一种正负母线电压隔离采集电路的制作方法

1.本发明涉及直流电源、逆变电源设备的技术领域，特别涉及一种正负母线电压隔离采集电路。


背景技术：

2.在直流电源、逆变电源设备中，需对直流母线电压进行实时监测，以保障电力系统的正常运行，母线电压采样方法是通过线性光耦隔离采集较高正负母线电压，从而分析计算及显示设备的低压侧控制电路，现有的技术是通过两路独立的线性光耦隔离采样电路分别采样正、负母线电压，原边正负母线各需要一路辅助工作电源，无法实现辅助工作电源的重复利用，器件较多，且原边无法与正负母线参考电压点无法实现共地连接，两路线性光耦的原边还需要留安全间距，安全性可靠性存在不足，因此有必要提供一种成本低、结构紧凑且安全性高的正负母线电压隔离采集电路。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种成本低、结构紧凑且安全性高的正负母线电压隔离采集电路。
4.本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括电压输入模块、第一电源以及第二电源，所述电压输入模块依次电连接有电压取样模块、电压隔离模块以及电压放大模块，所述电压输入模块包括正母线电压和负母线电压，所述电压隔离模块包括第一线性光耦u1和第二线性光耦u2，所述正母线电压和所述负母线电压分别通过所述电压取样模块与所述第一线性光耦u1的vi+端和所述第二线性光耦u2的vi+端连接，所述正母线电压和所述负母线电压的参考点gnd1、所述第一线性光耦u1的vi-端、所述第二线性光耦u2的vi-端均与所述第一电源共地连接，所述第一线性光耦u1的vd1端和所述第二线性光耦u2的vd1端均与所述第一电源连接，所述电压放大模块包括放大器u3，所述第一线性光耦u1的gn2端、所述第二线性光耦u2的gn2端、所述放大器u3的4引脚以及所述第二电源共地连接，所述第一线性光耦u1的vd2端、所述第二线性光耦u2的vd2端以及所述放大器u3的8引脚与所述第二电源连接，所述放大器u3的1引脚和7引脚分别输出第一正电压uo+和第二正电压uo-。
5.由上述方案可见，所述第一线性光耦u1和所述第二线性光耦u2均包括原边输入侧部分和副边输出侧部分，所述第一电源是所述正母线电压和所述负母线电压的高压侧辅助工作电源，所述第二电源是副边低压侧辅助工作电源，第一正电压uo+是所述正母线电压的采样输出，第二正电压uo-是所述负母线电压的采样输出，所述正母线电压和所述负母线电压的参考点gnd1、所述第一线性光耦u1的vi-端、所述第二线性光耦u2的vi-端均与所述第一电源共地，共用一路辅助工作电源+5v1，辅助工作电源得到重复利用。所述第一线性光耦u1的gn2端、所述第二线性光耦u2的gn2端、所述放大器u3的4引脚以及所述第二电源共地连接，共用一路辅助工作电源+5v2，除了有利于pcb线路板的器件布局，也提高了电路的安全性和可靠性。所述正母线电压和所述负母线电压分别为+400v和-400v，
6.所述正母线电压+400v通过所述电压取样模块按比例进行分压后得到正极性弱电压信号电压值，根据线性光耦输入量程接入接入所述第一线性光耦u1的vi+输入端，所述正母线电压和所述负母线电压的参考点gnd1接所述第一线性光耦u1的vi-输入端，利用线性光耦的正量程范围进行转换，所述第一线性光耦u1副边输出的vo+、vo-差分电压直接接入所述放大器u3的正负输入端，所述放大器u3包括u3a和u3b，所述u3a输出得到与所述正母线电压成正比的隔离采样的所述第一正电压uo+，所述第一正电压uo+可根据后级的输入电压范围调整所述电压放大模块的放大倍数得到。
7.所述负母线电压-400v通过所述电压取样模块按比例进行分压后得到负极性弱电压信号电压值，根据线性光耦输入量程接入接入所述所述第二线性光耦u2的vi+输入端，所述正母线电压和所述负母线电压的参考点gnd1接所述第二线性光耦u2的vi-输入端，利用线性光耦的负量程范围进行转换，所述第二线性光耦u2副边输出的vo+、vo-差分电压反接所述u3b的正负输入端，所述u3b输出得到与所述负母线电压成正比的隔离采样的所述第二正电压uo-，所述第二正电压uo-可根据后级的输入电压范围调整所述电压放大模块的放大倍数得到，所述第一正电压uo+和所述第二正电压uo-可以接入cpu的ad采样口进行数字化做进一步的分析处理。
