、有 源滤波模块以及偏置复原模块；
[0006] 所述电压偏置模块的输出端连接所述电压频率转化模块的输入端，所述电压频率 转化模块的输出端连接所述电隔离传输模块的输入端，所述电隔离传输模块的输出端连接 所述频率电压转换模块的输入端，所述频率电压转换模块的输出端连接所述有源滤波模块 的输入端，所述有源滤波模块的输出端连接所述偏置复原模块的输入端，所述偏置复原模 块的输出端作为所述隔离传输系统的输出端；
[0007] 所述电压偏置模块用于对输入信号施加偏置电压，获得第一电压信号;所述电压 频率转化模块用于将第一电压信号转换为频率信号，所述电隔离传输模块用于隔离传输所 述频率信号，所述频率电压转换模块用于将所述频率信号转换为第二电压信号，所述有源 滤波模块用于滤除所述第二电压信号中的锯齿波噪声，将其还原为第一电压信号;所述偏 置复原模块用于从所述有源滤波模块还原的第一电压信号中移除偏置电压，完成所述高压 信号的隔离传输。
[0008] 优选地，所述偏置电压的大小为1.7 5 V~5 V。
[0009] 优选地，所述高压信号隔离传输系统还包括信号归一化模块，所述信号归一化模 块设置于所述电压偏置模块的前端，其输入端作为所述隔离传输系统的输入端，输出端连 接所述电压偏置模块的输入端，用于将电压信号调整至工作区间并输出，所述归一化模块 为衰减电路或者放大电路。
[0010] 优选地，所述电压偏置模块包括第一电压基准单元以及偏置加压单元，所述第一 电压基准单元的输出端连接所述偏置加压单元的第一输入端，所述偏置加压单元的的第二 输入端作为所述电压偏置模块的输入端，输出端作为所述电压偏置模块的输出端;所述第 一电压基准单元用于提供波动小于2mV的稳定的偏置电压;所述偏置加压单元用于将所述 偏置电压施加于电压信号，获得第一电压信号。
[0011] 优选地，所述偏置复原模块包括第二电压基准单元以及偏置移除单元，所述第二 电压基准单元的输出端连接所述偏置移除单元的第一输入端，用于提供波动小于2mV的稳 定的偏置电压;所述偏置移除单元的第二输入端作为所述偏置复原模块的输入端，所述偏 置移除单元的输出端作为所述偏置复原模块的输出端，用于从所述有源滤波模块还原的第 一电压信号中移除偏置电压并输出。
[0012] 优选地，所述电压频率转化模块将所述第一电压信号转换为频率信号的转换率为 lV/20kHz~lV/50kHz。
[0013]优选地，所述电隔离传输模块包括光电转换模块以及电光转换模块，所述光电转 换模块的输入端作为所述电光转换模块的输入端，所述光电转换模块的输出端与所述电光 转换模块的输入端之间通过光纤连接，所述电光转换模块的输出端作为所述电光转换模块 的输出端;所述光电转换模块用于将频率信号转化为光信号，所述电光转换模块用于将光 信号还原为频率信号。
[0014] 优选地，所述第一电压信号与所述第二电压信号的比值为1.58~1:1。
[0015] 优选地，所述有源滤波模块为二阶滤波模块。
[0016] 优选地，所述有源滤波模块滤除所述锯齿波噪声的截止频率为6kHz~20kHz。
[0017] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
[0018] 1、本发明的高压信号隔离传输系统的全部模块为模拟器件，不需要DSP等控制芯 片，无需编程，全过程处理的电压信号为模拟信号，输出信号可以直接作用于比较器等CMOS 和TTL电平芯片，也可以直接由示波器探头采样来直接观察到实际电压；
[0019] 2、本发明通过电压偏置模块对电压信号加入偏置电压，偏置电压对应的转换频率 在100kHz左右，可以通过滤波处理将频率电压转换芯片产生的锯齿噪声滤掉，噪声衰减可 达40dB以上，再经过后续移除偏置电压，可将小信号很好的还原出来，经验证对于小于0.2V 的小信号有很好的还原效果；电压偏置模块、有源滤波模块以及偏置复原模块的工作之间 相互独立，并与中间环节的电压频率转化模块、电隔离传输模块以及频率电压转换模块共 同配合完成高压信号的隔离传输；
