測量隔離電壓的電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型具體涉及一種測量隔離電壓的電路，其特征在于所述電路至少包括相互連接的隔離電流傳輸支路以及電流-電壓轉換支路，所述隔離電流傳輸支路至少由兩個光耦構成，兩個所述光耦分為上部光耦和下部光耦，兩個所述光耦的二極管端為串聯(lián)連接，所述上部光耦的二極管端的負極與下部光耦的二極管端的正極相連，兩個所述光耦的電流傳輸比相同。本實用新型的優(yōu)點是，電路簡單，器件容易獲得，價格低廉，采用最普通的器件實現測量隔離電壓的功能，且測量精度高、線性度好。
【專利說明】測量隔離電壓的電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電壓測量裝置，具體涉及一種測量隔離電壓的電路。
【背景技術】
[0002]目前，隔離電壓的測量方法主要有以下幾種:
[0003]壓頻轉換方式:直流電壓通過壓頻轉換電路或芯片，把不同直流電壓轉換成相對應的頻率信號，頻率信號通過光耦隔離，隔離后的頻率信號經過計頻率或再把頻率信號轉換成電壓信號進行測量。這種測量方式的缺點在于電路復雜，失真環(huán)節(jié)多，對頻率穩(wěn)定度要求高。
[0004]變壓器隔離方式:直流電壓通過PWM轉換成固定占空比的交流信號，交流信號在接固定圈數比變壓器的初級，變壓器的次級在經過整流變成直流電壓，然后通過非隔離的電壓測量方法測量電壓。這種測量方式的缺點在于電路更為復雜，由于電壓測量線路上有比較大的電壓，容易造成測量的誤差。
[0005]線性光耦方式:直流電壓直接接在線性光耦的二極管端，由二極管的電流變化引起三極管端Vce的電壓變化，測量電壓。這種測量方式的缺點在于依賴于線性光耦，這種光耦技術要求高，能夠提供這種光耦的供應商相對比較少，且價格昂貴。
[0006]電容隔離采集方式:直流電壓通過開關和電容接通，給電容充電，待電容電壓和待測電壓一直后，開關斷開，然后使用另一組開關把充好電的電容和測試線路接通。測試完成后給電容放電。這種測試方法的缺點在于需要等待電容的電壓和被測試電壓一致，由于電容的充電需要一定的時間，所以這種線路測試速度比較緩慢，且充電過程中電容上的電壓和被測電壓在一個比較短的時間內不能完全一致，存在誤差；其為保證測量時間，電容容值有限，在開關開斷和測量電容上電壓時有電能損失，影響測量精度。

【發(fā)明內容】

[0007]本實用新型的目的是根據上述現有技術的不足之處，提供一種測量隔離電壓的電路，該電路通過采用兩個輸入端串聯(lián)連接的光耦實現電壓的隔離測量。
[0008]本實用新型目的實現由以下技術方案完成:
[0009]一種測量隔離電壓的電路，其特征在于所述電路至少包括相互連接的隔離電流傳輸支路以及電流-電壓轉換支路，所述隔離電流傳輸支路至少由兩個光耦構成，兩個所述光耦分為上部光耦和下部光耦，兩個所述光耦的二極管端為串聯(lián)連接，所述上部光耦的二極管端的負極與下部光耦的二極管端的正極相連，兩個所述光耦的電流傳輸比相同。
[0010]所述隔離電流傳輸支路的輸出端同電阻(R7)連接，電阻(R7)的另一端同所述電流-電壓轉換支路的電阻(R8)相連，電阻(R8)的另一端接地。
[0011 ] 所述隔離電流傳輸支路中的兩個所述光耦可以封裝在同一片芯片中，也可以封裝在兩片獨立的芯片中。
[0012]所述電路還包括相互連接的分壓支路和阻抗變換和放大支路，所述阻抗變換和放大支路與所述隔離電流傳輸支路相連接，所述阻抗變換和放大支路的輸出電阻(R5)同所述隔離電流傳輸支路中所述上部光耦的二極管端的正極相連接，所述阻抗變換和放大支路中運算放大器的反相輸入端同所述下部光耦的E極相連。
[0013]所述阻抗變換和放大支路至少由運算放大器、三個電阻以及一個電容構成，電阻(R4)連接于所述運算放大器的同相輸入端、電阻(R3)連接于所述運算放大器的反相輸入端以及電阻(R5)連接所述運算放大器輸出端，電容(C3)并聯(lián)于所述運算放大器的輸出端與反相端。
