一種高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，包括依次連接的第一跟隨電路、信號調(diào)理與電氣隔離電路和電壓跟隨電路，所述第一跟隨電路包括第一運算放大器U2B，用于隔離緩沖并減小輸出阻抗；所述信號調(diào)理與電氣隔離電路包括依次連接的第二運算放大器U2A、光耦隔離器和第三運算放大器U4A，用于保證電源地與大地的電氣隔離；所述電壓跟隨電路連接有第四運算放大器U4B；相較于現(xiàn)有技術(shù)中的電路來說，高阻抗輸入、低阻抗輸出效果好、可靠實用、運行穩(wěn)定、精度高、成本與功耗低。
【專利說明】
一種高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及電壓信號檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]因為大多數(shù)的設(shè)備是由直流高壓電源驅(qū)動的，這些設(shè)備若得以穩(wěn)定的工作，需要實時監(jiān)控為設(shè)備提供能量的高壓驅(qū)動電源的電壓。現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于低壓變頻器的直流電壓檢測電路，常常通過反激開關(guān)電源變壓器的某個輸出繞組來檢測，再將檢測到得電壓信號傳輸至DSP控制器進行信號處理，這種方法雖然電路簡單，且適用于低壓變頻器，但是在中高壓變頻器中，開關(guān)電源存在不線性的區(qū)域，所以，現(xiàn)有的直流電壓檢測電路所檢測的直流電壓線性度低，無法直接應(yīng)用于中高壓變頻器。
[0003]目前電壓信號的檢測主要有電阻分壓、線性光耦、電壓互感器和霍爾電壓傳感器四種方法。電壓互感器一般只能用于檢測交流電壓，不適用于直流高壓檢測;霍爾電壓傳感器進行電壓檢測具有精度高、線形好、頻帶寬、響應(yīng)快、過載能力強等優(yōu)點，但成本較高;若單純使用電阻分壓亦可得到比例縮小的低電壓，但其精度受外界環(huán)境(主要是溫度)影響大，且輸出阻抗高對后續(xù)A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備造成不良影響。
[0004]對于1000V以上直流高壓的檢測常使用霍爾電壓傳感器進行隔離檢測，但高性能的電壓傳感器造價較高。高阻抗輸入的高壓檢測電路采用電阻采樣、運算放大、隔離放大，實現(xiàn)高壓側(cè)與監(jiān)測采樣點路低壓側(cè)的電氣隔離。單使用電阻分壓的話信號未經(jīng)隔離，對后續(xù)A/D轉(zhuǎn)換有影響無浪涌保護，同時不少高壓的輸出阻抗高，無論直接測試或緩沖測試，均會有影響。增加運算放大器和隔離放大器可以起到隔離緩沖、減小輸出阻抗同時保證電氣隔離等功能。但上述技術(shù)往往存在以下缺點:1、分壓法精度受外界環(huán)境影響大，且不能實現(xiàn)隔離;2、低壓控制電路與高壓電路之間無隔離，容易引起事故;3、準確性差;4、運算放大器供電大多采用DCDC降壓模塊，成本高、功耗大。
[0005]因此，急需一種高阻抗輸入、低阻抗輸出效果好、可靠實用、運行穩(wěn)定、精度高、成本與功耗低的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本申請所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備復(fù)雜、精度低、成本高、功耗大并且難以對高低壓電路進行有效隔離的問題。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，避免了現(xiàn)有的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備復(fù)雜、精度低、成本高、功耗大并且難以對高低壓電路進行有效隔離的問題，本申請技術(shù)方案如下:
[0008]—種高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，包括依次連接的第一跟隨電路、信號調(diào)理與電氣隔離電路和電壓跟隨電路，
[0009]所述第一跟隨電路包括第一運算放大器U2B，用于隔離緩沖并減小輸出阻抗；
[0010]所述信號調(diào)理與電氣隔離電路包括依次連接的第二運算放大器U2A、光耦隔離器和第三運算放大器U4A，用于保證電源地與大地的電氣隔離；
[0011]所述電壓跟隨電路連接有第四運算放大器U4B。