[0020] 3、本发明的高压信号隔离传输系统能实现高压模拟信号的实时传输，经验证，高 压模拟信号传输的精度超过99.5%，且对高压模拟信号大小和波形均具有较好的还原效 果，即使在选用l〇〇m的光纤时，信号延时仍低于150沾，完全可以隔离100kV以上的电压，远 优于设计繁琐稳定性不足的高压线性光耦，能满足大多数高压信号的隔离传输要求；
[0021] 4、本发明的高压信号隔离传输系统通过有源滤波模块进行滤波，效果优于简单的 RC滤波器，同时该发明作为一种通用的高压信号隔离传输方案，可广泛应用于电气相关领 域；
[0022] 5、本发明的高压信号隔离传输系统为模块化设计、结构简单，便于工业化大批量 生产。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明高压信号隔离传输系统图；
[0024] 图2是本发明实施例1的信号归一化模块结构示意图；
[0025] 图3为本发明实施例1的电压偏置模块结构示意图；
[0026] 图4为本发明实施例1的电压频率转化模块结构示意图；
[0027] 图5为本发明实施例1的电隔离传输模块结构示意图；
[0028] 图6为本发明实施例1的频率电压转换模块结构示意图；
[0029] 图7为本发明实施例1的有源滤波模块结构示意图；
[0030] 图8为本发明实施例1的偏置复原模块结构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0032] 本发明提供了一种高压信号隔离传输系统，所述高压信号隔离传输系统包括电压 偏置模块、电压频率转化模块、电隔离传输模块、频率电压转换模块、有源滤波模块以及偏 置复原模块等，如图1所示；
[0033] 所述电压偏置模块的输入端作为所述隔离传输系统的输入端，输出端连接所述电 压频率转化模块的输入端，用于对电压信号施加的偏置电压，获得第一电压信号并输出；施 加的偏置电压的幅度与前端输入的电压信号、后端电压频率转化模块的转换率以及有源滤 波模块的截止频率f〇都有关，由于电压频率转化模块的转换率一般为1V/40KHZ，有源滤波 模块的截止频率f〇为7KHz，为了保证信号传输的精准，偏置电压需要大于10倍fo X电压频率 转化模块的转换率，偏置电压需要大于1.75V;同时，由于前端输入的电压信号为0V~5V，偏 置电压通常小于5V;
[0034] 所述电压偏置模块包括第一电压基准单元以及偏置加压单元，所述第一电压基准 单元的输出端连接所述偏置加压单元的第一输入端;所述偏置加压单元的第二输入端作为 所述电压偏置模块的输入端，所述偏置加压单元的输出端作为所述电压偏置模块的输出 端;所述第一电压基准单元通常采用一电压基准芯片，用于提供波动小于2mV稳定的偏置电 压，以保证在高压信号经过偏置电压的施加，以及后续的移除，能保持较高的精度，所述电 压偏置模块用于将所述偏置电压施加于电压信号，获得第一电压信号并输出；
[0035] 所述电压频率转化模块的输出端连接所述电隔离传输模块的输入端，用于将第一 电压信号转换为频率信号并输出；为了兼顾延时和滤波效果，通常转换率为lV/20kHz~IV/ 50kHz，当取lV/20kHz时，滤波效果更优，当取lV/50kHz时，延时效果更优；
[0036] 所述电隔离传输模块包括光电转换模块以及电光转换模块，所述电隔离传输模块 包括光电转换模块以及电光转换模块，所述光电转换模块的输入端作为所述电光转换模块 的输入端，所述光电转换模块的输出端与所述电光转换模块的输入端之间通过光纤连接， 用于将带有频率信号转化为光信号并输出；所述电光转换模块的输出端作为所述电光转换 模块的输出端连接所述频率电压转换模块的输入端，用于将光信号还原为频率信号并输 出；所述电隔离传输模块用于隔离传输所述频率信号;光纤的长度则根据所需传输的电压 大小而定，通常光纤越长，隔离效果越好，但信号的延时会变长;本发明的电隔离传输模块 在选用100m的光纤时，信号延时仍小150ys，因此可隔离高达100kV以上的电压；
