[發明專利]一種用于輸出功率控制的交流電壓采樣電路及其設計方法

有效

• 申請號: 202010088867.2
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN111141949B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 王念春;崔熠凡;彭斌
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25;G01R15/04;G01R15/22
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

1.一種用于輸出功率控制的交流電壓采樣電路設計方法，其特征在于：包括如下設計步驟：

(1)建立交流分壓電路，包括電阻R4和電阻R6，交流輸入電壓連接到電阻R4再通過電阻R6連接到地線GND，通過改變電阻R4和電阻R6的阻值能夠改變交流輸入電壓經分壓后的電壓大小；設定經交流分壓電路得到的電壓大小為V₁，經交流分壓電路得到的電壓V₁與交流輸入電壓V_in的關系為：

(2)建立二階帶通有源濾波電路，包括電阻R3、電阻R5、電阻R9，電容C1、電容C3、電容C4以及運放芯片OA1；交流分壓電路的輸出電壓連接到電阻R5再通過電容C3連接到運放芯片OA1的負極輸入端；電阻R9的一端連接到電阻R5與電容C3的中心點，另一端連接到地線GND；運放芯片OA1的輸出端通過電容C1和電阻R3分別連接到電阻R5與電容C3的中心點以及運放芯片OA1的負極輸入端；正電源VCC通過電阻R12、R15分壓后連接到運放芯片OA1的正極輸入端，再通過電容C4連接到地線GND；運放芯片OA1的正負供電端分別連接到正電壓VCC和地線GND；令C1＝C3＝C，R_eq是R1和R2并聯的值，BW代表濾波電路的頻帶寬度，f_c代表設定的中心頻率，設定Q代表品質因數，那么便得到如下公式：

(3)建立高精度全波整流器電路，包括電阻R1、電阻R2、電阻R7，二極管D1、二極管D2，電容C2以及運放芯片OA2、OA3；二階帶通有源濾波電路的輸出端連接到運放芯片OA2的正極輸入端，其負極輸入端通過二極管D1和電容C2并聯以及電阻R1連接到輸出端和運放芯片OA3的負極輸入端，其輸出端再通過二極管D2連接到運放芯片OA3的正極輸入端；運放芯片OA3的負極輸入端通過電阻R2連接到其輸出端，其正極輸入端則通過電阻R7連接到地線R7；運放芯片OA2、OA3的正負供電端分別連接到正電壓VCC和地線GND；設定高精度全波整流器電路的輸入電壓為V₂，輸出電壓為V₃；

1)選擇正輸入信號的增益：

2)選擇負輸入信號的增益：

3)選擇R1、R2、R7具有相同的電阻值：

R₁＝R₂＝R₇；

4)基于所需的瞬態響應選擇C2；

(4)建立比較器電路，包括穩壓芯片、運放芯片OA4、電阻R11、電阻R13、電阻R16，穩壓芯片與電阻R11、電阻R13、電阻R16用以產生精準穩定的直流電壓，該直流電壓連接到運放芯片OA4的負極電壓輸入端；高精度全波整流器電路的輸出端連接到運放芯片OA4的正極電壓輸入端；設定運放芯片正極輸入電壓為V_p，負極輸入電壓為V_n，穩壓芯片的輸出電壓與運放芯片負極輸入電壓關系為：

設定運放芯片OA4的輸出波形的占空比為D，該占空比與運放芯片正極輸入電壓以及負極輸入電壓的關系為：

(5)建立隔離采樣電路，其中隔離電路部分包括隔離光耦，電阻R10、電阻R14、電阻R8，比較器電路的輸出端通過電阻R10與隔離光耦的第一端口連接，隔離光耦的第二端口通過電阻R14接GND，隔離光耦的第三端口通過電阻R8連接電源，隔離光耦的第四端口接SGND；

(6)通過步驟(1)到步驟(4)提供的公式和方法，得到占空比D與交流輸入電壓值的關系為：

(7)當交流輸入電壓發生變化時，運放芯片OA4輸出的電壓方波信號的占空比也隨之變化，通過控制芯片內部的eCAP模塊對該占空比進行測量，并通過步驟(6)提供的公式和方法計算出交流輸入電壓值。

2.根據權利要求1所述的一種用于輸出功率控制的交流電壓采樣電路設計方法，其特征在于：運放芯片OA1為雙路高速低噪聲運算放大器，其型號為MC33078；運放芯片OA2、OA3為二路低噪聲高速JFET輸入運算放大器，其型號為TLE2072；運放芯片OA4為低功耗雙運算放大器，其型號為LM258。