本实用新型涉及一种高电压精密零偏移同相比例衰减电路，尤其适用于VZ等高电压测试精密采样电路。
背景技术：
随着现代电子技术的发展，特别是传感器技术、高速高压信号源技术的发展。高压电信号的采集调理及模数转换在电子设备中运用的越来越广泛，而常规ADC模拟信号的采集范围普遍是在±15V以内。所以在常规情况下很难实现对高电压信号比如±100V双向电压信号模数转换且尽可能的保证被采集信号的精度及线性度。因此一种能够实现高电压精密零偏移同相比例衰减电路就显得非常的急迫。
因此，研发出一种能实现宽采集范围、灵活比例衰减、零偏移宽带宽及采集检测端与外围应加调理信号完全隔离，保证被采集信号的有效调理，是现有技术中需要解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型克服了现有技术的不足，本实用新型提供一种高电压精密零偏移同相比例衰减电路，其结构简单，并实现宽采集范围、灵活比例衰减、零偏移宽带宽及采集检测端与外围应加调理电路完全隔离的特点，保证被采集信号的有效调理。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种高电压精密零偏移同相比例衰减电路，所述高电压精密零偏移同相比例衰减电路包括负载高压侧零偏移同相比例衰减电路和负载低压侧零偏移同相比例衰减电路；负载高侧零偏移同相比例衰减电路包括负载高侧采样端，与所述负载高侧采样端连接的高压侧第一单位增益电路U1级，与所述高压第一单位增益电路U1级连接的高压比例衰减电路，与所述高压比例衰减电路电连接的高压侧第二单位增益电路U2级；所述高压比例衰减电路包括多个分压电阻，以及至少一个响应电容；负载低侧零偏移同相比例衰减电路包括负载低侧采样端，与所述负载低侧采样端电连接的低压侧第一单位增益电路U3级，与所述低压侧第一单位增益电路U3电连接的低压比例衰减电路，与所述低压比例衰减电路电连接的低压侧第二单位增益电路U4级；所述低压比例衰减电路包括多个电阻，以及至少一个响应电容；高电压精密零偏移同相比例衰减电路还包括实现高压测试及静态切换控制的FPGA控制开关组。
本实用新型一个较佳实施例中，所述高压比例衰减电路包括4个阻抗Rsamp1、Rsamp2、Rsamp3、Rsamp4，以及与所述高压比例衰减电路中其中一个分压电阻并联的响应电容Csamp1；所述低压比例衰减电路包括4个阻抗Rsamp5、Rsamp6、Rsamp7、Rsamp8，以及与所述低压比例衰减电路中其中一个分压电阻并联的增益电容Csamp2。
本实用新型一个较佳实施例中，被检测负载两端高低两侧分别通过负载高侧采样端及负载低侧采样端与高电压精密零偏移同相比例衰减电路连接；再分别由高压侧第一单位增益电路U1级及低压侧第一单位增益电路U3将正负载两端电压传输至高压比例衰减电路及低压比例衰减电路构成高侧衰减环节和低侧衰减环节，再由高压侧第二单位增益电路U2级及低压侧第二单位增益电路U4级构成高压精密零偏移同相比例衰减电路。
本实用新型一个较佳实施例中，高压侧第一单位增益电路U1级与低压侧第一单位增益电路U3级由对称式正负双电源供电和统一的模拟参考地AGND构成，实现正负宽范围高电压高频率范围信号的传输。
本实用新型一个较佳实施例中，FPGA控制开关组包括K1、K2、K3、K4、K5。
本实用新型一个较佳实施例中，响应电容采用电容值大小能调节的电容。
本实用新型一个较佳实施例中，高电压精密零偏移同相比例衰减电路
输出电压：Vout=（Vh-Vc）=m*(V_hs-V_cs)
衰减系数m：
M = Rsamp4/(Rsamp1+Rsamp2+Rsamp3+Rsamp4)
= Rsamp8/(Rsamp5+Rsamp6+Rsamp7+Rsamp8)。