[0012]優(yōu)選的，還包括緩沖電路，所述緩沖電路包括第一三極管Ql、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、電阻、第一穩(wěn)壓管與第二穩(wěn)壓管D2，所述電阻包括電阻R39、電阻R40和電阻R41，所述第二三極管Q2和第四三極管Q4由第二穩(wěn)壓管D2控制，所述第一穩(wěn)壓管Dl、電阻R39和第一三極管Ql組成恒流源。
[0013]優(yōu)選的，所述第一跟隨電路包括:
[0014]所述第一運算放大器U2B的同向端通過電阻R44接地并且通過電阻R42連接電壓輸入端，所述第一運算放大器U2B的反相端連接電阻R43和電阻R45的一端并且通過電阻R43連接電壓輸入端，所述第一運算放大器U2B的輸出端分別連接所述第四三極管Q4的發(fā)射極和所述電阻R45的另一端。
[0015]優(yōu)選的，所述信號調(diào)理與電氣隔離電路包括:
[0016]所述第二運算放大器U2A的同向端通過電容C3連接電阻R46—端、該第二運算放大器U2A的輸出端和所述光耦隔離器的3腳，所述第二運算放大器U2A的反相端接地，所述第二運算放大器U2A的輸出端連接所述電容C3的另一端，所述第二運算放大器U2A的輸出端通過電阻R47連接所述光耦隔離器的I腳；
[0017]所述光耦隔離器的2腳連接電壓輸出端，所述光耦隔離器的4腳接地，所述光耦隔離器的5腳連接所述第三運算放大器U4A同相端，所述光耦隔離器的6腳連接所述第三運算放大器U4A反向端，所述第三運算放大器U4A同相端還連接電阻R48的一端和電容C4的一端，所述第三運算放大器U4A輸出端連接所述第四運算放大器U4B同相端。
[0018]優(yōu)選的，所述第四運算放大器U4B同相端連接所述第三運算放大器U4A輸出端、電阻R48的另一端和電容C4的另一端。
[0019]優(yōu)選的，所述緩沖電路包括:
[0020]所述第二穩(wěn)定管D2的一端連接于所述第一運算放大器U2B輸出端，所述第二穩(wěn)定管D2的另一端連接于所述電阻R41的一端、所述第三三極管Q3的集電極和所述第四三極管Q4的基極；
[0021]所述第三三極管Q3的基極連接所述電阻R41的另一端、所述第二三極管Q2的發(fā)射極和所述第四三極管Q4的集電極；
[0022]所述第二三極管Q2的基極連接電阻R40的一端、所述第三三極管Q3的集電極和所述第一三極管Ql的集電極，所述第二三極管Q2的集電極連接所述電阻R40的另一端、所述第一三極管Ql的基極和第一穩(wěn)定管Dl的一端，所述第一穩(wěn)定管Dl的另一端通過電阻R39連接所述第一三極管Ql的發(fā)射極。
[0023]優(yōu)選的，還包括在高壓輸入側(cè)依次串聯(lián)的保險絲、負溫度系數(shù)熱敏電阻及壓敏電阻。
[0024]優(yōu)選的，所述光耦隔離器為線性光耦隔離器。
[0025]優(yōu)選的，所述電阻為無感電阻。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請所述的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，達到了如下效果:
[0027](I)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，檢測信號使用運放構(gòu)成電壓跟隨，已達到緩沖，形成高阻抗輸入、低阻抗輸出，為后端信號采集提供良好信號；
[0028](2)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，，自主設(shè)計高壓緩沖電路給運放供電，降低了成本與功耗；
[0029](3)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，相較于現(xiàn)有技術(shù)中的電路來說，高阻抗輸入、低阻抗輸出效果好、可靠實用、運行穩(wěn)定、精度高、成本與功耗低；
[0030](4)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，所述信號調(diào)理與電氣隔離電路2包括依次連接的第二運算放大器U2A、光耦隔離器和第三運算放大器U4A，用于保證電源地與大地的電氣隔離；同時可以通過選用高精度運算放大器以提高檢測電路的精度和線性度；
[0031](5)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，所述第二三極管Q2和第四三極管Q4構(gòu)成的共集電路作為電壓跟隨管，有輸入阻抗高、輸出阻抗低可達到阻抗匹配的作用，同時利用恒流源控制電流保證供電電壓不變。兩套管子公用達到均壓，保證運放的供電。
【附圖說明】
