專利名稱：一種直流電壓采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力電子設(shè)備，特別是關(guān)于一種適用于高電壓、懸浮電位 的直流電壓采集裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上的直流電壓采集一般采用電阻分壓、電容分壓、電壓霍爾采集等措施。 采用電壓霍爾采集的優(yōu)點(diǎn)是采集快速準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是造價(jià)高，需要額外提供電源，在 電位懸浮的場(chǎng)合絕緣很難保證；電阻分壓和電容分壓的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉， 缺點(diǎn)是直接將高電位無隔離地引入采集系統(tǒng)，無法用于懸浮電位系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提出一種適用于高電壓和懸浮電位的直流 電壓采集裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案它包括隔離運(yùn)放、分壓模塊、 電壓采集模塊、電壓保護(hù)模塊、電源模塊、變比調(diào)節(jié)模塊、限壓模塊和濾波模塊； 所述電壓采集模塊和所述電壓保護(hù)模塊并聯(lián)接在電壓正極和電壓負(fù)極之間，并與所 述分壓模塊串聯(lián)后接入所述隔離運(yùn)放；所述電源模塊單獨(dú)接入所述隔離運(yùn)放；所述 變比調(diào)節(jié)模塊直接接入所述隔離運(yùn)放并形成封閉回路；所述隔離運(yùn)放的輸出接所述 濾波模塊；所述濾波模塊接下一級(jí)電路；所述限壓模塊接在所述隔離運(yùn)放和高電位 之間。
所述分壓模塊由若干可調(diào)電阻串聯(lián)組成。
所述電壓采集模塊由 一 電容與若干可調(diào)電阻并聯(lián)組成。
所述電壓保護(hù)模塊為一 TVS管。
所述變比調(diào)節(jié)模塊為變比調(diào)節(jié)器和電位器的其中一種。 所述濾波模塊由 一 電阻與兩個(gè)并聯(lián)電容串聯(lián)組成。
所述限壓模塊由一電容與一電阻并聯(lián)組成，所述電容為一高壓瓷片電容器，所 述電阻為一壓敏電阻。
本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新 型由于采用了多個(gè)分壓電阻，因此適應(yīng)性強(qiáng)，可以在不對(duì)裝置的整體結(jié)構(gòu)做任何改 變的情況下，只改變分壓電阻的阻值，使其適用于不同的電壓等級(jí)。2、由于本實(shí) 用新型將由變比調(diào)節(jié)器或電位器組成的變比調(diào)節(jié)模塊接入隔離運(yùn)放，因此可以通過
3調(diào)整變比調(diào)節(jié)器或電位器，改變隔離運(yùn)放的輸出電壓使其適用于不同的模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路。3、本實(shí)用新型由于嵌入了一個(gè)由壓敏電阻組成的限壓電路，解決了采樣部分
電位懸浮的問題，把采集裝置與高電位之間的電位差限定在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。4、
本實(shí)用新型由于采用隔離運(yùn)放的響應(yīng)時(shí)間是微秒級(jí)別的，因此受噪聲影響小，能夠 消除高壓側(cè)和裝置本身的噪聲對(duì)采樣精度的影響。本實(shí)用新型可以廣泛用于應(yīng)用于 各級(jí)電壓的采集。

圖1是本實(shí)用新型電路的模塊結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中限壓模塊的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
本實(shí)用新型的基本設(shè)計(jì)思想就是利用隔離運(yùn)放隔離等級(jí)高、線性度好、響應(yīng)迅 速等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一種不僅適用于高電壓和懸浮電位場(chǎng)合，而且穩(wěn)定性高、變比可調(diào) 的直流電壓采集裝置。
如圖1所示，本實(shí)用新型包括一隔離運(yùn)放U1、分壓模塊、電壓采集模塊、電壓 保護(hù)模塊、電源模塊、變比調(diào)節(jié)模塊、限壓模塊和濾波模塊。隔離運(yùn)放Ul是本實(shí)
