[實用新型]一種電壓模擬量信號隔離差分采集電路結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202022148638.3
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN212965147U
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 陳安武;周龍;白洪超
• 申請（專利權）人: 青島艾諾智能儀器有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25;G01R1/20;H03F3/45
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻;孟繁修

本實用新型涉及一種電壓模擬量信號隔離差分采集電路結構，包括：依次電連接的分壓電路、差分電路、隔離電路、電壓調(diào)整電路，所述的分壓電路用于得到小信號電壓，所述的差分電路用于減少共模信號干擾，所述的隔離電路用于輸入與輸出信號隔離，所述的電壓調(diào)整電路用于光耦反饋后電流信號調(diào)整為電壓信號輸出。電壓調(diào)整電路的主要作用是把光耦輸出的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栆怨┖蠹夒娐肥褂茫⒃鰪娯撦d驅(qū)動能力，降低輸出阻抗。本實用新型利用線性光耦對模擬信號進行隔離，供電方面通過隔離模塊電源實現(xiàn)了供電隔離，大大減少外圍電路造成的干擾；輸入環(huán)節(jié)也增加了過壓保護功能，可以更好的保護后級電路，避免造成更大損失。

技術領域

本實用新型屬于電子設備檢驗檢測技術領域，具體涉及一種電壓模擬量信號隔離差分采集電路結構。

背景技術

模擬量信號隔離采集技術在電力電子、電氣測試等領域有著廣泛的應用，目前對于數(shù)字信號的隔離有很多成熟方案，但相比數(shù)字信號的隔離，模擬信號的隔離難度更高且方案成本要高很多。

現(xiàn)有技術方案中，通常采用隔離放大器實現(xiàn)模擬信號的隔離。目前國產(chǎn)隔離放大器芯片線性度可以達到0.1％，國外的一些隔離放大器性能穩(wěn)定、線性度良好、一般可以都能達到或遠遠超過0.1％，但相對成本很高。對于做一般工業(yè)產(chǎn)品的制造商來講，采用國外隔離放大器的方案可行性較低，且方案并不能實現(xiàn)差分采樣，易受共模信號的干擾。

在自動檢測系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對系統(tǒng)中各個模塊的輸出電壓參數(shù)進行監(jiān)測，以對工作不正常的電路給出故障指示，以保證產(chǎn)品質(zhì)量及正常使用。但實際工作環(huán)境比較惡劣，會有各種電磁干擾信號疊加在有用的被測信號上，會使測量的準確度降低。

另外，對于電壓信號的采集，目前的技術方案主要是利用電壓采集模塊直接采集或由單片機進行數(shù)據(jù)處理和分析。而此方案雖然成本較低，但適用范圍有限，僅適合采集輸出較為理想的純凈信號。而對于高頻交流模擬信號的測量方案中，變壓器隔離是最常見的選擇，但卻無法采集直流信號。而一些隔離放大器作為模擬信號隔離的解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的線性度，但這種隔離器件內(nèi)部首先需要先進行電壓-頻率轉(zhuǎn)換，再對產(chǎn)生的交流信號進行變壓器隔離，然后進行頻率-電壓轉(zhuǎn)換從而得到隔離效果。但由于集成的隔離放大器內(nèi)部電路復雜、體積大、成本高，更不適合大規(guī)模應用。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種電壓模擬量信號隔離差分采集電路結構，不僅實現(xiàn)了模擬信號的隔離，還運用了差分采樣技術，前級更是應用電壓分檔機制，對不同幅值大小的信號進行分檔測量，測量更加精確、穩(wěn)定、可靠。本實用新型所采用的方案如下：

一種電壓模擬量信號隔離差分采集電路結構，包括：依次電連接的分壓電路、差分電路、隔離電路、電壓調(diào)整電路，所述的分壓電路用于得到小信號電壓，所述的差分電路用于減少共模信號干擾，所述的隔離電路用于輸入與輸出信號隔離，所述的電壓調(diào)整電路用于光耦反饋后電流信號調(diào)整為電壓信號輸出。

對于輸入的高壓直流電壓，前級需要進行分壓得到小信號電壓，再通過差分電路后級進入隔離電路，隔離出的信號經(jīng)過電壓調(diào)整電路進入單片機，通過單片機內(nèi)部AD進行電壓信號讀取。電壓調(diào)整電路的主要作用是把光耦輸出的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栆怨┖蠹夒娐肥褂茫⒃鰪娯撦d驅(qū)動能力，降低輸出阻抗。

本實用新型的有益效果：

本實用新型利用線性光耦對模擬信號進行隔離，其原理是相比傳統(tǒng)光耦增加了一個用于反饋的光接收電路組成反饋網(wǎng)絡，通過反饋通路的非線性抵消了直通通路的非線性，從而達到實現(xiàn)線性隔離。

供電方面，通過隔離模塊電源實現(xiàn)了供電隔離，大大減少外圍電路造成的干擾。另一方面，設計電路的前級采用分壓及差分網(wǎng)絡，分壓網(wǎng)絡可以更好的適用不同幅值信號采集，使其采樣精度更高，差分網(wǎng)絡可以提高抗干擾性，增強了信號采集的準確性及穩(wěn)定度。

輸入環(huán)節(jié)也增加了過壓保護功能，可以更好的保護后級電路，避免造成更大損失。