[0032]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0033]圖1為本申請本實用新型所提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備的電路圖。
【具體實施方式】
[0034]如在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。如在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”為一開放式用語，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”?！按笾隆笔侵冈诳山邮盏恼`差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問題，基本達到所述技術(shù)效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接于所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書后續(xù)描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的，并非用以限定本申請的范圍。本申請的保護范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準。
[0035]實施例一:
[0036]如圖1所示，一種高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，包括
[0037]包括依次連接的第一跟隨電路1、信號調(diào)理與電氣隔離電路2和電壓跟隨電路3，
[0038]所述第一跟隨電路I包括所述第一運算放大器U2B，用于隔離緩沖并減小輸出阻抗；
[0039]所述信號調(diào)理與電氣隔離電路2包括依次連接的第二運算放大器U2A、光耦隔離器和第三運算放大器U4A，用于保證電源地與大地的電氣隔離；同時可以通過選用高精度運算放大器以提高檢測電路的精度和線性度。
[0040]所述電壓跟隨電路3連接有第四運算放大器U4B。
[0041]本實用新型提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，檢測信號使用運放構(gòu)成電壓跟隨，已達到緩沖，形成高阻抗輸入、低阻抗輸出，為后端信號采集提供良好信號，而自主設(shè)計高壓緩沖電路給運放供電，降低了成本與功耗;相較于現(xiàn)有技術(shù)中的電路來說，高阻抗輸入、低阻抗輸出效果好、可靠實用、運行穩(wěn)定、精度高、成本與功耗低。
[0042]實施例二:
[0043]如圖1本實用新型所提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備的電路圖所示，一種高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，包括
[0044]包括依次連接的第一跟隨電路1、信號調(diào)理與電氣隔離電路2和電壓跟隨電路3，
[0045]所述第一跟隨電路I包括所述第一運算放大器U2B，用于隔離緩沖并減小輸出阻抗；
[0046]所述信號調(diào)理與電氣隔離電路2包括依次連接的第二運算放大器U2A、光耦隔離器和第三運算放大器U4A，用于保證電源地與大地的電氣隔離；同時可以通過選用高精度運算放大器以提高檢測電路的精度和線性度。
[0047]所述電壓跟隨電路3連接有第四運算放大器U4B。
[0048]還包括緩沖電路4，所述緩沖電路4包括第一三極管、第二三極管、第三三極管、第四三極管、電阻、第一穩(wěn)壓管與第二穩(wěn)壓管D2，所述電阻包括電阻R39、電阻R40和電阻R41，所述第二三極管和第四三極管由第二穩(wěn)壓管D2控制，所述第一穩(wěn)壓管D1、電阻R39和第一三極管Ql組成恒流源，為所述第二穩(wěn)壓管D2提供恒流，所述第一三極管Ql和第二三極管Q2承受變化的高壓，所述電阻R40和電阻R41為啟動電壓。所述第二三極管Q2和第四三極管Q4構(gòu)成的共集電路作為電壓跟隨管，有輸入阻抗高、輸出阻抗低可達到阻抗匹配的作用，同時利用恒流源控制電流保證供電電壓不變。兩套管子公用達到均壓，保證運放的供電。
[0049]所述第一跟隨電路I包括:所述第一運算放大器U2B的同向端通過電阻R44接地并且通過電阻R42連接電壓輸入端，所述第一運算放大器U2B的反相端連接電阻R43和電阻R45的一端并且通過電阻R43連接電壓輸入端，所述第一運算放大器U2B的輸出端分別連接所述第四三極管的發(fā)射極和所述電阻R45的另一端。