用新型的主體，也是整個(gè)發(fā)明的核心部分。本實(shí)用新型的各模塊與隔離運(yùn)放m的
連接方式是電壓采集模塊和電壓保護(hù)模塊并聯(lián)接在電壓正極(Vdcin+)和電壓負(fù) 極(Vdcin-)之間，并與分壓模塊串聯(lián)后接入隔離運(yùn)放U1，且分壓模塊接電壓正極 (Vdcin+)。因此隔離運(yùn)放U1采集的是電源采集模塊兩端的電壓，這樣直流電壓通 過分壓模塊以及電壓采集模塊分壓之后進(jìn)入隔離運(yùn)放Ul，通過改變的分壓模塊或者 電壓采集模塊的阻值，可以在不對(duì)裝置的整體結(jié)構(gòu)做任何改變的情況下，使其適用 于不同的電壓等級(jí)。電壓保護(hù)模塊是防止電壓采集模塊兩端的電壓超過其限定的范 圍，起到保護(hù)隔離運(yùn)放U1的作用。電源模塊單獨(dú)接入隔離運(yùn)放U1，為隔離運(yùn)放U1 提供5V電源。變比調(diào)節(jié)模塊包括一變比調(diào)節(jié)器或一電位器，它直接接入隔離運(yùn)放 Ul并形成封閉回路，通過調(diào)節(jié)變比調(diào)節(jié)器或電位器，可以對(duì)隔離運(yùn)放U1的變比進(jìn) 行無級(jí)調(diào)整，以達(dá)到測(cè)量精度和測(cè)量范圍之間的平衡，如果經(jīng)分壓模塊和電壓采集 模塊分壓后的電阻值在0 — 10V之間，那么隔離運(yùn)放U1的輸出電壓范圍可以在0 — 10V之間進(jìn)行無級(jí)調(diào)整。由于本實(shí)用新型裝置運(yùn)行于高電位，為了解決電位懸浮可 能造成隔離運(yùn)放U1擊穿，將一限壓模塊接入隔離運(yùn)放U1與高電位之間，它的作用 是吸收積累的靜電電荷，當(dāng)積累的電荷電壓到達(dá)一定紙的時(shí)候在將電荷泄放掉，這樣隔離運(yùn)放Ul與高電位之間的電位差始終不會(huì)高于限壓電路所限定的閾值。隔離
運(yùn)放U1的輸出接濾波模塊，輸出信號(hào)(Vdc)經(jīng)過濾波模塊濾除控制電路側(cè)的噪聲 后提供給下一級(jí)電路，這樣隔離運(yùn)放U1就完成了高電壓輸入(Vdcin)與低壓輸出 (Vdc)的線性隔離。
如圖2所示，是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中的直流電壓采集裝置包 括一隔離運(yùn)放Ul，分壓模塊包括可調(diào)電阻Rl、 R2、 R3、 R4、 R5，電壓采集模塊包 括可調(diào)電阻R6、 R7和電容C1，電壓保護(hù)模塊為一TVS管T1，電源模塊為C2，變比 調(diào)節(jié)模塊為一變比調(diào)節(jié)器R8，限壓模塊包括電阻R9和電容C3，濾波模塊包括電阻 R10和電容C4、 C5。隔離運(yùn)放U1的管腳定義如下l腳是輸入電壓正極(Vdcin+)， 2腳是輸入電壓負(fù)極(Vdcin-)， 3腳是電源正極，4腳是電源地，8腳是輸出地，9、 IO腳是調(diào)節(jié)電位器接口， ll腳是輸出信號(hào)(Vdc)。各電子元件與各個(gè)管腳的具體連 接方式是R6、 R7、 Tl和Cl并聯(lián)接入1、 2腳，且R6、 R7、 Tl和Cl并聯(lián)后與Rl、 R2、 R3、 R4、 R5串聯(lián)接入l腳，因此隔離運(yùn)放Ul采集的是R6、 R7和C1兩端的電 壓，通過改變的R1、 R2、 R3、 R4、 R5以及R6、 R7的阻值，可以在不對(duì)裝置的整 體結(jié)構(gòu)做任何改變的情況下，使其適用于不同的電壓等級(jí)。Tl起到保護(hù)作用，防止 1、 2腳兩端的電壓高于IOV。 3、 4腳之間內(nèi)嵌電源C2，為隔離運(yùn)放U1提供5V電 源，其中3腳接電源正極，4腳接電源負(fù)極并接入地。變比調(diào)節(jié)器R8接入9、 10腳， 經(jīng)過電阻分壓后的電壓值可以在0 — 10V之間，通過調(diào)節(jié)9、 IO管腳之間的變比調(diào) 節(jié)器R8，可以對(duì)隔離運(yùn)放U1的變比進(jìn)行無級(jí)調(diào)整，以達(dá)到測(cè)量精度與測(cè)量范圍之 間的平衡，隔離運(yùn)放U1的輸出電壓范圍可以在0 — 10V之間無級(jí)調(diào)整。隔離運(yùn)放U1 的11腳輸出信號(hào)(Vdc)經(jīng)過R10與C4、 C5并聯(lián)后接地而成的電容器組串聯(lián)組成 的RC濾波電路濾波之后提供給下一級(jí)電路，此處RC濾除的是控制電路側(cè)的噪聲， 這樣U1就完成了高電壓輸入(Vdcin)與低壓輸出(Vdc)的線性隔離。