[0037] 所述频率电压转换模块的输出端连接所述有源滤波模块的输入端，用于将所述频 率信号转化成第二电压信号并输出，第二电压信号和第一电压信号可相同或不同，当两者 相同时，有源滤波模块只需要起到滤波作用即可，当两者不同时，两者产生的差异可由有源 滤波模块对第二电压信号进行放大还原为第一电压信号，由于频率电压的转换率和电压频 率的转换率之间相差不能超过1.58,因此通常第一电压信号与所述第二电压信号的比值为 1.58 ~1:1;
[0038] 所述有源滤波模块的输出端连接所述偏置复原模块的输入端，用于滤除所述第二 电压信号中的锯齿波噪声，同时将其放大还原为第一电压信号并输出，（但当第二电压信号 与第一电压信号完全相同时，则只需单纯滤波，而无需经过还原步骤)所述有源滤波模块优 选为二阶滤波模块，其截止频率设置可根据电压频率转换比率以及所施加的偏置电压大小 来定，综合上面两个因素，截止频率的范围一般在6kHz~20kHz，可以实现锯齿波噪声十倍 频程-40dB衰减而基准波不受影响的效果；
[0039]所述偏置复原模块通常包括第二电压基准单元以及偏置移除单元，所述偏置复原 模块包括第二电压基准单元以及偏置移除单元，所述第二电压基准单元的输出端连接所述 偏置移除单元的第一输入端;所述偏置移除单元的第二输入端作为所述偏置复原模块的输 入端，所述偏置移除单元的输出端作为所述偏置复原模块的输出端;所述第二电压基准单 元可采用和第一电压基准单元相同的电压基准芯片，用于提供和第一电压基准单元相同的 稳定的偏置电压，所述偏置移除单元用于从所述有源滤波模块还原的第一电压信号中移除 偏置电压并输出。
[0040]当所述高压信号隔离传输系统输入的前端电压信号需要前端放大或衰减时，该系 统还可以包括信号归一化模块，所述信号归一化模块设置于所述电压偏置模块的前端，其 输入端作为所述隔离传输系统的输入端，输出端连接所述电压偏置模块的输入端，用于将 电压信号调整至工作区间并输出，所述归一化模块为衰减电路或者放大电路，用于将前端 电压信号放大或衰减至5V~8V左右的信号区间。
[0041 ] 实施例1
[0042]实施例1的高压信号隔离传输系统由信号归一化模块、电压偏置模块、电压频率转 化模块、电隔离传输模块、频率电压转换模块、有源滤波模块以及偏置复原模块依次连接而 成；
[0043]图2为实施例1的信号归一化模块，该信号归一化模块为衰减电路，由Rn、R12、R13、 R14、Ri5和15V供电元件IC1(后续装置中的IC21、IC22、IC6和IC7均与IC1作用相同）组成;其 中，Ri4 = Ri5 = Rii，
i，该处的衰减主要针对100kV/100V上RC分压 器输出低压侧信号(〇~100V);可以看出，Rn的第一端与Ri3的第一端以及IC1的负极共地， R12的第一端与Rn的第二端连接，作为信号归一化模块的输入端，R12的第二端连接R 13的第二 端以及Ri4的第一端;Rn、R12、R13构成了 型衰减电路，在这里，Rn为衰减电路输入端的输入 阻抗，衰减器的衰减比率N=10。根据前端分压器的测试结果，Rn阻值为100kQ，根据31型衰 减电路网络的电路原理：
QRl4的第二端连接 1C 1的正极以及Rl5的第一端，IC1以及Rl5的第二端连接，共同作为信号归一化模块的输出 端，R14与R15构成一个电压跟随器，使衰减后的电压幅值不再随着输出阻抗的变化而波动， 取值令Rl4 = Rl5 = Rll即可。
[0044] 图3为实施例1的电压偏置模块，该电压偏置模块由电压基准单元以及偏置加压单 元组成，偏置加压单元包括反向加法器以及电压反相器，电压基准单元、反向加法器以及电 压反相器依次连接：电压基准单元由5v的电压通过接口 2和接口 3向Ref 192电压基准芯片供 电，Ref 192电压基准芯片接口 2还连接有并联的10y和O.ly的电容的第一端，并联的10y和 〇. ly的电容的第二端接地，其中，1 〇y的极性电容用于滤波，使电平更加稳定，〇. ly电容用于 去耦和消除高频噪声;Ref 192电压基准芯片的接口 6同样连接有并联的ly和O.ly的电容的 第一端，且作为电压基准单元的输出端与反向加法器的第一输入端连接，并联的ly和o.ly 的电容的第二端接地，ly的极性电容用于确保芯片输出性能可靠，o.iy的电容与之并联，用 于改善电路的暂态特性，得到高稳定度的电压输出；该电压基准单元输出一个高稳定度的 2.5V电压，与输入信号Vin2-起作用于运放；
