一种基于分流分压和隔离放大的高电流高电压调理电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种测量电路，更具体一点说，涉及一种基于分流分压和隔离放大的高电流高电压调理电路，属于交流、直流高电流、高电压测量电路领域。


背景技术：

2.与普通的信号采集测量相比，高电压测量具有更多难点，这些难点主要表现在：测量点往往处于高电压、强磁场环境中，待测电压幅值大。为了确保测量人员与测量仪器的安全，使用电压互感器将高电压与电气工作人员和二次设备隔离。按电压变换原理电压互感器可以分为：电磁式、电容式。
3.电磁式电压互感器根据电磁感应原理进行电压转换，电压转换原理以及组成结构和变压器完全相似，主要由一、二次线圈、铁芯和绝缘组成。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，就可组成不同电压比的电压互感器。电容式电压互感器根据串联电容分压原理转换电压，由电容分压器和电磁式电压互感器共同组成，先经电容分压后再通过电磁互感器，转变成低电压。
4.目前，电力系统中现有高电压、高电流测量电路，都是基于电压互感器进行测量。如图1所示，互感器的作用，就是将交流电压和大电流或者直流电压和大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值，便于仪表直接测量，同时为二次侧的其他装置提供电源。虽然，互感器可以很方便的将高电压降到合适的测量范围内，但现有技术中的电压互感器，无论是电磁式还是电容式，都可能出现单相接地故障或者铁磁谐振、铁芯磁饱和问题。从而导致绝缘层加速老化，出现绝缘击穿，形成互感器一次侧绕组发生匝间短路，甚至发生热膨胀爆炸等问题。上述原因造成的电压互感器损坏现象在电力系统中经常出现，再者电压互感器体积比较大，对于空间有限的测量应用场景来说，互感器的使用并非首选。互感器绝缘结构复杂，固有的磁饱和问题导致输出波形失真，响应速度低、频带窄(一般为700hz以下)。并且在测量交流电压、电流时，由于交流高电压、高电流的频率并不恒定，也会导致输出二次电压或电流误差变大。
5.在电压低于1kv、电流低于10a时，可以直接使用万用表测量电压和电流，如果测量的电压超过1kv，万用表内部测量电路可能会被损坏，元器件有可能被击穿，万用表的外壳并不能有效的接地，这时在测量电压时，会对人体产生伤害。万用表测量电流的一个缺陷，就是其内部的分流器会造成回路上的电压损耗，从而减小被测件的电压，在一些极端情况下，甚至会造成系统出现故障。万用表测量电压、电流时，只记录测量电压、电流信号的有效值，无法查看电流、电压的实时信号。万用表测量虽然操作简单，但并不能直观地实时查看信号。
6.因此，针对上述问题，研发一种新的方案，实现在单相分压测量时，克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。


技术实现要素：

7.为了解决上述现有技术问题，本实用新型提供具有精简电路结构、使应用场景更广泛、测量频带宽、信号抗干扰性强、可远距离传输、操作人员安全有保证等技术特点的一种基于分流分压和隔离放大的高电流高电压调理电路。
8.为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
9.一种基于分流分压和隔离放大的高电流高电压调理电路，包括依次电性连接的分流器、分压器、过压、过流保护电路、隔离运放电路，所述分流器和分压器还电性连接有两个香蕉插头，所述隔离运放电路电性连接有低侧供电电路，所述隔离运放电路能够输出差分信号。
10.分压器，是指由高压臂和低压臂组成的转换装置。被测高电压作用于整个装置，输出电压从低压臂引出，高、低压臂的元件通常为电阻、电容或两者的组合。用于电力系统及电气、电子设备制造部门测量工频交流高电压和直流高电压；分流器,是一种用于测量交流和直流电流，也称为电流表分流器或电流分流电阻器，根据电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成。
11.优选的，所述隔离运放电路包括内部集成的dc/dc转换电路、运算放大器。
12.优选的，所述隔离运放电路具有2倍增益，差分信号输出后能够满足后续测量电路直接使用，不需要二次放大。
13.优选的，所述隔离运放电路最大可承受4.25kv的隔离电压1分钟内不损坏芯片，很适合常见2000v以内高电压的测量。
14.优选的，所述香蕉插头规格为4mm，两个香蕉插头输入接口分别采用红色、黑色进行区分。