本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型的高电压精密零偏移同相比例衰减电路，其结构简单，并实现宽采集范围、灵活比例衰减、零偏移宽带宽及采集检测端与外围应加调理电路完全隔离的特点，保证被采集信号的有效调理。
2、V_hs、V_cs、Vc、Vs端口均使用正负对称式双电源供电的单位增益电路，使得衰减电路与被采样环节、ADC采样环节完全分离，使得经过比例衰减后的电压与衰减前实际电压成线性比例关系且有相对独立的AGND作为参考，保证被采样电压信号零偏移（与被采信号基准一致）且能正负双向可衰减。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为负载端实际应用零偏移同相比例衰减电路结构示意图；
图2为被采样负载高侧零偏移同相比例衰减电路结构示意图；
图3为被采样负载低侧零偏移同相比例衰减电路结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1~图3所示，一种高电压精密零偏移同相比例衰减电路，高电压精密零偏移同相比例衰减电路包括负载高侧零偏移同相比例衰减电路和负载低侧零偏移同相比例衰减电路组成；负载高侧零偏移同相比例衰减电路和负载低侧零偏移同相比例衰减电路均包括负载采样端，与负载采样端电连接的两个单位增益电路和比例衰减电路，比例衰减电路包括多个电阻，以及至少一个响应电容，响应电容采用电容值大小能调节的电容；高电压精密零偏移同相比例衰减电路还包括实现高压测试及静态切换控制的FPGA控制开关组，FPGA控制开关组包括K1、K2、K3、K4、K5开关。
进一步的，负载高侧零偏移同相比例衰减电路通过负载高侧采样端与负载高侧连接；负载高侧采样端先连接有开关K1，然后分成两路，一路连接有开关K2后通过电阻RS1后接AGND,另一路电连接高压侧第一单位增益电路U1，高压侧第一单位增益电路U1的7号接口和4号接口分别+120V电压和-120V电压，高压侧第一单位增益电路U1的2号端口串接电阻RFB1后与高压第一单位增益电路U1的6号端口连接，再通过高压侧第一单位增益电路U1的6号端口输出；高压侧第一单位增益电路U1与高压比例衰减电路电连接，高压比例衰减电路包括4个串接的阻抗Rsamp1、Rsamp2、Rsamp3、Rsamp4，高压比例衰减电路中阻抗Rsamp4与响应电容Csamp1并联后一端接AGND,另一端TP2节点与Rsamp3串接，高压侧第一单位增益电路U1的6号端口与阻抗Rsamp1的TP1端连接；高压比例衰减电路的TP2节点与高压侧第二单位增益电路U2的输入端3号引脚电连接，高压侧第二单位增益电路U2的7号接口和4号接口分别+15V电压和-15V电压, 高压侧第二单位增益电路U2的2号端口与3号端口分别并联有2个二极管D1、D2；二极管D1、D2方向相反，且高压侧第二单位增益电路U2的2号端口串接电阻RFB2后与高压侧第二单位增益电路U2的6号端口连接，再通过高压侧第二单位增益电路U2的6号端口输出，且高压侧第二单位增益电路U2的6号端口连接有开关K3。
进一步的，负载低侧零偏移同相比例衰减电路通过负载低侧采样端与负载低侧连接；负载低侧采样端先连接有开关K4，然后分成两路，一路通过电阻RS2后接AGND,另一路电连接低压侧第一单位增益电路U3，低压侧第一单位增益电路U3的7号接口和4号接口分别+15V电压和-15V电压，低压侧第一单位增益电路U3的2号端口串接电阻RFB3后与低压侧第一单位增益电路U3的6号端口连接，再通过低压侧第一单位增益电路U3的6号端口输出；低压侧第一单位增益电路U3与低压比例衰减电路电连接，低压比例衰减电路包括4个串接的阻抗Rsamp5、Rsamp6、Rsamp7、Rsamp8，低压比例衰减电路中阻抗Rsamp8与响应电容Csamp2并联后一端接AGND,另一端TP4节点与Rsamp7串接，低压侧第一单位增益电路U3的6号端口与阻抗Rsamp1的TP3端连接；低压比例衰减电路的TP4节点与低压侧第二单位增益电路U4的输入端3号引脚电连接，低压侧第二单位增益电路U4的7号接口和4号接口分别+15V电压和-15V电压, 