8.所述正负母线电压隔离采集电路分别利用线性光耦的输入端正负输入量程范围分别来采集正负母线电压，实现母线参考电压点、采样正电压的线性光耦输入侧、采样负电压的线性光耦输入侧、辅助工作电源的共地，原边共用一路辅助工作电源，利用线性光耦副边的差分信号输出，实现正负两路差分运放输出电路的输出电压直接反映正负母线的电压幅值。所述正负母线电压隔离采集电路结构简单，pcb（线路板）器件的布局占用空间小、灵活、成本较低，正负母线测量电压范围可调整范围宽，通过调整差分放大电路的参数，可以得到所需的输出电压范围，有较强的灵活性，同时共地连接提高了电路的安全性和可靠性。
9.一个优选方案是，所述电压取样模块包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r11、第五电阻r12以及第六电阻r13，所述第一线性光耦u1的vi+端分两路，一路通过所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的串联接入所述正母线电压，另一路通过所述第三电阻r3接地，所述第二线性光耦u2的vi+端分两路，一路通过所述第四电阻r11和所述第五电阻r12的串联接入所述负母线电压，另一路通过所述第六电阻r13接地。
10.由上述方案可见，所述正母线电压+400v通过所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的降压，再经过所述第三电阻r3的分压得到正极性弱电压信号（电压值根据线性光耦输入量程确定）接入所述第一线性光耦u1的vi+输入端，所述负母线电压-400v通过第四电阻r11和第五电阻r12的降压，再经过所述第六电阻r13的分压得到负极性弱信号（电压值根据线性光耦输入量程确定）接入所述第二线性光耦u2的vi+输入端。
11.一个优选方案是，所述正负母线电压隔离采集电路还包括第一滤波模块，所述第一滤波模块包括第一电容c1和第二电容c11，所述第一电容c1的一端接所述第二电阻r2与所述第三电阻r3的节点，所述第一电容c1的另一端接地，所述第二电容c11的一端接所述第五电阻r12与所述第六电阻r13的节点，所述第二电容c11的另一端接地。
12.由上述方案可见，所述第一电容c1对所述第一线性光耦u1的输入信号进行滤波，所述第二电容c11对所述第二线性光耦u2的输入信号进行滤波。
13.一个优选方案是，所述正负母线电压隔离采集电路还包括钳位模块，所述钳位模
块设置在所述电压取样模块和所述电压隔离模块之间，所述钳位模块包括第一二极管d1和第二二极管d2，所述第一二极管d1的正极接所述第一电容c1与所述第三电阻r3一端的节点，所述第一二极管d1的负极接所述第三电阻r3另一端与所述第一线性光耦u1的vi+端的节点，所述第二二极管d2的正极接所述第二线性光耦u2的vi+端与所述第六电阻r13一端的节点，所述第二二极管d2的负极接所述第二电容c11与所述第六电阻r13另一端的节点。
14.由上述方案可见，所述钳位模块为所述正负母线电压隔离采集电路提供电路保护，将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。从而提高整个电路的工作稳定性，所述第一二极管d1和所述第二二极管d2均为钳位二极管。
15.一个优选方案是，所述电压放大模块还包括第七电阻r4、第八电阻r5、第九电阻r6、第十电阻r7、第十一电阻r14、第十二电阻r15、第十三电阻r16以及第十四电阻r17，所述放大器u3的3引脚分两路，一路通过所述第七电阻r4接所述第一线性光耦u1的vo+端，另一路通过所述第九电阻r6接所述第一线性光耦u1的gn2端，所述放大器u3的2引脚分两路，一路通过所述第八电阻r5接所述第一线性光耦u1的vo-端，另一路接所述第十电阻r7的一端,所述第十电阻r7的另一端与所述放大器u3的1引脚的节点输出所述第一正电压uo+，所述放大器u3的5引脚分两路，一路通过所述第十二电阻r15接所述第二线性光耦u2的vo-端，另一路通过所述第十三电阻r16接所述第二线性光耦u2的gn2端，所述放大器u3的6引脚分两路，一路通过所述第十一电阻r14接所述第二线性光耦u2的vo+端，另一路接所述第十电阻r7的一端,所述第十电阻r7的另一端与所述放大器u3的1引脚的节点输出第一正电压uo+，另一路接所述第十四电阻r17的一端,所述第十四电阻r17的另一端与所述放大器u3的7引脚的节点输出所述第二正电压uo-。
