一种动态计量用高精密隔离取样电路及隔离取样方法与流程

本发明属于电力电子，具体涉及一种动态计量用高精密隔离取样电路及隔离取样方法。

背景技术：

1、在电力计量领域中，隔离取样的一个常见原因是，为了断开接地环路，电气装置可以在两个远程节点，接地1和接地2之间产生较大的接地电位差，这两个接地之间的直接连接会最终形成一个接地环路，从而产生在信号路径中出现的接地环路电流，尤其是在高精度测量中影响更显著，通过隔离取样可消除来自接地环路的信号路径噪声，保护系统免受接地环路电位差的影响，提升测量精度。使用隔离取样的第二个原因是提供高电压防护，实现对后级的高精密测量ad器件进行保护，一般高精度的adc，其容易受到外部静电影响导致损坏或者性能降低。一般在动态计量中有用信号测量频率范围dc-5khz，目前电力测量的取样电路设计中，一般需要隔离取样回路，目前对取样回路隔离的方法采用集成隔离运放、线性光耦的方案，现有的ti、adi的集成隔离运放、线性光耦隔离方案主要针对的是0.1级以下低精度测量应用，存在精度不高、线性度差、失真大、失调漂移大的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种动态计量用高精密隔离取样电路及隔离取样方法，以解决现有技术中精度不高、线性度差、失真大、失调漂移大的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种动态计量用高精密隔离取样电路，包括放大器、基于积分器的闭环调制电路、数字隔离器、基于积分器的解调制电路和跟随器；

4、放大器的输入端连接输入信号，放大器的输出端连接基于积分器的闭环调制电路的输入端，基于积分器的闭环调制电路的输出端连接数字隔离器的输入端，数字隔离器的输出端连接基于积分器的解调制电路的输入端，基于积分器的解调制电路的输出端连接跟随器；跟随器用于输出缓冲后的信号。

5、进一步的，基于积分器的闭环调制电路包括第一参考基准、第一反相器、第一积分开关、第一积分器和比较器；

6、第一参考基准的信号输出端分别连接第一反相器的信号输入端、第一积分开关的第一输入端，第一反相器的输出和第一积分开关的第二输入端连接；第一积分开关的输出端连接第一积分器的输入，第一积分开关的控制端和比较器的输出连接；比较器的输入端分别和第一积分器的输出端、放大器的输出端连接；比较器的输出端连接数字隔离器的输入端。

7、进一步的，基于积分器的解调制电路包括第二反相器、第二参考基准、第二积分开关和第二积分器；

8、数字隔离器的输出端连接第二积分开关的控制端，第二积分开关的第一输入端和第二参考基准输出连接，第二积分开关的第二输入端和第二反相器的输出连接，第二积分开关的输出和第二积分器的输入连接；第二参考基准和第二反相器连接；第二积分器的输出和跟随器的输入连接。

9、进一步的，在基于积分器的闭环调制电路中：

10、第一参考基准自身输出正的参考信号，第一参考基准通过第一反相器输出负的参考信号；正、负参考信号输入到第一积分开关，第一积分开关的输出连接到第一积分器，基于第一积分开关的选择控制通第一积分器，实现对正、负参考信号的积分；

11、第一积分器输出的信号和输入信号在比较器中进行比较，根据比较结果输出高电平脉冲信号或者低电平脉冲信号。

12、进一步的，根据比较结果输出高电平脉冲信号或者低电平脉冲信号的步骤，具体包括：

13、当输入信号大于第一积分器输出的信号时，比较器输出高电平脉冲信号，第一积分开关选择负的参考信号积分，第一积分器的输出信号持续增加；当第一积分器的输出信号持续增加到大于输入信号时，比较器输出低电平脉冲信号，第一积分开关选择正的参考信号积分，第一积分器的输出值将变小；当第一积分器的输出值变小到小于输出信号时，比较器输出高电平脉冲信号，第一积分开关选择负的参考信号积分，第一积分器的输出信号持续增加。

14、进一步的，第一反相器包括运放u1-2、电阻r3、电阻r4；第一积分开关包括开关s1、运放u1-4和电阻r13；第一积分器包括运放u1-3、电阻r5、电阻r6和电容c1；比较器包括运放u2、电阻r7、电容c2；