如圖3所示，由于此直流電壓采集裝置運(yùn)行于高電位，為了解決電位懸浮可能 造成的隔離運(yùn)放Ul擊穿，在隔離運(yùn)放Ul的8腳和高電位之間接入一限壓電路，由 電容C3和電阻R9的并聯(lián)后一端接入8腳與高電位之間，另一端接地。C3的作用是 吸收板上積累的靜電電荷，當(dāng)C3上積累的電壓達(dá)到一定值的時(shí)候，R9擊穿，將C3 上的電荷瀉放掉，這樣，U1與高電位之間的電位差始終不會(huì)高于R9的動(dòng)作閾值。 其中C3為一陶瓷電容器，R9為一壓敏電阻。
由于直流母線電壓變化緩慢，本實(shí)用新型所用的U1的響應(yīng)時(shí)間為lms，價(jià)格在 百元以內(nèi)，所以這個(gè)選擇的好處就是在滿足采樣時(shí)間要求的同時(shí)還降低了成本，而 且由于高壓側(cè)的噪聲的寬度都是微秒級(jí)別的，本實(shí)用新型還有效的隔離了高壓側(cè)的噪聲。
對(duì)于本文提出的直流電壓采集方案，通過U1和壓敏電阻的應(yīng)用，解決了高電壓 等級(jí)采樣和電位懸浮的問題，可以擴(kuò)展到其他的應(yīng)用場(chǎng)合，如高壓交流采樣，同傳 統(tǒng)的直流采樣方法相比，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是明顯的。
以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，任何基于本實(shí)用新型的等效變換，均不應(yīng) 排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求1、 一種直流電壓采集裝置，其特征在于它包括隔離運(yùn)放、分壓模塊、電壓 采集模塊、電壓保護(hù)模塊、電源模塊、變比調(diào)節(jié)模塊、限壓模塊和濾波模塊；所述 電壓采集模塊和所述電壓保護(hù)模塊并聯(lián)接在電壓正極和電壓負(fù)極之間，并與所述分 壓模塊串聯(lián)后接入所述隔離運(yùn)放；所述電源模塊單獨(dú)接入所述隔離運(yùn)放；所述變比 調(diào)節(jié)模塊直接接入所述隔離運(yùn)放并形成封閉回路；所述隔離運(yùn)放的輸出接所述濾波 模塊；所述濾波模塊接下一級(jí)電路；所述限壓模塊接在所述隔離運(yùn)放和高電位之間。
2、 如權(quán)利要求l所述一種的直流電壓采集裝置，其特征在于所述分壓模塊 由若干可調(diào)電阻串聯(lián)組成。
3、 如權(quán)利要求l所述一種的直流電壓采集裝置，其特征在于所述電壓采集 模塊由一電容與若干可調(diào)電阻并聯(lián)組成。
4、 如權(quán)利要求1所述一種直流電壓采集裝置，其特征在于所述電壓保護(hù)模 塊為一TVS管。
5、 如權(quán)利要求l所述一種直流電壓采集裝置，其特征在于所述變比調(diào)節(jié)模 塊為變比調(diào)節(jié)器和電位器的其中一種。
6、 如權(quán)利要求1所述一種直流電壓采集裝置，其特征在于所述濾波模塊由 一電阻與兩個(gè)并聯(lián)電容串聯(lián)組成。
7、 如權(quán)利要求1所述一種直流電壓采集裝置，其特征在于所述限壓模塊由 一電容與一電阻并聯(lián)組成，所述電容為一高壓瓷片電容器，所述電阻為一壓敏電阻。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于隔離運(yùn)放的直流電壓采集裝置，它包括隔離運(yùn)放、分壓模塊、電壓采集模塊、電壓保護(hù)模塊、電源模塊、變比調(diào)節(jié)模塊、限壓模塊和濾波模塊；所述電壓采集模塊和所述電壓保護(hù)模塊并聯(lián)接在電壓正極和電壓負(fù)極之間，并與所述分壓模塊串聯(lián)后接入所述隔離運(yùn)放；所述電源模塊單獨(dú)接入所述隔離運(yùn)放；所述變比調(diào)節(jié)模塊直接接入所述隔離運(yùn)放并形成封閉回路；所述隔離運(yùn)放的輸出接所述濾波模塊；所述濾波模塊接下一級(jí)電路；所述限壓模塊接在所述隔離運(yùn)放和高電位之間。本實(shí)用新型不僅適合于高電壓和懸浮電位場(chǎng)合，而且穩(wěn)定性高、變比可調(diào)，可廣泛應(yīng)用于各級(jí)電壓的采集。
文檔編號(hào)G01R19/25GK201156730SQ20082007896
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日
發(fā)明者劉亞萍, 李奇睿, 平 荊, 蔣曉春, 波 趙, 趙國亮, 趙小英, 鄧占鋒 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院