本發(fā)明涉及的是一種可用于復(fù)雜電磁環(huán)境的高線性度AD采樣電路，一種高線性度差分隔離采樣電路，包括：阻抗隔離型差分放大電路、電壓匹配濾波電路、電壓鉗位電路、AD采集電路、高速隔離電路和數(shù)字控制電路，屬于電力電子采樣技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于電力電子主電路與數(shù)字控制電路電壓等級不一樣、電流大小也不一樣，必須將電力電子主電路與數(shù)字控制電路進(jìn)行電氣隔離。

在現(xiàn)有技術(shù)中，電力電子主電路電壓電流采樣一般采用電阻分壓，通過比例放大電路進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換和電壓轉(zhuǎn)換，再經(jīng)線性光耦進(jìn)行電氣隔離，通過AD轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果傳遞給單片機(jī)或DSP數(shù)字控制器。

公知的電力電子采樣電路主要存在問題是全電壓范圍內(nèi)采樣線性度存在一定誤差、全電壓范圍內(nèi)采樣精確度不高以及大功率條件下共地采樣地電位不穩(wěn)導(dǎo)致的采樣偏差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種可應(yīng)用于大功率共地電源網(wǎng)絡(luò)、全電壓范圍線性度零誤差、并具有較高采樣精度的差分隔離采樣電路。

本發(fā)明具體提供一種高線性度差分隔離采樣電路，包括：阻抗隔離型差分放大電路、電壓匹配濾波電路、電壓鉗位電路、AD采集電路、高速隔離電路和數(shù)字控制電路；

所述阻抗隔離型差分放大電路包括電容C1、電阻R1、電阻R2、二極管D1、二極管D2、電阻R3、電阻R4和運算放大器U1A；所述電容C1一端作為采樣電路輸入端負(fù)極，所述電容C1的另一端作為采樣電路輸入端正極，所述電容C1的一端與所述電阻R1的一端連接，所述電容C1的另一端與電阻R2的一端連接；所述電阻R1的另一端與二極管D1的正極性端、電阻R4的一端、運算放大器U1A的反相輸入端連接；所述電阻R2的另一端與二極管D2的負(fù)極性端、電阻R3的一端和運算放大器U1A的同相輸入端連接；所述二極管D1的負(fù)極性端與電源正VCC連接，所述二極管D2的正極性端與電源負(fù)VEE連接；所述電阻R3的另一端接地，所述電阻R4的另一端接運算放大器U1A的輸出端和電阻R5的一端；

所述電壓匹配濾波電路包括電阻R5、電阻R6、電容C2、運算放大器U1B；所述電阻R5另一端連接電阻R6的一端、電容C2的一端和運算放大器U1B的同相輸入端；所述電阻R6的另一端接地，所述電容C2的另一端接地；所述運算放大器U1B的反相輸入端與運算放大器U1B的輸出端連接；

所述電壓鉗位電路包括電阻R7和鉗位管D3；所述電阻R7的一端與運算放大器U1B的輸出端連接，所述電阻R7的另一端連接鉗位管D3的一端，鉗位管D3的另一端接地；

所述AD采集電路包括AD采集芯片和基準(zhǔn)電壓源X1，其中AD采集芯片具有多路模擬輸入端；所述AD采集芯片的一路模擬輸入端連接所述電阻R7的另一端，所述AD采集芯片的基準(zhǔn)輸入正連接基準(zhǔn)電壓X1的正極性端，所述AD采集芯片的基準(zhǔn)輸入負(fù)連接基準(zhǔn)電壓源X1的負(fù)極性端；

所述高速隔離電路包括輸入端和輸出端，用于將AD采集芯片的輸出信號轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)字控制電路，以實現(xiàn)AD采集芯片與數(shù)字控制電路的電氣隔離；所述高速隔離數(shù)字電路輸入端DD1～DDn與所述AD采集芯片的數(shù)據(jù)輸出接口D1～Dn對應(yīng)連接；

所述數(shù)字控制電路具有IO數(shù)字接口，且的IO數(shù)字接口與所述高速數(shù)字隔離電路的輸出端對應(yīng)連接；

所述阻抗隔離型差分放大電路輸入端作為采樣電路的輸入端。

進(jìn)一步的，所述的阻抗隔離型差分放大電路、電壓匹配濾波電路和電壓鉗位電路構(gòu)成一路差分采樣；多路所述的差分采樣同時與所述AD采集芯片的多路模擬輸入端對應(yīng)連接。