16.由上述方案可见，所述第一线性光耦u1的输出电压信号经过所述第七电阻r4、所述第八电阻r5以及所述第九电阻r6以差分的形式传输至所述u3a的输入端，所述第二线性光耦u2的输出电压信号经过所述第十一电阻r14、所述第十二电阻r15以及所述第十三电阻r16以差分的形式传输至所述u3b的输入端，根据所述第十四电阻r17的参考值，所述放大器u3的1引脚和7引脚分别输出第一正电压uo+和第二正电压uo-。
17.一个优选方案是，所述正负母线电压隔离采集电路还包括第二滤波模块，所述第二滤波模块包括第三电容c2和第四电容c12，所述第三电容c2的一端接所述第七电阻r4和所述第九电阻r6一端的节点，另一端接所述第一线性光耦u1的gn2端和所述第九电阻r6另一端的节点，所述第四电容c12的一端接所述第十二电阻r15和所述第十三电阻r16一端的节点，另一端接所述第二线性光耦u2的gn2端和所述第十三电阻r16另一端的节点。
18.由上述方案可见，所述第三电容c2对所述u3a的输入信号和所述第二电源的供电电源进行滤波，所述第四电容c12对所述u3b的输入信号和所述第二电源的供电电源进行滤波。
19.一个优选方案是，所述第一线性光耦u1和所述第二线性光耦u2的型号均为hcpl-7840。
20.一个优选方案是，所述放大器u3的型号均为tlc2272。
21.一个优选方案是，所述第一二极管d1和所述第二二极管d2的型号均为1n4148。
附图说明
22.图1是本实用新型的立体框图；
23.图2是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
24.如图1至图2所示，在本实施例中，本实用新型包括电压输入模块、第一电源1以及第二电源2，所述电压输入模块依次电连接有电压取样模块3、电压隔离模块4以及电压放大模块5，所述电压输入模块包括正母线电压6和负母线电压7，所述电压隔离模块4包括第一线性光耦u1和第二线性光耦u2，所述正母线电压6和所述负母线电压7分别通过所述电压取样模块3与所述第一线性光耦u1的vi+端和所述第二线性光耦u2的vi+端连接，所述正母线电压6和所述负母线电压7的参考点gnd1、所述第一线性光耦u1的vi-端、所述第二线性光耦u2的vi-端均与所述第一电源1共地连接，所述第一线性光耦u1的vd1端和所述第二线性光耦u2的vd1端均与所述第一电源1连接，所述电压放大模块5包括放大器u3，所述第一线性光耦u1的gn2端、所述第二线性光耦u2的gn2端、所述放大器u3的4引脚以及所述第二电源2共地连接，所述第一线性光耦u1的vd2端、所述第二线性光耦u2的vd2端以及所述放大器u3的8引脚与所述第二电源2连接，所述放大器u3的1引脚和7引脚分别输出第一正电压uo+和第二正电压uo-。
25.在本实施例中，所述电压取样模块3包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r11、第五电阻r12以及第六电阻r13，所述第一线性光耦u1的vi+端分两路，一路通过所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的串联接入所述正母线电压6，另一路通过所述第三电阻r3接地，所述第二线性光耦u2的vi+端分两路，一路通过所述第四电阻r11和所述第五电阻r12的串联接入所述负母线电压7，另一路通过所述第六电阻r13接地。
26.在本实施例中，所述正负母线电压隔离采集电路还包括第一滤波模块，所述第一滤波模块包括第一电容c1和第二电容c11，所述第一电容c1的一端接所述第二电阻r2与所述第三电阻r3的节点，所述第一电容c1的另一端接地，所述第二电容c11的一端接所述第五电阻r12与所述第六电阻r13的节点，所述第二电容c11的另一端接地。
27.在本实施例中，所述正负母线电压隔离采集电路还包括钳位模块8，所述钳位模块8设置在所述电压取样模块3和所述电压隔离模块4之间，所述钳位模块8包括第一二极管d1和第二二极管d2，所述第一二极管d1的正极接所述第一电容c1与所述第三电阻r3一端的节点，所述第一二极管d1的负极接所述第三电阻r3另一端与所述第一线性光耦u1的vi+端的节点，所述第二二极管d2的正极接所述第二线性光耦u2的vi+端与所述第六电阻r13一端的节点，所述第二二极管d2的负极接所述第二电容c11与所述第六电阻r13另一端的节点。