15.优选的，针对需要测量高电压电路，所述运算放大器为u1，为增强型隔离运算放大器，包括10m分压电阻r1、10m分压电阻r2、10k采样电阻r4、保护管d1、0.01uf滤波电容c4、0.1uf电容c1、0.1uf电容c2、0.1uf电容c6、1uf/16v 电容c3、1uf/16v电容c8、1000pf电容c5、1000pf电容c7、1000pf电容c9、 10uf/6.3v电容c10，端子j1为红色4mm香蕉插头并且连接至r2的1脚，r2 的2脚连接保护管d1的1脚、c4的1脚、r4的1脚和u1的6脚；c4的2脚、 r4的2脚、d1的2脚均连接到r1的1脚和u1的7脚；r1的2脚连接到j3黑色4mm香蕉插头，c3、c5的1脚均连接到u1的1脚，c3、c5的2脚均连接到 u1的2脚，c1的1脚连接到u1的2脚，c1的2脚连接到u1的3脚，c6、c7 的1脚连接到u1的5脚，c6、c7的2脚连接到u1的8脚，c8、c9、c10的1 脚连接到u1的12脚，c8、c9、c10的2脚连接到u1的9脚，c2的1脚连接到 u1的15脚，c2的2脚连接到u1的16脚。
16.优选的，针对需要测量高电流电路，所述运算放大器为u1，为增强型隔离运算放大器，包括保护热敏电阻r2，电流采样电阻r4、电流采样电阻r9、10欧姆r1、10欧姆r3、8200pf电容c10、0.01uf滤波电容c4、0.1uf电容c1、0.1uf电容c2、0.1uf电容c5，1uf/16v电容c3、1uf/16v电容c7，1000pf电容c4、1000pf 电容c6、1000pf电容c8、10uf/6.3v电容c9；
17.端子j1为红色4mm香蕉插头并且连接至压敏电阻r2的1脚，r2的2脚连接r1的 1脚以及r4的1脚，r4的2脚连接到r3的1脚和j3黑色4mm香蕉插头，r1的2脚连接到c10的1脚和u1的6脚，r3的2脚连接到c10的2脚和u1的7脚，c3、c4的1脚均连接到u1的1脚，c3、c4的2脚均连接到u1的2脚，c1的1脚连接到u1的2脚，c1的2 脚连接到u1的3脚，c6、c5的1脚均连接到u1的
5脚，c6、c5的2脚均连接到u1的8 脚，c8、c9、c7的1脚均连接到u1的12脚，c8、c9、c7的2脚均连接到u1的9脚， c2的1脚连接到u1的15脚，c2的2脚连接到u1的16脚。
18.优选的，所述低侧供电电路包括ldo电压转换芯片，所述ldo电压转换芯片为u2，u2包括分压电阻r5、分压电阻r6、分压电阻r7、容值为10uf/6.3v的滤波电容c11，r5、r6、r7的阻值分别为20k、10k、1k，低侧电源输入到电源芯片u2， u2的1脚、2脚均连接到u1的12脚、c11的1脚和r5的1脚，u2的3脚分连接到r5的2 脚、r6的1脚，r6的2脚连接到r7的1脚，r7的2脚连接到c11的2脚至信号地，u2 的4脚、u2的5脚均连接至信号地。
19.有益效果：只需低压侧小电压供电，电路即可正常工作，电路结构简单，强电弱电完全隔离；电路简化后模块体积更小，携带方便，可使用场景多样化；电路即使在高频输入时，信号还原性好、抗干扰强，测量频带可达到mhz级。
附图说明
20.图1是现有技术中高电压、高电流测量电路结构示意图。
21.图2是本实用新型测量电路结构示意图。
22.图3是本实用新型一种具体的过压保护电路实施例。
23.图4是本实用新型一种具体的过流保护电路实施例。
24.图5是本实用新型低侧供电电路结构示意图。
具体实施方式
25.以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
26.如图1-5所示为基于分流分压和隔离放大的高电流高电压调理电路的具体实施例，该实施例基于分流分压和隔离放大的高电流高电压调理电路，包括依次电性连接的分流器、分压器、过压、过流保护电路、隔离运放电路，所述分流器和分压器还电性连接有两个香蕉插头，所述隔离运放电路电性连接有低侧供电电路，所述隔离运放电路能够输出差分信号。
27.分压器，是指由高压臂和低压臂组成的转换装置。被测高电压作用于整个装置，输出电压从低压臂引出，高、低压臂的元件通常为电阻、电容或两者的组合。用于电力系统及电气、电子设备制造部门测量工频交流高电压和直流高电压；分流器,是一种用于测量交流和直流电流，也称为电流表分流器或电流分流电阻器，根据电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成。