15、电阻r3的第一端连接第一参考基准的输出端，电阻r3的第二端与电阻r4的第一端共同连接运放u1-2的反向输入端；电阻r4的第二端分别与运放u1-2的输出端共同连接开关s1的第一输入端；运放u1-2的同相输入端接地；

16、开关s1的第二输入端连接第一基准参考的输出；开关s1的输出与电阻r13的第一端共同连接运放u1-4的同相输入端，电阻r13的第二端接地；运放u1-4的输出端和反向输入端连接；

17、电容c1的第一端和电阻r5的第一端共同连接运放u1-4的输出；电阻r5的第二端连接运放u1-3的反向输入端，电容c1的第二端连接运放u1-3的输出端；电阻r6的第一端接地，第二端连接运放u1-3的同相输入端；

18、运放u2的输出连接数字隔离器的输入，运放u2的同相输入端连接放大器的输出端；电阻r7的第一端同时与电容c1的第二端、运放u1-3的输出端相连接，电阻r7的第二端与电容c2的第二端共同连接运放u2的反向输入端，电容c2的第一端接地；运放u2的输出端连接开关s1的控制端。

19、进一步的，在基于积分器的解调制电路中：

20、数字隔离器输出隔离后动态脉宽信号，控制第二积分开关；

21、第二参考基准自身输出正的参考信号，第二参考基准通过第二反相器输出负的参考信号；正、负参考信号输入到第二积分开关，第二积分开关的输出连接到第二积分器，基于第二积分开关的选择控制通第二积分器，实现对正、负参考信号的积分。

22、进一步的，第二反相器包括运放u3-1、电阻r8、电阻r9；第二积分开关包括开关s2、运放u3-4、电阻r14；第二积分器包括运放u3-2、电阻r10、电阻r11、电容c3；跟随器包括运放u3-3、电阻r12、电容c4；

23、电阻r8的第一端连接第二参考基准的输出端，电阻r8的第二端和电阻r9的第一端共同连接运放u3-1的反向输入端，运放u3-1的同向输入端接地；运放u3-1的输出端和电阻r9的第二端共同连接开关s2的第一端；

24、数字隔离器的输出端连接开关s2的控制端，开关s2的第二输入端连接第二参考基准的输出，开关s2的控制端与电阻r14的第二端连接运放u3-4的同相输入端，电阻r14的第一端接地；

25、运放u3-4的输出端和反向输入端共同连接电阻r11的第一端，电阻r11的第二端与电容c3的第一端共同连接运放u3-2的反向输入端；电阻r10的第一端接地，电阻r10的第二端连接运放u3-2的同向输入端；

26、运放u3-2的输出端和电容c3的第二端共同连接电阻r12的第二端，电阻r12的第一端与电容c4的第二端共同连接运放u3-3的同向输入端，电容c4的第一端接地；运放u3-3的输出端和反向输入端相连接。

27、进一步的，放大器包括电阻r1、电阻r2和运放u1-1；电阻r1的第一端接地，电阻r1的第二端与电阻r2的第一端共同连接运放u1-1的反向输入端；电阻r2第二端连接运放u1-1的输出。

28、第二方面，本发明还提供了一种隔离取样方法，基于动态计量用高精密隔离取样电路实现，包括如下步骤：

29、输入信号经放大器放大后输入基于积分器的闭环调制电路；

30、基于积分器的闭环调制电路将输入信号进行调制后，输出动态脉宽信号；

31、动态脉宽信号经过数字隔离器隔离之后，输出至基于积分器的解调制电路的积分开关，对基于积分器的闭环调制电路中积分器的输出进行还原；

32、基于积分器的解调制电路中的积分器输出信号通过跟随器缓冲后输出。

33、与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

34、本发明提供的高精密隔离取样电路，弥补了现有隔离取样电路方案的不足，针对动态计量中有用信号测量频率范围dc-5khz设计，可实现对输入信号的高精度隔离放大输出，且放大倍数可设，输入、输出间绝缘高、泄露小，输出分布寄生参数的影响小，具有高隔离、可靠性高、精度高，增益可设、线性度好、失真小、失调漂移小的优点，能够满足dc-5khz范围内电压、电流高精度隔离取样，适用于0.05级以上动态计量的高精度仪器仪表中。