28.在本实施例中，所述电压放大模块5还包括第七电阻r4、第八电阻r5、第九电阻r6、第十电阻r7、第十一电阻r14、第十二电阻r15、第十三电阻r16以及第十四电阻r17，所述放大器u3的3引脚分两路，一路通过所述第七电阻r4接所述第一线性光耦u1的vo+端，另一路通过所述第九电阻r6接所述第一线性光耦u1的gn2端，所述放大器u3的2引脚分两路，一路通过所述第八电阻r5接所述第一线性光耦u1的vo-端，另一路接所述第十电阻r7的一端,所述第十电阻r7的另一端与所述放大器u3的1引脚的节点输出所述第一正电压uo+，所述放大器u3的5引脚分两路，一路通过所述第十二电阻r15接所述第二线性光耦u2的vo-端，另一路
通过所述第十三电阻r16接所述第二线性光耦u2的gn2端，所述放大器u3的6引脚分两路，一路通过所述第十一电阻r14接所述第二线性光耦u2的vo+端，另一路接所述第十电阻r7的一端,所述第十电阻r7的另一端与所述放大器u3的1引脚的节点输出第一正电压uo+，另一路接所述第十四电阻r17的一端,所述第十四电阻r17的另一端与所述放大器u3的7引脚的节点输出所述第二正电压uo-。
29.在本实施例中，所述正负母线电压隔离采集电路还包括第二滤波模块，所述第二滤波模块包括第三电容c2和第四电容c12，所述第三电容c2的一端接所述第七电阻r4和所述第九电阻r6一端的节点，另一端接所述第一线性光耦u1的gn2端和所述第九电阻r6另一端的节点，所述第四电容c12的一端接所述第十二电阻r15和所述第十三电阻r16一端的节点，另一端接所述第二线性光耦u2的gn2端和所述第十三电阻r16另一端的节点。
30.在本实施例中，所述第一线性光耦u1和所述第二线性光耦u2的型号均为hcpl-7840。
31.在本实施例中，所述放大器u3的型号均为tlc2272。
32.在本实施例中，所述第一二极管d1和所述第二二极管d2的型号均为1n4148。
33.本实用新型的工作原理：
34.所述正母线电压和所述负母线电压的参考点gnd1、所述第一线性光耦u1的vi-端、所述第二线性光耦u2的vi-端均与所述第一电源共地，共用一路辅助工作电源+5v1，辅助工作电源得到重复利用。所述第一线性光耦u1的gn2端、所述第二线性光耦u2的gn2端、所述放大器u3的4引脚以及所述第二电源共地连接，共用一路辅助工作电源+5v2；
35.所述正母线电压+400v通过所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的降压，再经过所述第三电阻r3的分压得到正极性弱电压信号（电压值根据线性光耦输入量程确定）接入所述第一线性光耦u1的vi+输入端，所述负母线电压-400v通过第四电阻r11和第五电阻r12的降压，再经过所述第六电阻r13的分压得到负极性弱信号（电压值根据线性光耦输入量程确定）接入所述第二线性光耦u2的vi+输入端；
36.所述第一电容c1对所述第一线性光耦u1的输入信号进行滤波，所述第二电容c11对所述第二线性光耦u2的输入信号进行滤波；
37.所述第一二极管d1的正极接所述第一电容c1与所述第三电阻r3一端的节点，所述第一二极管d1的负极接所述第三电阻r3另一端与所述第一线性光耦u1的vi+端的节点，所述第二二极管d2的正极接所述第二线性光耦u2的vi+端与所述第六电阻r13一端的节点，所述第二二极管d2的负极接所述第二电容c11与所述第六电阻r13另一端的节点，为所述正负母线电压隔离采集电路提供电路保护；
38.所述第一线性光耦u1的输出电压信号经过所述第七电阻r4、所述第八电阻r5以及所述第九电阻r6以差分的形式传输至所述u3a的输入端，所述第二线性光耦u2的输出电压信号经过所述第十一电阻r14、所述第十二电阻r15以及所述第十三电阻r16以差分的形式传输至所述u3b的输入端；
39.所述第三电容c2对所述u3a的输入信号和所述第二电源的供电电源进行滤波，所述第四电容c12对所述u3b的输入信号和所述第二电源的供电电源进行滤波；
40.所述第一线性光耦u1副边输出的vo+、vo-差分电压直接接入所述放大器u3的正负输入端，所述放大器u3包括u3a和u3b，所述u3a输出得到与所述正母线电压成正比的隔离采
样的所述第一正电压uo+，所述第二线性光耦u2副边输出的vo+、vo-差分电压反接所述u3b的正负输入端，所述u3b输出得到与所述负母线电压成正比的隔离采样的所述第二正电压uo-。