[发明专利]一种隔离电压采样电路

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种隔离电压采样电路。

背景技术

电压采样在电力电子系统中常常起着非常重要的作用。对于共地的系统，电压采样相对简单；对于互相隔离的系统，电压的采样就困难很多。传统的隔离系统中进行电压采样主要有以下几种：第一种，将电压转化成电流，再通过霍尔电流传感器传递后再转化成电压，最后进行电压采样，这种方法精度高，但是霍尔电流传感器较贵；第二种，V/F方式，先将电压通过专用集成芯片转化成频率，再通过光耦合器传输给另外一个系统，通过测量所得到的脉冲的频率可以得到电压值，这种方法缺点是每次采样时间随着脉冲频率变化而变化，无法满足实时控制的需要。第三种，通过基于磁耦合原理的隔离放大器进行传输，这种方法精度高，速度快，但是相应隔离放大器非常昂贵。第四种，通过线性光耦及相应外围电路传输，这种方法精度较高，但是相应光耦较贵，且传输电压动态范围很小，易受温度影响。

发明内容

本发明目的就是克服现有技术的不足，提供一种隔离电压采样电路。

本发明一种隔离电压采样电路包括单运放恒流源电路、锯齿波积分电路、电压调制比较电路和高速光耦传输电路。

单运放恒流源电路包括运算放大器U1、基准源TL431、第一电阻R1、第二电阻R2,第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。其中第一电阻R1一端与VCC1电源连接，另外一端与基准源TL431芯片的阴极、第二电阻R2的一端连接；基准源TL431的阴极与其参考端连接，基准源TL431的阳极与第三电阻R3的一端连接并接GND1；第二电阻R2另外一端与运算放大器U1的同相端、第六电阻R6的一端连接；第三电阻R3另一端与运算放大器U1的反相端、第四电阻R4的一端连接；第四电阻R4的另一端与运算放大器U1的输出端、第五电阻R5的一端连接；第五电阻R5的另外一端与第六电阻R6的另一端连接并作为恒定电流输出端。 

锯齿波积分电路包括第一比较器U2、NMOS开关管Q1,高速开关二极管D1、第一电容C1、第二电容C2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11；其中第七电阻R7一端与VCC1电源连接，另一端与第一比较器U2的反相端、第八电阻R8的一端连接；第八电阻R8另一端与GND1连接；第九电阻R9一端与VCC1电源连接，另一端与第十电阻R10的一端、高速开关二极管D1的阳极连接；第十电阻R10的另一端与第一比较器U2的输出端连接；高速开关二极管D1的阴极与开关管Q1的栅极、第二电容C2的一端、第十一电阻R11的一端连接；第二电容C2的另一端与第十一电阻R11的另一端、NMOS开关管Q1的源极、第一电容C1的一端连接并接GND1；第一电容C1的另一端与NMOS开关管Q1的漏极、第一比较器U2的同相端连接并接恒定电流输出端。

电压调制比较电路包括第二比较器U3和第十二电阻R12。第二比较器U3的同相端与恒定电流输出端连接；第十二电阻R12一端与第二比较器U3的反相端连接，另一端与待测电压输入端连接。

高速光耦传输电路包括高速光耦U4、第十三电阻R13和第十四电阻R14；高速光耦U4的发光二极管的阴极与第二比较器U3的输出端连接；第十三电阻R13的一端与VCC1电源连接，另一端与高速光耦U4的发光二极管的阳极连接；高速光耦U4的光敏三极管的集电极接VCC2电源;高速光耦U4的光敏三极管的发射极与第十四电阻R14的一端连接并作为PWM信号输出端；第十四电阻R14另一端接GND2。

本发明首先通过基准源TL431产生一个高精度的基准源电压，然后通过以运算放大器U1为关键器件的单电源恒流源电路产生恒定输出电流，电流方向为从第五电阻R5流向第一电容C1。恒定电流的大小等于基准源TL431基准电压与第五电阻R5的比值。