[0050]所述信號調(diào)理與電氣隔離電路2包括:所述第二運算放大器U2A的同向端通過電容C3連接電阻R46—端、該第二運算放大器U2A的輸出端和所述光耦隔離器的3腳，所述第二運算放大器U2A的反相端接地，所述第二運算放大器U2A的輸出端連接所述電容C3的另一端，所述第二運算放大器U2A的輸出端通過電阻R47連接所述光耦隔離器的I腳；
[0051]所述光耦隔離器的2腳連接電壓輸出端，所述光耦隔離器的4腳接地，所述光耦隔離器的5腳連接所述第三運算放大器U4A同相端，所述光耦隔離器的6腳連接所述第三運算放大器U4A反向端，所述第三運算放大器U4A同相端還連接電阻R48的一端和電容C4的一端，所述第三運算放大器U4A輸出端連接所述第四運算放大器U4B同相端。
[0052 ]所述第四運算放大器U4B同相端連接所述第三運算放大器U4A輸出端、電阻R48的另一端和電容C4的另一端。
[0053]所述緩沖電路4包括:
[0054]所述第二穩(wěn)定管D2的一端連接于所述第一運算放大器U2B輸出端，所述第二穩(wěn)定管D2的另一端連接于所述電阻R41的一端、所述第三三極管Q3的集電極和所述第四三極管Q4的基極；
[0055]所述第三三極管Q3的基極連接所述電阻R41的另一端、所述第二三極管Q2的發(fā)射極和所述第四三極管Q4的集電極；
[0056]所述第二三極管Q2的基極連接電阻R40的一端、所述第三三極管Q3的集電極和所述第一三極管Ql的集電極，所述第二三極管Q2的集電極連接所述電阻R40的另一端、所述第一三極管Ql的基極和第一穩(wěn)定管Dl的一端，所述第一穩(wěn)定管Dl的另一端通過電阻R39連接所述第一三極管Ql的發(fā)射極。
[0057]優(yōu)選的，本實用新型所提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備還包括在高壓輸入側(cè)依次串聯(lián)的保險絲、負溫度系數(shù)熱敏電阻及壓敏電阻。
[0058]所述光耦隔離器為線性光耦隔離器;使用線性光耦合器，達到低壓與高壓的隔離。
[0059]所述電阻為無感電阻，分壓電阻采用無感電阻，提高精度。
[0060]通過以上各實施例可知，本申請存在的有益效果是:
[0061](I)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，檢測信號使用運放構(gòu)成電壓跟隨，已達到緩沖，形成高阻抗輸入、低阻抗輸出，為后端信號采集提供良好信號；
[0062](2)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，，自主設(shè)計高壓緩沖電路給運放供電，降低了成本與功耗；
[0063](3)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，相較于現(xiàn)有技術(shù)中的電路來說，高阻抗輸入、低阻抗輸出效果好、可靠實用、運行穩(wěn)定、精度高、成本與功耗低；
[0064](4)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，所述信號調(diào)理與電氣隔離電路2包括依次連接的第二運算放大器U2A、光耦隔離器和第三運算放大器U4A，用于保證電源地與大地的電氣隔離；同時可以通過選用高精度運算放大器以提高檢測電路的精度和線性度；
[0065](5)本發(fā)明提供的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，所述第二三極管Q2和第四三極管Q4構(gòu)成的共集電路作為電壓跟隨管，有輸入阻抗高、輸出阻抗低可達到阻抗匹配的作用，同時利用恒流源控制電流保證供電電壓不變。兩套管子公用達到均壓，保證運放的供電。
[0066]當(dāng)然，本發(fā)明所保護的技術(shù)方案并不必須同時達到所有上述有益效果，一個方案沒有同時達到所有上述有益效果并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0067]本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請的實施例可提供為方法、裝置、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學(xué)存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。