[0045] 图3可见，R22的第一端作为所述反向加法器的第二输入端，并作为所述电压偏置模 块输入端，R21的第一端作为所述反向加法器的第一输入端，R22和R21的第二端连接IC21的负 极以及R 23的第一端，IC21的正极接地，输出端连接R23的第二端，且作为反向加法器的输出 端连接电压反相器的输入端，R21、R22、R23将信号电平抬升2.5V并翻转，输入输出方程为
，因而_V〇ut21 = Vin2+2 ? 5，其中Vin2 = V〇utl;
[0046] R24的第一端作为电压反相器的输入端，输出端连接IC22的负极以及R25的第一端， IC22的正极接地，IC22的输出端与R25的第二端连接，共同作为电压偏置模块的输出端，由于 R24 = R25,从而实现￥。11*2 =，。11*21 = ￥^2+2.5，至此电压抬升的目的得以实现，零输入时输出 电压为2.5V，对应的转换频率为100kHz，有助于后续滤波环节的信号处理。
[0047]图4为实施例1的电压频率转换模块，该模块采用了选择AD650芯片，正向输入为V-F电路;芯片的接口 1与接口 3与积分电容CINT并联，接口 2接地，输入电阻RIN的第一端为电压 频率转换模块的输入端，RIN由两个串联的电阻R31、R32组成，R IN的第二端连接接口 3，芯片的 接口 5连接15V电压源的负极以及0. ly的电容的第一端，0. ly电容的第二端接地;两个定时 电容Cos和CQS2的第一端共地，第二端通过按钮开关相互连接，且Cos的第二端连接至接口 6; 接口 13与接口 14与20k的滑动电阻并联，接口 12与另一0. ly的电容的第一端连接，且同时连 接15V电压源的负极，该接口还连接有250k电阻的第一端，205k电阻的第二端连接20k的滑 动电阻的滑动端;接口 11连接0. ly的电容的第二端，同时连接模拟地;接口 10连接数字地， 同时连接ly的电容的第一端，ly的电容的二端连接l k电阻的第一端以及5V的电源;接口 9连 接接口 1，接口 8连接lk电阻的第二端且同时作为该电压频率转换模块的输出端
[0048]其主要参数选取如下：IIN = VIN3/RIN: t〇s = C〇s X 6.8 X 103sec/F+3.0 X 10-7s。
[0052]在该实施例的电压频率转换模块中，仅需确定四个外接元件，即输入电阻Rin、定时 电容Cos、逻辑电阻（即图4中与5V电压连接的lk电阻）、积分电gCINT。其中逻辑电阻作为上拉 电阻，应使V-F芯片内部晶体管电流小于8mA，如选用5V逻辑电源，逻辑电阻应不低于5V/8mA = 625 0和Cos决定了满度频率和输入电压范围，同时也决定了非线性度的大小，一般说 来，Cos越大，输入电流越小(RIN越大），非线性越小。积分电容C INT仅决定复位周期电压的高 低，其参考值按下式选取：
°基于以上的推算，主要参数选择:Cos 选择100pF电容，此时输入电阻Rin大小在26kQ左右，优选的本电路设计中采用了 10kQ电阻 与20kQ电阻串联方式，方便阻值调节，Cint选择1000pF电容，Rin选择1 kQ电阻，转换比为1V/ 40kHz〇
[0053]图5为实施例1的电隔离传输模块，该电隔离传输模块由电光(E/0)转换模块以及 光电（0/E)转换模块组成：依次由逻辑门器件75451、HFBR1414组合芯片、ST接口 62.5/125M1 多模光纤以及HFBR2412组合芯片连接组成;逻辑门器件75451接收fcmt频率信号，并输出一 个电平信号，该信号进入发光二极管集成模块HFBR1414,将高低电平的转换变成二极管的 亮灭，通过光纤将高频率的频率光信号（高频亮灭对应逻辑电平"高" "低"的变换），右侧的 光纤接收器HFBR2412将高频光信号解调成频率信号，而我们所需要解调出来的电压与频率 是呈线性比例的，这样就实现了电压信号的隔离传输，考虑到电隔离传输模块对于电子回 旋共振加热系统相关信号的采集控制的实际要求，我们进行了 E/0转换模块以及0/E转换模 块的模拟实验，模拟实验中选取20m与100m长度光纤。测试结果表不，以20m和100m的光纤连 接时，E/0转换模块以及0/E转换模块的延时分别小于200ns和600ns，相差的400ns延时是光 在80m光纤传播产生的延时，输入1MHz的方波、三角波、正弦波信号能无误的还原出来，相比 较VF以及FV部分产生的延时，该部分延时甚至可以忽略，综合判断，该电隔离传输模块足以 满足系统需求。