28.如图2所示，采用分流器、分压器加一个隔离运放的电路形式测量高电流、高电压，该电路还具有过压保护、过流保护功能。隔离运放内部集成dc/dc转换电路，只需低压侧供电电路就能正常。由低压侧供电的模式，电源供电稳定，不受高压侧的电流大小和电压高低的影响。增强型隔离运放电路差分信号输出，抗干扰性好，可进行远距离传输。隔离运放具有固定的2倍增益，差分信号输出后，满足模数转换器输入要求，不需要二次放大。如果模数转换器为单端输入时，可以将差分信号转换为单端信号，单端信号同样不需要二次放大就可以满足模数转换器输入范围要求。分压器的分布电感和分布电容都很小，在高频电压、电流输入时，信号还能保持较好的还原性。隔离运放最大可承受4.25kv的隔离电压1分钟内不
损坏芯片，很适合常见2000v以内高电压的测量。4mm香蕉插头输入接口采用红黑两色进行区分，操作时更直观。香蕉插头连接端子绝缘性好，连接更牢固，连接更安全。本发明电路内设置保护电路，一旦电路发生异常，ptc、压敏电阻可以快速动作，保证操作人员的人身安全。
29.优选的一种具体实施例，所述隔离运放电路包括内部集成的dc/dc转换电路、运算放大器。
30.优选的一种具体实施例，所述隔离运放电路最大可承受4.25kv的隔离电压 1分钟内不损坏芯片，很适合常见2000v以内高电压的测量。
31.优选的一种具体实施例，所述香蕉插头规格为4mm，两个香蕉插头输入接口分别采用红色、黑色进行区分。
32.优选的一种具体实施例，如图3所示，针对需要测量高电压电路，所述运算放大器为u1，为增强型隔离运算放大器，包括10m分压电阻r1、10m分压电阻r2、10k采样电阻r4、保护管d1、0.01uf滤波电容c4、0.1uf电容c1、0.1uf 电容c2、0.1uf电容c6、1uf/16v电容c3、1uf/16v电容c8、1000pf电容c5、 1000pf电容c7、1000pf电容c9、10uf/6.3v电容c10，端子j1为红色4mm香蕉插头并且连接至r2的1脚，r2的2脚连接保护管d1的1脚、c4的1脚、r4 的1脚和u1的6脚；c4的2脚、r4的2脚、d1的2脚均连接到r1的1脚和u1的7脚；r1的2脚连接到j3黑色4mm香蕉插头，c3、c5的1脚均连接到u1 的1脚，c3、c5的2脚均连接到u1的2脚，c1的1脚连接到u1的2脚，c1的 2脚连接到u1的3脚，c6、c7的1脚连接到u1的5脚，c6、c7的2脚连接到 u1的8脚，c8、c9、c10的1脚连接到u1的12脚，c8、c9、c10的2脚连接到 u1的9脚，c2的1脚连接到u1的15脚，c2的2脚连接到u1的16脚。
33.优选的一种具体实施例，如图4所示，针对需要测量高电流电路，所述运算放大器为u1，为增强型隔离运算放大器，包括保护热敏电阻r2，电流采样电阻r4、电流采样电阻r9、10欧姆r1、10欧姆r3、8200pf电容c10、0.01uf滤波电容c4、0.1uf电容c1、0.1uf电容c2、0.1uf电容c5，1uf/16v电容c3、 1uf/16v电容c7，1000pf电容c4、1000pf电容c6、1000pf电容c8、10uf/6.3v 电容c9；
34.端子j1为红色4mm香蕉插头并且连接至压敏电阻r2的1脚，r2的2脚连接r1的 1脚以及r4的1脚，r4的2脚连接到r3的1脚和j3黑色4mm香蕉插头，r1的2脚连接到c10的1脚和u1的6脚，r3的2脚连接到c10的2脚和u1的7脚，c3、c4的1脚均连接到u1的1脚，c3、c4的2脚均连接到u1的2脚，c1的1脚连接到u1的2脚，c1的2 脚连接到u1的3脚，c6、c5的1脚均连接到u1的5脚，c6、c5的2脚均连接到u1的8 脚，c8、c9、c7的1脚均连接到u1的12脚，c8、c9、c7的2脚均连接到u1的9脚， c2的1脚连接到u1的15脚，c2的2脚连接到u1的16脚。
35.优选的，所述低侧供电电路包括ldo电压转换芯片，所述ldo电压转换芯片为u2，u2包括分压电阻r5、分压电阻r6、分压电阻r7、容值为10uf/6.3v的滤波电容c11，r5、r6、r7的阻值分别为20k、10k、1k，低侧电源输入到电源芯片u2， u2的1脚、2脚均连接到u1的12脚、c11的1脚和r5的1脚，u2的3脚分连接到r5的2 脚、r6的1脚，r6的2脚连接到r7的1脚，r7的2脚连接到c11的2脚至信号地，u2 的4脚、u2的5脚均连接至信号地。
36.最后，需要注意的是，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。