[0068]上述說明示出并描述了本申請的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進行改動。而本領(lǐng)域人員所進行的改動和變化不脫離本申請的精神和范圍，則都應(yīng)在本申請所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，包括依次連接的第一跟隨電路、信號調(diào)理與電氣隔離電路和電壓跟隨電路， 所述第一跟隨電路包括第一運算放大器U2B，用于隔離緩沖并減小輸出阻抗； 所述信號調(diào)理與電氣隔離電路包括依次連接的第二運算放大器U2A、光耦隔離器和第三運算放大器U4A，用于保證電源地與大地的電氣隔離； 所述電壓跟隨電路連接有第四運算放大器U4B。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，還包括緩沖電路，所述緩沖電路包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、電阻、第一穩(wěn)壓管與第二穩(wěn)壓管D2，所述電阻包括電阻R39、電阻R40和電阻R41，所述第二三極管Q2和第四三極管Q4由第二穩(wěn)壓管D2控制，所述第一穩(wěn)壓管D1、電阻R39和第一三極管Ql組成恒流源。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，所述第一跟隨電路包括: 所述第一運算放大器U2B的同向端通過電阻R44接地并且通過電阻R42連接電壓輸入端，所述第一運算放大器U2B的反相端連接電阻R43和電阻R45的一端并且通過電阻R43連接電壓輸入端，所述第一運算放大器U2B的輸出端分別連接所述第四三極管Q4的發(fā)射極和所述電阻R45的另一端。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，所述信號調(diào)理與電氣隔離電路包括: 所述第二運算放大器U2A的同向端通過電容C3連接電阻R46—端、該第二運算放大器U2A的輸出端和所述光耦隔離器的3腳，所述第二運算放大器U2A的反相端接地，所述第二運算放大器U2A的輸出端連接所述電容C3的另一端，所述第二運算放大器U2A的輸出端通過電阻R47連接所述光耦隔離器的I腳； 所述光耦隔離器的2腳連接電壓輸出端，所述光耦隔離器的4腳接地，所述光耦隔離器的5腳連接所述第三運算放大器U4A同相端，所述光耦隔離器的6腳連接所述第三運算放大器U4A反向端，所述第三運算放大器U4A同相端還連接電阻R48的一端和電容C4的一端，所述第三運算放大器U4A輸出端連接所述第四運算放大器U4B同相端。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，所述第四運算放大器U4B同相端連接所述第三運算放大器U4A輸出端、電阻R48的另一端和電容C4的另一端。6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項所述的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，所述緩沖電路包括: 所述第二穩(wěn)定管D2的一端連接于所述第一運算放大器U2B輸出端，所述第二穩(wěn)定管D2的另一端連接于所述電阻R41的一端、所述第三三極管Q3的集電極和所述第四三極管Q4的基極; 所述第三三極管Q3的基極連接所述電阻R41的另一端、所述第二三極管Q2的發(fā)射極和所述第四三極管Q4的集電極； 所述第二三極管Q2的基極連接電阻R40的一端、所述第三三極管Q3的集電極和所述第一三極管Ql的集電極，所述第二三極管Q2的集電極連接所述電阻R40的另一端、所述第一三極管Ql的基極和第一穩(wěn)定管Dl的一端，所述第一穩(wěn)定管Dl的另一端通過電阻R39連接所述第一三極管Ql的發(fā)射極。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，還包括在高壓輸入側(cè)依次串聯(lián)的保險絲、負溫度系數(shù)熱敏電阻及壓敏電阻。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，所述光耦隔離器為線性光耦隔離器。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高阻抗輸入的直流高壓檢測設(shè)備，其特征在于，所述電阻為無感電阻。
【文檔編號】G01R15/22GK205450080SQ201521106746
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月25日
【發(fā)明人】秦琴
【申請人】南京東送電力工程有限公司