[0054]图6为实施例1的频率电压转换模块，其结构与图4的电压频率转换模块类似；其 中，接口5、6、11、12、14的连接关系都与电压频率转换模块相同；电容56(^?的第一端作为信 号的输入端，第二端连接500 Q电阻的第一端，500电阻的第二端连接接口 9以及二极管 IN914的第一端，二极管的第二端连接数字地;接口9同时还依次通过2k以及500 Q的电阻连 接至5V的电源，接口 8与2k以及500 Q的电阻的中间连接处相连;接口 10与接口 11连接;接口 2接地，而接口 1和接口 3上同时并联有输入电阻RIN和积分电容CINT，积分电WCINT由两个串联 的电阻R51、R52组成，接口 1作为该频率电压转换模块的输出端。
[0055] 由于同样是选择AD650芯片，芯片特性与原理与V/F部分一致，只是一个相反的转 换过程，因此主要参数选择如下:Cos选择100pF电容，此时输入电阻Rin大小在26kQ左右，优 选的本电路设计中采用了l〇kfi电阻与20kfi电阻串联方式，方便阻值调节。C INT选择1000pF 电容，Rin选择lk Q电阻，转换比为40kHz/IV。
[0056] 图7为实施例1的有源滤波模块，R61的第一端作为该有源滤波模块的输入端，R61的 第二端连接电容C 61以及R62的第一端，R62的第二端连接IC6的正极以及电容C62的第一端;IC6 的负极连接R以及Rf的第一端，R的第二端与电容C 62的第二端共地，电容C6i的第二端与IC6的 输出端共同作为有源滤波模块的输出端:为了简化设计，本发明中令R61 = R62 = 10k Q，C61 = C62 = 2.2nF，则对应的截止频率.
-设置fo为7.2kHz左右，对应100kHz，大于十倍 频程，锯齿波衰减-45.6dB。也可以调整滤波参数使fQ= 10kHz，此时锯齿波衰减为原来的 1 % (-40dB)。回路中的R与Rf可以在滤波同时对信号进而二次放大，能对V-F及F-V模块的幅 度进行补偿，放大系数Av=(R+Rf)/R，需要注意的是
，否则在信号处理过程 中会出现超调，不利于系统功能的实现。由于锯齿波就随着基准信号幅度的增加而减小，优 选的在本方案设计中，锯齿波小于50mV，因此在有源滤波之后，杂散的锯齿波可以忽略，这 样经过最终的偏置电压移除电路处理，输出信号与原信号就能做到高度一致，精度高于 99.5%。而测量装置本身的误差往往都在0.5%~1%之间，所以本发明设计能满足大多信 号隔离传输的要求。
[0057] 图8为本发明的偏置复原模块，由电压基准单元以及偏置移除单元组成，电压基准 单元跟电压偏置模块中的电压基准单元完全相同，依然使用Ref 192电压基准芯片，将信号 电平降低2.5V;
[0058] R72的第一端作为偏置移除单元的第二输入端以及偏置复原模块的输入端，用于输 入前端的电压信号Vin?，Vi"7 = Vcmt6 ; Rn，R72的输出端连接IC7的正极以及R73的输入端;Rn的 第一端作为偏置移除单元的第一输入端，连接电压基准单元的输出端，Rn的第二端连接IC7 的正极以及R?4的第一端;R73的第二端接地，IC7的输出端以及R 74的第二端作为偏置移除单 元以及偏置复原模块的输出端；
[0059] 基于运算放大器，图中的电阻1?71、1?72、1? 73、1?74-起构成了一个求差电路，通过简单 的计算得出
>R71 = R72 = R73 = R74，最终得出Vout7 = Vin7-2.5。该偏置复原模块将前面滤波处理后的信号再次降压，这样就完成了抬升电平的移 除工作，如图7所示。
