[发明专利]一种用于输出功率控制的交流电压采样电路及其设计方法

权利要求书

1.一种用于输出功率控制的交流电压采样电路设计方法，其特征在于：包括如下设计步骤：

(1)建立交流分压电路，包括电阻R4和电阻R6，交流输入电压连接到电阻R4再通过电阻R6连接到地线GND，通过改变电阻R4和电阻R6的阻值能够改变交流输入电压经分压后的电压大小；设定经交流分压电路得到的电压大小为V₁，经交流分压电路得到的电压V₁与交流输入电压V_in的关系为：

(2)建立二阶带通有源滤波电路，包括电阻R3、电阻R5、电阻R9，电容C1、电容C3、电容C4以及运放芯片OA1；交流分压电路的输出电压连接到电阻R5再通过电容C3连接到运放芯片OA1的负极输入端；电阻R9的一端连接到电阻R5与电容C3的中心点，另一端连接到地线GND；运放芯片OA1的输出端通过电容C1和电阻R3分别连接到电阻R5与电容C3的中心点以及运放芯片OA1的负极输入端；正电源VCC通过电阻R12、R15分压后连接到运放芯片OA1的正极输入端，再通过电容C4连接到地线GND；运放芯片OA1的正负供电端分别连接到正电压VCC和地线GND；令C1＝C3＝C，R_eq是R1和R2并联的值，BW代表滤波电路的频带宽度，f_c代表设定的中心频率，设定Q代表品质因数，那么便得到如下公式：

(3)建立高精度全波整流器电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R7，二极管D1、二极管D2，电容C2以及运放芯片OA2、OA3；二阶带通有源滤波电路的输出端连接到运放芯片OA2的正极输入端，其负极输入端通过二极管D1和电容C2并联以及电阻R1连接到输出端和运放芯片OA3的负极输入端，其输出端再通过二极管D2连接到运放芯片OA3的正极输入端；运放芯片OA3的负极输入端通过电阻R2连接到其输出端，其正极输入端则通过电阻R7连接到地线R7；运放芯片OA2、OA3的正负供电端分别连接到正电压VCC和地线GND；设定高精度全波整流器电路的输入电压为V₂，输出电压为V₃；

1)选择正输入信号的增益：

2)选择负输入信号的增益：

3)选择R1、R2、R7具有相同的电阻值：

R₁＝R₂＝R₇；

4)基于所需的瞬态响应选择C2；

(4)建立比较器电路，包括稳压芯片、运放芯片OA4、电阻R11、电阻R13、电阻R16，稳压芯片与电阻R11、电阻R13、电阻R16用以产生精准稳定的直流电压，该直流电压连接到运放芯片OA4的负极电压输入端；高精度全波整流器电路的输出端连接到运放芯片OA4的正极电压输入端；设定运放芯片正极输入电压为V_p，负极输入电压为V_n，稳压芯片的输出电压与运放芯片负极输入电压关系为：

设定运放芯片OA4的输出波形的占空比为D，该占空比与运放芯片正极输入电压以及负极输入电压的关系为：

(5)建立隔离采样电路，其中隔离电路部分包括隔离光耦，电阻R10、电阻R14、电阻R8，比较器电路的输出端通过电阻R10与隔离光耦的第一端口连接，隔离光耦的第二端口通过电阻R14接GND，隔离光耦的第三端口通过电阻R8连接电源，隔离光耦的第四端口接SGND；

(6)通过步骤(1)到步骤(4)提供的公式和方法，得到占空比D与交流输入电压值的关系为：

(7)当交流输入电压发生变化时，运放芯片OA4输出的电压方波信号的占空比也随之变化，通过控制芯片内部的eCAP模块对该占空比进行测量，并通过步骤(6)提供的公式和方法计算出交流输入电压值。

2.根据权利要求1所述的一种用于输出功率控制的交流电压采样电路设计方法，其特征在于：运放芯片OA1为双路高速低噪声运算放大器，其型号为MC33078；运放芯片OA2、OA3为二路低噪声高速JFET输入运算放大器，其型号为TLE2072；运放芯片OA4为低功耗双运算放大器，其型号为LM258。