低压侧第二单位增益电路U4的2号端口与3号端口分别并联有2个二极管D3、D4；二极管D3、D4方向相反，且低压侧第二单位增益电路U4的2号端口串接电阻RFB4后与低压侧第二单位增益电路U4的6号端口连接，再通过低压侧第二单位增益电路U4的6号端口输出，且低压侧第二单位增益电路U4的6号端口连接有开关K5。
如图1~图3所示，高电压精密零偏移同相比例衰减电路包括4个端口， V_hs、V_cs、Vc、Vs端口均使用正负对称式双电源供电的单位增益电路，使得衰减电路与被采样环节、ADC采样环节完全分离，使得经过比例衰减后的电压与衰减前实际电压成线性比例关系且有相对独立的AGND作为参考，保证被采样电压信号零偏移（与被采信号基准一致）且能正负双向可衰减。
同时单位增益电路的应用保证衰减信号转换前后无相位差。衰减回路能进行采样信号的频带宽度较宽，理论上在选定运放情况下增益带宽积GWB一定而此时运放回路增益为1倍，故在此应用情况下应用电路具有较宽的工作带宽。
如图1~图3所示实际比例衰减电路的理论原型为电阻串联分压原理，采用四个精密电阻的分压可以灵活配置衰减比例同时减小每个分压电阻功率，保证分压结果的线性度。负载端高侧衰减比例与负载端低侧衰减比例具有如下关系：
衰减电路负载高侧输出电压：Vh=m1*V_hs
衰减电路负载高侧衰减系数：m1= Rsamp4/(Rsamp1+Rsamp2+Rsamp3+Rsamp4)
衰减电路负载低侧输出电压：Vc=m2*V_cs
衰减电路负载低侧衰减系数：m2= Rsamp8/(Rsamp5+Rsamp6+Rsamp7+Rsamp8)
如图1所示，负载端实际应用零偏移同相比例衰减电路结构示意图所示，最终负载端两端电压信号经本衰减电路后，衰减电路实际输出为衰减后的一个差分信号。差分信号的输出保证采样实际检测的电压信号为被检测负载对象两端的实际应加信号，以此保证被采集电压的精度。如图1所示，电路结构运时，分压配置电阻满足Rsamp1=Rsamp5；Rsamp2=Rsamp6；Rsamp3=Rsamp7；Rsamp4=Rsamp8时衰减系数m1=m2。高低两侧实现相同比例衰减。
则此时输出衰减信号Vh-Vc=m1*(V_hs- V_cs) =m2*(V_hs- V_cs)
如图1所示，负载端实际应用零偏移同相比例衰减电路结构示意图所示，由外围系统提供控制信号在外部环节电压分量需要同相比例衰减时控制开关组K1、K3、K4、K5闭合，K2关断，以实现衰减电路对需采集对象的检测。当无需检测或实现切换对象状态转换时可通过系统控制切断K1、K3、K4、K5开关组，闭合K2开关，实现衰减电路的静态保护与静态可控，同时开关组的设立有效保证衰减电路在每次衰减前的初始态始终为0以保障原始信号的衰减精度。
如图1所示，负载端实际应用零偏移同相比例衰减电路结构示意图所示，负载高侧衰减电路与负载低侧衰减电路都提供Csamp1和Csamp2响应电容可以在衰减比例电阻确定情况下根据实际电路情况调整相关电容参数实现调节负载高侧与负载低侧信号响应的快慢与两侧信号响应的同步性。根据RC网络充电特性，满足以下特性。
负载高侧衰减响应时间常数：
τh=[Csamp1*（Rsamp1//Rsamp2//Rsamp3//Rsamp4）]
负载低侧衰减响应时间常数：
τl=[Csamp2*（Rsamp5//Rsamp6//Rsamp7//Rsamp8）]
以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。