[0014]所述分壓支路包括電阻(Rl)和電阻(R2)，電阻(Rl)和電阻(R2)的公共端與所述阻抗變換和放大支路中的電阻(R4 )連接。
[0015]所述阻抗變換和放大支路中的電路(VCCl)和所述隔離電流傳輸支路中的電路(VCC3 )共地(GNDI)，所述隔離電流傳輸支路中的電路(VCC2 )接地，且電路(VCC2 )與電路(VCCI)不共地，所述分壓支路中的被測量電壓端(V_tested)與電路(VCCl)共地(GND1);電路(VCC2 )和電路(VCC3 )的電壓值相同或接近。
[0016]本實用新型的優(yōu)點是，電路簡單，器件容易獲得，價格低廉，采用最普通的器件實現測量隔離電壓的功能，且測量精度高、線性度好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖通過實施例對本實用新型的特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術人員的理解:
[0019]實施例:如圖1所示，本實施例具體涉及一種測量隔離電壓的電路，該電路由四部分組成，具體為依次串聯(lián)的分壓支路、阻抗變換和放大支路、隔離電流傳輸支路以及電流-電壓轉換支路，被測量電壓Vjested經分壓支路分壓后，通過阻抗變換和放大支路進行阻抗的變換放大，之后進入到隔離電流傳輸支路進行光耦隔離，最終通過電流-電壓轉換支路還原成電壓信號，計算出被測量電壓Vjested的具體值。
[0020]如圖1所示，分壓支路具體包括電阻Rl和R2以及兩個電容Cl和C2，電阻Rl和R2的公共端與阻抗變換和放大支路中的電阻R4連接；
[0021]阻抗變換和放大支路與隔離電流傳輸支路相連接，具體由運算放大器U1、三個電阻R3、R4、R5以及一個電容C3構成，輸出電阻R5同隔離電流傳輸支路中上部光耦的二極管端的正極相連接，運算放大器Ul的反相輸入端同下部光耦的E極相連，其中電阻R4連接于運算放大器Ul的同相輸入端、電阻R3連接于運算放大器Ul的反相輸入端以及電阻R5連接運算放大器Ul的輸出端，此外電容C3并聯(lián)于運算放大器的輸出端與反相端；
[0022]隔離電流傳輸電路具體包括上部光耦、下部光耦以及電阻R7，上部光耦和下部光耦封裝于同一芯片中，兩個光耦的二極管端為串聯(lián)連接，所述上部光耦的二極管端的負極與下部光耦的二極管端的正極相連，且兩個光耦的電流傳輸比相同；隔離電流傳輸支路的輸出端同電阻R7連接，電阻R7的另一端同電流-電壓轉換支路的電阻R8相連，電阻R8的另一端接地；假如上部光耦和下部光耦的輸入二級管的連接不變，輸出三極管段的E極和C極同時交換連接，即2個E極交換，同時2個C極交換連接，可以得到相同的效果；
[0023]電路VCCl和VCC3共地GNDl，VCCl和VCC2不共地，被測量電壓V_tested與VCCl共地GNDI，V_out與VCC2共地GND2 ；電路VCC2和VCC3的電壓值相同或接近。
[0024]如圖1所示，本實施例中測量隔離電壓的電路的工作原理具體如下所述:
[0025]①被測量電壓為V_teSted，經過電阻Rl和R2所在的分壓支路分壓后，得到電壓VI，所涉及的計算公式為:
[0026]V1=R2/ (R1+R2) *V_tested ；
[0027]V_tested=(Rl+R2)/R2*Vl ;
[0028]②Ul為運算放大器，由運算放大器的原理可得:
[0029]V1=V2 ；
[0030]V2=R3*I1 ；
[0031]③U2為光耦單元，在同一片芯片內部帶兩個光耦，兩個光耦的輸入端為串聯(lián)連接，因此光耦的二極管輸入電流相同，光耦的電流傳輸比接近，那么兩個光耦的三極管的Ic接近:
[0032]I1=I2*CTR1/CTR2 ;
[0033]I2=V_out/R8 ；