[0060] 综上可以看出：本发明的高压信号隔离传输系统可以实现信号的实时隔离传输， 成本低，延时短，精度高，隔离电压大于100kV，保障经电子回旋共振加热输入的各模拟采集 信号能实时有效的进入控制器，同时控制器的命令也能有效的传输至高压控制端，设计表 现出众。
[0061] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高压信号隔离传输系统，其特征在于，包括电压偏置模块、电压频率转化模块、 电隔离传输模块、频率电压转换模块、有源滤波模块以及偏置复原模块； 所述电压偏置模块的输出端连接所述电压频率转化模块的输入端，所述电压频率转化 模块的输出端连接所述电隔离传输模块的输入端，所述电隔离传输模块的输出端连接所述 频率电压转换模块的输入端，所述频率电压转换模块的输出端连接所述有源滤波模块的输 入端，所述有源滤波模块的输出端连接所述偏置复原模块的输入端，所述偏置复原模块的 输出端作为所述隔离传输系统的输出端； 所述电压偏置模块用于对输入信号施加偏置电压，获得第一电压信号；所述电压频率 转化模块用于将第一电压信号转换为频率信号，所述电隔离传输模块用于隔离传输所述频 率信号，所述频率电压转换模块用于将所述频率信号转换为第二电压信号，所述有源滤波 模块用于滤除所述第二电压信号中的锯齿波噪声，将其还原为第一电压信号;所述偏置复 原模块用于从所述有源滤波模块还原的第一电压信号中移除偏置电压，完成所述高压信号 的隔离传输。2. 如权利要求1所述的高压信号隔离传输系统，其特征在于，所述偏置电压的大小为 1.75V~5V。3. 如权利要求1所述的高压信号隔离传输系统，其特征在于，所述高压信号隔离传输系 统还包括信号归一化模块，所述信号归一化模块的输入端作为所述隔离传输系统的输入 端，输出端连接所述电压偏置模块的输入端，所述信号归一化模块用于将输入信号调整至 工作区间并输出。4. 如权利要求1所述的高压信号隔离传输系统，其特征在于，所述电压偏置模块包括第 一电压基准单元以及偏置加压单元，所述第一电压基准单元的输出端连接所述偏置加压单 元的第一输入端，所述偏置加压单元的的第二输入端作为所述电压偏置模块的输入端，输 出端作为所述电压偏置模块的输出端;所述第一电压基准单元用于提供稳定的偏置电压； 所述偏置加压单元用于将所述偏置电压施加于电压信号，获得第一电压信号。5. 如权利要求1所述的高压信号隔离传输系统，其特征在于，所述偏置复原模块包括第 二电压基准单元以及偏置移除单元，所述第二电压基准单元的输出端连接所述偏置移除单 元的第一输入端，所述偏置移除单元的第二输入端作为所述偏置复原模块的输入端，所述 偏置移除单元的输出端作为所述偏置复原模块的输出端;所述第二电压基准单元用于提供 稳定的偏置电压;所述偏置移除单元用于从所述有源滤波模块还原的第一电压信号中移除 偏置电压。6. 如权利要求1所述的高压信号隔离传输系统，其特征在于，所述电压频率转化模块将 所述第一电压信号转换为频率信号的转换率为lV/20kHz~lV/50kHz。7. 如权利要求1所述的高压信号隔离传输系统，其特征在于，所述电隔离传输模块包括 光电转换模块以及电光转换模块，所述光电转换模块的输入端作为所述电光转换模块的输 入端，所述光电转换模块的输出端与所述电光转换模块的输入端之间通过光纤连接，所述 电光转换模块的输出端作为所述电光转换模块的输出端。8. 如权利要求1所述的高压信号隔离传输系统，其特征在于，所述第一电压信号与所述 第二电压信号的比值为1.58:1~1:1。9. 如权利要求1所述的高压信号隔离传输系统，其特征在于，所述有源滤波模块为二阶 滤波模块。10.如权利要求9所述的高压信号隔离传输系统，其特征在于，所述有源滤波模块滤除 所述锯齿波噪声的截止频率为6kHz~20kHz。
【文档编号】G01R15/24GK105929215SQ201610238917
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】王之江, 崔芳泰, 夏冬辉, 余振雄, 孙道磊, 肖集雄, 刘昌海, 曾中
【申请人】华中科技大学