[实用新型]具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，特别涉及各种等级的电压值测量。 

背景技术

在电气科技与电子科技高速发展的今天，基本上所有的电气与电子控制系统都需要依靠电压测量数据来进行工作，因此电压测量电路在这些电气与电子控制系统中显得十分的重要。 

如图1所示为现有的电压测量电路，该电压测量电路由被测电压源1（UX）、差分运放采样电路2（U1）和单项电阻分压电路3组成；单项电阻分压电路3包括串联电路和并联电路。 

所述单项电阻分压电路3的串联电路的一端与所述被测电压源1（UX）的输入端连接，该连接处为A点，该被测电压源1（UX）的输出端为B点，B点接地。 

所述单项电阻分压电路3的串联电路的另一端与所述并联电路的一端连接，该连接处为C点，该并联电路的另一端为D点，D点接地。 

所述差分运放采样电路2（U1）的正输入端接入C点，所述差分运放采样电路2（U1）的负输入端接入D点。 

然而由于现有的这种电压测量电路缺少“电气隔离”和“抑制强电磁干扰”这两项功能；所以在实际使用过程中经常出现的电气安全事故和电压测量值失真故障，其详细分析如下： 

1) 缺少电气隔离功能

如图1所示，由于现有的电压测量电路中，只在A点至C点之间安装有具有电气隔离功能的串联电路，串联电路包括依次串联的高阻值电阻R1、R2、R3和R4，而没有在B点至D点之间安装任何具有电气隔离功能的元器件，从而导致被测电压源1（UX）的一端直接与差分运放采样电路2（U1）的负输入端相连接。

所以，一旦被测电压源1（UX）出现“误操作过压”、“感应雷击”、“正负极误操作反接”等电气安全事故，差分运放采样电路2（U1）以及连接在差分运放采样电路2（U1）后端的控制系统也将同时出现电气安全事故。 

由此可知，现有的电压测量电路缺少电气隔离功能，其绝缘电阻几乎为0。 

2) 缺少抑制强电磁干扰功能 

如图2所示为对现有电压测量电路电磁干扰分析电路，在现有的电压测量电路中，当被测电压源1（UX）受到干扰源4（UY）引起的共模干扰时，A点与地之间的电压UA=UX+UY，B点与地之间的电压UB=UY，则A点与B点之间的被测量电压UAB=UA-UB=UX=U被测值；A点与B点之间的电压UAB通过单项电阻分压电路3缩小K=(R1+R2+R3+R4+R5)/R5倍后，C点与D之间的电压UCD=UAB/K=UX/K，又由于D点与地之间的电压UD=UY，则C点与地之间的电压UC=UX/K+UY。

由于为保证差分运放采样电路2（U1）能进行正常的线性运行，C点与地之间的电压UC和D点与地之间的电压UD必须均小于差分运放采样电路2（U1）的最大输入共模电压UICMMAX；而此时C点与地之间的电压UC大于D点与地之间的电压UD。 

所以只需要C点与地之间的电压UC小于差分运放采样电路2（U1）的最大输入共模电压UICMMAX，即UC=UX/K+UY＜UICMMAX，就能让差分运放采样电路2（U1）进行正常的线性运行。 

又由于为保护电压测量值的精度，C点与D之间的电压UCD必须为差分运放采样电路2（U1）的最大输入共模电压UICMMAX的0.6倍左右，即UCD=UX/K≈0.6UICMMAX。 

所以，如果干扰源4（UY）引起的共模干扰不强，其干扰幅度UY＜0.4UICMMAX，就能满足C点与地之间的电压UC＜UICMMAX的条件，让差分运放采样电路2（U1）进行正常的线性运行，使E点与F点之间的电压UEF=UC-UD=UX/K；最终E点与F点之间的电压UEF通过控制算法放大K倍还原后，所得到的测量电压U测量值=UEF*K=UX=U被测值，即电压测量值准确无误。 

而如果干扰源4（UY）引起的共模干扰过强，其干扰幅度UY＞0.4UICMMAX，就会造成C点与地之间的电压UC＞UICMMAX，让差分运放采样电路2（U1）进行不正常的非线性运行，使E点与F点之间的电压UEF失真；最终E点与F点之间的电压UEF通过控制算法放大K倍还原后，所得到的测量电压U测量值=UEF*K≠U被测值，即电压测量值失真。 

由此可知，现有的电压测量电路只能抑制干扰幅度小于0.4UICMMAX的电磁干扰，而无法抑制干扰幅度大于0.4UICMMAX的电磁干扰；即现有的电压测量电路抑制电磁干扰的能力十分有限。 

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