[0034]其中CTR為光耦的電流傳輸比；
[0035]④由此可得，
[0036]V_tested =(R1+R2)/R2*V1
[0037]=(R1+R2)/R2*V2
[0038]=(R1+R2)/R2*R3*I1
[0039]= (R1+R2)/R2*R3*CTR1/CTR2*I2
[0040]=(R1+R2)/R2*R3*CTRl/CTR2*V_out/R8 ；
[0041]也就說，通過在電流-電壓轉換支路中測量V_out的值，即可通過公式換算出被測量電壓V_tested。
[0042]本實施例通過采用光耦實現不同的電源間傳輸聯(lián)系，而在電氣上實現隔離，電路的電壓傳輸比為:
[0043]V_tested/V_out=(R1+R2)/R2*R3/R8*CTR1/CTR2
[0044]由于這兩個光耦是在相同條件下生產的，因此兩者的電流傳輸比CTR1/CTR2可近似等于I。
[0045]同時為了提高測量精度，使VCC2=VCC3。
[0046]綜上所述，本實施例具有電路簡單，器件容易獲得，價格低廉的優(yōu)點，采用最普通的器件實現測量隔離電壓的功能，且測量精度高、線性度好。
[0047]實施例二:本實施例主要講的是采用兩個光耦時的電路，電路如圖1中所示，與實施例一的主要差別在于，實施例一中為兩個光耦同時封裝于一個芯片內，而本實施例中則采用兩個光耦芯片，即每個光耦均獨立封裝于一芯片中，這兩個單獨的光耦的電流傳輸比接近或相同。
【權利要求】
1.一種測量隔離電壓的電路，其特征在于所述電路至少包括相互連接的隔離電流傳輸支路以及電流-電壓轉換支路，所述隔離電流傳輸支路至少由兩個光耦構成，兩個所述光耦分為上部光耦和下部光耦，兩個所述光耦的二極管端為串聯(lián)連接，所述上部光耦的二極管端的負極與下部光耦的二極管端的正極相連，兩個所述光耦的電流傳輸比相同。
2.根據權利要求1所述的一種測量隔離電壓的電路，其特征在于所述隔離電流傳輸支路的輸出端同電阻R7連接，電阻R7的另一端同所述電流-電壓轉換支路的電阻R8相連，電阻R8的另一端接地。
3.根據權利要求1所述的一種測量隔離電壓的電路，其特征在于所述隔離電流傳輸支路中的兩個所述光耦可以封裝在同一片芯片中，也可以封裝在兩片獨立的芯片中。
4.根據權利要求1所述的一種測量隔離電壓的電路，其特征在于所述電路還包括相互連接的分壓支路和阻抗變換和放大支路，所述阻抗變換和放大支路與所述隔離電流傳輸支路相連接，所述阻抗變換和放大支路的輸出電阻R5同所述隔離電流傳輸支路中所述上部光耦的二極管端的正極相連接，所述阻抗變換和放大支路中運算放大器的反相輸入端同所述下部光耦的E極相連。
5.根據權利要求4所述的一種測量隔離電壓的電路，其特征在于所述阻抗變換和放大支路至少由運算放大器、三個電阻以及一個電容構成，電阻R4連接于所述運算放大器的同相輸入端、電阻R3連接于所述運算放大器的反相輸入端以及電阻R5連接所述運算放大器輸出端，電容C3并聯(lián)于所述運算放大器的輸出端與反相端。
6.根據權利要求4所述的一種測量隔離電壓的電路，其特征在于所述分壓支路包括電阻Rl和電阻R2，電阻Rl和電阻R2的公共端與所述阻抗變換和放大支路中的電阻R4連接。
7.根據權利要求4所述的一種測量隔離電壓的電路，其特征在于所述阻抗變換和放大支路中的電路VCCl和所述隔離電流傳輸支路中的電路VCC3共地GNDl，所述隔離電流傳輸支路中的電路VCC2接地，且電路VCC2與電路VCCl不共地，所述分壓支路中的被測量電壓端V_tested與電路VCCl共地GNDl ；電路VCC2和電路VCC3的電壓值相同或接近。
【文檔編號】G01R15/22GK203688627SQ201320804534
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權日:2013年12月6日
【發(fā)明者】葉建忠 申請人:上海貝電實業(yè)（集團）股份有限公司