[發明專利]一種高頻電壓精密隔離放大器

有效

• 申請號: 202010784175.1
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN112098703B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 周新華;黃啟宇;周署根
• 申請（專利權）人: 長沙天恒測控技術有限公司
• 主分類號: G01R15/18
• 分類號: G01R15/18
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 黃海波

本發明公開了一種高頻電壓精密隔離放大器，包括鐵芯、共同繞制在所述鐵芯上的初級繞組N1和次級繞組N2，所述初級繞組N1兩端加載初級電壓U1，次級繞組N2的感應電壓經放大后向外輸出負荷電壓U2；還包括：負反饋檢測電路，所述負反饋檢測電路的輸入端繞制在鐵芯的一端，用于獲得相應的誤差電壓U3并轉換為直流的反饋電壓U5；誤差補償電路，所述誤差補償電路的輸入端同時接收所述反饋電壓U5和負荷電壓U2，輸出端繞制在所述鐵芯的另一端，用于根據所述反饋電壓U5和負荷電壓U2輸出相應的補償電壓U6以降低所述鐵芯的工作點，進而減少所述誤差電壓U3。本發明保證了輸出電壓幅值的精度，提高了高頻電壓精密隔離放大器的轉換精度，達到了精密隔離放大的效果。

技術領域

本發明涉及精密測量領域，特別地，涉及一種高頻電壓精密隔離放大器。

背景技術

在精密測量領域，高頻精密隔離放大器用于實現高頻正弦信號的電氣隔離，理想的隔離放大器具有等幅值、零相移的特性。采用電磁隔離是最常用的方法，其原理與變壓器原理一致，電壓變壓器誤差大致與鐵芯材料的磁導率成反比的關系，在高頻應用領域(比如高于20kHz)，常用的鐵芯材料為鐵氧體(通常為幾千)，其磁導率遠低于常用的低頻鐵芯材料坡莫合金(可高達數十萬)，因此，低頻時實現高達0.001級的電壓互感器，而在高頻0.01級的電壓隔離變壓器都很難。

常用電壓隔離放大器，如下圖1所示，當高頻電壓U1從繞在鐵心上的初級繞組進入時，根據電磁感應定律，會在次級繞組上產生一個感應電動勢U2，且U2＝(N2/N1)*U1，只要適當調節匝數N1和N2，就可以實現對電壓U1的放大衰減，因為初級和次級之間沒有直接的電氣連接，所以也達到了隔離的目的。

上述電壓隔離放大器通過設置初、次級匝數，能實現隔離放大的基本功能，但由于高頻鐵心相對于低頻鐵芯磁導率低、磁滯損耗大，大大降低了輸出信號U2的準確度。此外，由于鐵芯的磁導率隨頻率變化，因此，電壓隔離放大器不能用于精密的高頻隔離放大器制作，更不能用于寬頻率范圍的精密高頻隔離放大應用。

發明內容

本發明提供了一種高頻電壓精密隔離放大器，以解決現有電壓隔離放大器不能實現高頻電壓精密隔離放大的技術問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種高頻電壓精密隔離放大器，包括鐵芯、共同繞制在所述鐵芯上的初級繞組N1和次級繞組N2，所述初級繞組N1的兩端加載初級電壓U1，次級繞組N2的感應電壓經放大后向外輸出負荷電壓U2；還包括：

負反饋檢測電路，所述負反饋檢測電路的輸入端繞制在所述鐵芯的一端，用于在鐵芯因損耗不工作在零磁通狀態時獲得相應的誤差電壓U3并轉換為直流的反饋電壓U5；

誤差補償電路，所述誤差補償電路的輸入端同時接收所述反饋電壓U5和負荷電壓U2，輸出端繞制在所述鐵芯的另一端，用于根據所述反饋電壓U5和負荷電壓U2輸出相應的補償電壓U6以降低所述鐵芯的工作點，進而減少所述誤差電壓U3。

進一步地，所述的鐵芯包括第一鐵芯和第二鐵芯，所述第一鐵芯和第二鐵芯在長度方向上部分重疊。

進一步地，所述初級繞組N1和次級繞組N2共同繞制在所述第一鐵芯和第二鐵芯重疊部分；

所述負反饋檢測電路的輸入端繞制在所述第一鐵芯上，用于在鐵芯因損耗不工作在零磁通狀態時獲得相應的誤差電壓U3并轉換為直流的反饋電壓U5；

所述誤差補償電路的輸出端繞制在所述第二鐵芯上，用于根據所述直流的反饋電壓U5和負荷電壓U2輸出相應的補償電壓U6以降低所述第一鐵芯的工作點，進而減少所述誤差電壓U3。

進一步地，所述次級繞組N2的感應電壓經高速運算放大電路放大后向外輸出負荷電壓U2。