進(jìn)一步的所述電容C1的取值范圍為0～100uf。

進(jìn)一步的所述電阻R1和電阻R2取值范圍均為10K至500MΩ。

進(jìn)一步地，所述鉗位管D3的鉗位電壓取值范圍為1V至VCC。

本發(fā)明中的基準(zhǔn)電壓源X1用于為所述AD采集芯片提供參考電壓值。本發(fā)明通過阻抗隔離型差分放大電路輸入端較大阻抗實現(xiàn)模擬采集電路與電力電子主電路的阻抗隔離，并可實現(xiàn)對電力電子主電路多點差分采樣，避免常規(guī)共地采樣地電位不一致造成的采樣偏差；差分放大電路輸出經(jīng)過電壓匹配及濾波再經(jīng)電壓鉗位，將采樣模擬信號送入AD采集電路；經(jīng)過AD采集電路將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；AD采集電路信號輸出或輸入數(shù)字電平經(jīng)過高速數(shù)字量隔離電路實現(xiàn)采樣電路與數(shù)字控制電路的完全隔離，由于采用AD采集電路直接對電力電子主電路模擬量進(jìn)行采樣，不會存在常規(guī)線性光耦帶來的線性誤差，采樣精度也大大提高(采樣精度受所選用的ADC采集芯片制約)，從而實現(xiàn)對電力電子主電路全電壓范圍高線性度隔離采集。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的高線性度差分隔離采樣結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明第一實施例提供的高線性度差分隔離采樣的電路原理圖；

圖3是本發(fā)明第二實施例提供的高線性度差分隔離采樣的電路原理圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

第一實施例

圖1和2是本發(fā)明第一實施例提供的高線性度差分隔離采樣結(jié)構(gòu)示意圖。本結(jié)構(gòu)圖包括：

提供一種高線性度差分隔離采樣電路，包括：阻抗隔離型差分放大電路、電壓匹配濾波電路、電壓鉗位電路、AD采集電路、高速隔離電路和數(shù)字控制電路；

所述阻抗隔離型差分放大電路包括電容C1、電阻R1、電阻R2、二極管D1、二極管D2、電阻R3、電阻R4和運算放大器U1A；所述電容C1一端作為采樣電路輸入端負(fù)極，所述電容C1的另一端作為采樣電路輸入端正極，所述電容C1的一端與所述電阻R1的一端連接，所述電容C1的另一端與電阻R2的一端連接；所述電阻R1的另一端與二極管D1的正極性端、電阻R4的一端、運算放大器U1A的反相輸入端連接；所述電阻R2的另一端與二極管D2的負(fù)極性端、電阻R3的一端和運算放大器U1A的同相輸入端連接；所述二極管D1的負(fù)極性端與電源正VCC連接，所述二極管D2的正極性端與電源負(fù)VEE連接；所述電阻R3的另一端接地，所述電阻R4的另一端接運算放大器U1A的輸出端和電阻R5的一端；

所述電壓匹配濾波電路包括電阻R5、電阻R6、電容C2、運算放大器U1B；所述電阻R5另一端連接電阻R6的一端、電容C2的一端和運算放大器U1B的同相輸入端；所述電阻R6的另一端接地，所述電容C2的另一端接地；所述運算放大器U1B的反相輸入端與運算放大器U1B的輸出端連接；

所述電壓鉗位電路包括電阻R7和鉗位管D3；所述電阻R7的一端與運算放大器U1B的輸出端連接，所述電阻R7的另一端連接鉗位管D3的一端，鉗位管D3的另一端接地；

所述AD采集電路包括AD采集芯片和基準(zhǔn)電壓源X1，其中AD采集芯片具有多路模擬輸入端；所述AD采集芯片的一路模擬輸入端連接所述電阻R7的另一端，所述AD采集芯片的基準(zhǔn)輸入正連接基準(zhǔn)電壓X1的正極性端，所述AD采集芯片的基準(zhǔn)輸入負(fù)連接基準(zhǔn)電壓源X1的負(fù)極性端；

所述高速隔離電路包括輸入端和輸出端，用于將AD采集芯片的輸出信號轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)字控制電路，以實現(xiàn)AD采集芯片與數(shù)字控制電路的電氣隔離；所述高速隔離數(shù)字電路輸入端DD1～DDn與所述AD采集芯片的數(shù)據(jù)輸出接口D1～Dn對應(yīng)連接；

所述數(shù)字控制電路具有IO數(shù)字接口，且的IO數(shù)字接口與所述高速數(shù)字隔離電路的輸出端對應(yīng)連接；

所述阻抗隔離型差分放大電路輸入端作為采樣電路的輸入端。

進(jìn)一步的，所述的阻抗隔離型差分放大電路、電壓匹配濾波電路和電壓鉗位電路構(gòu)成一路差分采樣；多路所述的差分采樣同時與所述AD采集芯片的多路模擬輸入端對應(yīng)連接。

進(jìn)一步的所述電容C1的取值范圍為0～100uf。

進(jìn)一步的所述電阻R1和電阻R2取值范圍均為10K至500MΩ。

進(jìn)一步地，所述鉗位管D3的鉗位電壓取值范圍為1V至VCC。

待采樣電路的采樣電壓連接至阻抗隔離型差分放大電路輸入端CH1GND和CHIN，經(jīng)過所述電容C1進(jìn)行差分濾波，經(jīng)所述電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和所屬運算放大器U1A組成差分隔離放大電路，由于所述電阻R1和電阻R2阻值均不小于10K，使得所述采樣電路與電力電子主電路形成一級阻抗隔離，所述阻抗隔離型差分放大電路輸出端電壓與輸入端電壓關(guān)系為(條件：R4/R1＝R3/R2)

V_OUT＝(R4/R1)*(V_CH1IN-V_CH1GND)＝(R3/R2)*(V_CH1IN-V_CH1GND)

所述第一運放輸出端電壓V_OUT經(jīng)所述電阻R5R5和電阻R6進(jìn)行電阻分壓，使輸出電壓與所述AD采集芯片U001輸入電壓范圍相符，所述電阻R5和所述電阻R6分壓后電壓經(jīng)過所述電容C2進(jìn)行平滑濾波再經(jīng)所述第二運放組成電壓跟隨器進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換，使所述第二運放輸出端嚴(yán)格跟隨所述電阻R5和和所述電阻R6分壓值；所述第二運放輸出端電壓經(jīng)所述電阻R7和所述鉗位管D3組成鉗位電路，將所述AD采集芯片U001輸入端電壓控制在合理范圍內(nèi)，保證所述AD采集芯片U001穩(wěn)定工作。

所述AD采集芯片U001將其輸入模擬電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)所述高速數(shù)字隔離電路將模擬地及相關(guān)電源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電氣隔離，保護(hù)所述單片機(jī)或DSP數(shù)字控制電路，保證單片機(jī)或數(shù)字控制電路可靠穩(wěn)定工作，所述單片機(jī)或DSP數(shù)字控制電路與所述高速數(shù)字隔離電路隔離后離散量信號進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取AD采樣結(jié)果，從而最終采集到電力電子主電路待采樣電壓。

第二實施例

圖3是本發(fā)明第二實施例提供的高線性度差分隔離采樣電路原理圖。本實施例為多通道差分隔離采樣電路。

進(jìn)一步地，所述多路阻抗隔離型差分放大電路包括n路阻抗隔離型差分放大電路、n路電壓匹配濾波電路、n路電壓鉗位電路、n路AD采集電路(可共用同一AD采集芯片)、n路高速數(shù)字隔離電路(可共用同一高速隔離芯片)以及一路單片機(jī)或DSP數(shù)字控制電路。

所述n路阻抗隔離型差分放大電路輸出端與n路電壓匹配濾波電路輸入端連接，所述n路電壓匹配濾波電路輸出端與n路電壓鉗位電路輸入端連接，所述n路電壓鉗位電路輸出端連接至多通道所述AD采集電路輸入端，所述AD采集電路輸出端連接至所述高速數(shù)字隔離電路，所述高速數(shù)字隔離電路輸出端連接至單片機(jī)或DSP數(shù)字控制電路的IO端口。

所述n路阻抗隔離型差分放大電路、n路電壓匹配濾波電路、n路電壓鉗位電路、n路AD采集電路(可共用同一AD采集芯片)、n路高速數(shù)字隔離電路(可共用同一高速隔離芯片)，每一路電路結(jié)構(gòu)與第二實施例中相同名稱電路原理和電路參數(shù)均一致。

所述基準(zhǔn)電壓源的輸出端要等于所述AD采集芯片U001的參考電壓值。

所述電容C1的取值范圍為0～100uf。

所述電阻R1和電阻R2取值范圍均為10K至500MΩ。

所述鉗位管D3的鉗位電壓取值范圍為1V至VCC。

電力電子主電路待采樣電壓連接至阻抗隔離型差分放大電路輸入端CH1GND和CHIN，經(jīng)過所述電容C1進(jìn)行差分濾波，經(jīng)所述電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和所屬運算放大器U1A組成差分隔離放大電路，由于所述電阻R1和電阻R2阻值均不小于10K，使得所述采樣電路與電力電子主電路形成一級阻抗隔離，所述阻抗隔離型差分放大電路輸出端電壓與輸入端電壓關(guān)系為(條件：R4/R1＝R3/R2)

V_OUT＝(R4/R1)*(V_CH1IN-V_CH1GND)＝(R3/R2)*(V_CH1IN-V_CH1GND)

所述第一運放輸出端電壓V_OUT經(jīng)所述電阻R5和電阻R6進(jìn)行電阻分壓，使輸出電壓與所述AD采集芯片U001輸入電壓范圍相符，所述電阻R5和所述電阻R6分壓后電壓經(jīng)過所述電容C2進(jìn)行平滑濾波再經(jīng)所述第二運放組成電壓跟隨器進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換，使所述第二運放輸出端嚴(yán)格跟隨所述電阻R5和所述電阻R6分壓值；所述第二運放輸出端電壓經(jīng)所述電阻R7和所述鉗位管D3組成鉗位電路，將所述AD采集芯片U001輸入端電壓控制在合理范圍內(nèi)，保證所述AD采集芯片U001穩(wěn)定工作。

所述AD采集芯片U001將其輸入模擬電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)所述高速數(shù)字隔離電路將模擬地及相關(guān)電源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電氣隔離，保護(hù)所述單片機(jī)或DSP數(shù)字控制電路，保證單片機(jī)或數(shù)字控制電路可靠穩(wěn)定工作，所述單片機(jī)或DSP數(shù)字控制電路與所述高速數(shù)字隔離電路隔離后離散量信號進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取AD采樣結(jié)果，從而最終采集到電力電子主電路待采樣電壓。

本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間的相同或相似的部分互相參見即可。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。