專利名稱：一種直流電壓采集裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力電子設備，特別是關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：
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)點是采集快速準確，缺點是造價高，需要額外提供電源，在 電位懸浮的場合絕緣很難保證；電阻分壓和電容分壓的特點是結構簡單，造價低廉， 缺點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)明內容
針對上述問題，本實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。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術方案它包括隔離運放、分壓模塊、 電壓采集模塊、電壓保護模塊、電源模塊、變比調節(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模塊并聯(lián)接在電壓正極和電壓負極之間，并與所 述分壓模塊串聯(lián)后接入所述隔離運放；所述電源模塊單獨接入所述隔離運放；所述 變比調節(jié)模塊直接接入所述隔離運放并形成封閉回路；所述隔離運放的輸出接所述 濾波模塊；所述濾波模塊接下一級電路；所述限壓模塊接在所述隔離運放和高電位 之間。
所述分壓模塊由若干可調電阻串聯(lián)組成。
所述電壓采集模塊由 一 電容與若干可調電阻并聯(lián)組成。
所述電壓保護模塊為一 TVS管。
所述變比調節(jié)模塊為變比調節(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。
本實用新型由于采取以上技術方案，本實用新型具有以下優(yōu)點1、本實用新 型由于采用了多個分壓電阻，因此適應性強，可以在不對裝置的整體結構做任何改 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。2、由于本實 用新型將由變比調節(jié)器或電位器組成的變比調節(jié)模塊接入隔離運放，因此可以通過
3調整變比調節(jié)器或電位器，改變隔離運放的輸出電壓使其適用于不同的模數(shù)轉換電 路。3、本實用新型由于嵌入了一個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允許的范圍內。4、
本實用新型由于采用隔離運放的響應時間是微秒級別的，因此受噪聲影響小，能夠 消除高壓側和裝置本身的噪聲對采樣精度的影響。本實用新型可以廣泛用于應用于 各級電壓的采集。

圖1是本實用新型電路的模塊結構示意圖
圖2是本實用新型一個實施例的結構示意圖 圖3是本實用新型實施例中限壓模塊的結構示意圖具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
本實用新型的基本設計思想就是利用隔離運放隔離等級高、線性度好、響應迅 速等特點，實現(xiàn)一種不僅適用于高電壓和懸浮電位場合，而且穩(wěn)定性高、變比可調 的直流電壓采集裝置。
如圖1所示，本實用新型包括一隔離運放U1、分壓模塊、電壓采集模塊、電壓 保護模塊、電源模塊、變比調節(jié)模塊、限壓模塊和濾波模塊。隔離運放Ul是本實
用新型的主體，也是整個發(fā)明的核心部分。本實用新型的各模塊與隔離運放m的
連接方式是電壓采集模塊和電壓保護模塊并聯(lián)接在電壓正極(Vdcin+)和電壓負 極(Vdcin-)之間，并與分壓模塊串聯(lián)后接入隔離運放U1，且分壓模塊接電壓正極 (Vdcin+)。因此隔離運放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入隔離運放Ul，通過改變的分壓模塊或者 電壓采集模塊的阻值，可以在不對裝置的整體結構做任何改變的情況下，使其適用 于不同的電壓等級。電壓保護模塊是防止電壓采集模塊兩端的電壓超過其限定的范 圍，起到保護隔離運放U1的作用。電源模塊單獨接入隔離運放U1，為隔離運放U1 提供5V電源。變比調節(jié)模塊包括一變比調節(jié)器或一電位器，它直接接入隔離運放 Ul并形成封閉回路，通過調節(jié)變比調節(jié)器或電位器，可以對隔離運放U1的變比進 行無級調整，以達到測量精度和測量范圍之間的平衡，如果經分壓模塊和電壓采集 模塊分壓后的電阻值在0 — 10V之間，那么隔離運放U1的輸出電壓范圍可以在0 — 10V之間進行無級調整。由于本實用新型裝置運行于高電位，為了解決電位懸浮可 能造成隔離運放U1擊穿，將一限壓模塊接入隔離運放U1與高電位之間，它的作用 是吸收積累的靜電電荷，當積累的電荷電壓到達一定紙的時候在將電荷泄放掉，這樣隔離運放Ul與高電位之間的電位差始終不會高于限壓電路所限定的閾值。隔離
運放U1的輸出接濾波模塊，輸出信號(Vdc)經過濾波模塊濾除控制電路側的噪聲 后提供給下一級電路，這樣隔離運放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，是本實用新型的一個實施例，本實施例中的直流電壓采集裝置包 括一隔離運放Ul，分壓模塊包括可調電阻Rl、 R2、 R3、 R4、 R5，電壓采集模塊包 括可調電阻R6、 R7和電容C1，電壓保護模塊為一TVS管T1，電源模塊為C2，變比 調節(jié)模塊為一變比調節(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腳是調節(jié)電位器接口， ll腳是輸出信號(Vdc)。各電子元件與各個管腳的具體連 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，可以在不對裝置的整 體結構做任何改變的情況下，使其適用于不同的電壓等級。Tl起到保護作用，防止 1、 2腳兩端的電壓高于IOV。 3、 4腳之間內嵌電源C2，為隔離運放U1提供5V電 源，其中3腳接電源正極，4腳接電源負極并接入地。變比調節(jié)器R8接入9、 10腳， 經過電阻分壓后的電壓值可以在0 — 10V之間，通過調節(jié)9、 IO管腳之間的變比調 節(jié)器R8，可以對隔離運放U1的變比進行無級調整，以達到測量精度與測量范圍之 間的平衡，隔離運放U1的輸出電壓范圍可以在0 — 10V之間無級調整。隔離運放U1 的11腳輸出信號(Vdc)經過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電路，此處RC濾除的是控制電路側的噪聲， 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行于高電位，為了解決電位懸浮可能 造成的隔離運放Ul擊穿，在隔離運放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C3上積累的電壓達到一定值的時候，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高于R9的動作閾值。 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，本實用新型所用的U1的響應時間為lms，價格在 百元以內，所以這個選擇的好處就是在滿足采樣時間要求的同時還降低了成本，而 且由于高壓側的噪聲的寬度都是微秒級別的，本實用新型還有效的隔離了高壓側的噪聲。
對于本文提出的直流電壓采集方案，通過U1和壓敏電阻的應用，解決了高電壓 等級采樣和電位懸浮的問題，可以擴展到其他的應用場合，如高壓交流采樣，同傳 統(tǒng)的直流采樣方法相比，這種結構的優(yōu)勢是明顯的。
以上僅為本實用新型的較佳實施例，任何基于本實用新型的等效變換，均不應 排除在本實用新型的保護范圍之外。
權利要求1、 一種直流電壓采集裝置，其特征在于它包括隔離運放、分壓模塊、電壓 采集模塊、電壓保護模塊、電源模塊、變比調節(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模塊并聯(lián)接在電壓正極和電壓負極之間，并與所述分 壓模塊串聯(lián)后接入所述隔離運放；所述電源模塊單獨接入所述隔離運放；所述變比 調節(jié)模塊直接接入所述隔離運放并形成封閉回路；所述隔離運放的輸出接所述濾波 模塊；所述濾波模塊接下一級電路；所述限壓模塊接在所述隔離運放和高電位之間。
2、 如權利要求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 由若干可調電阻串聯(lián)組成。
3、 如權利要求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電阻并聯(lián)組成。
4、 如權利要求1所述一種直流電壓采集裝置，其特征在于所述電壓保護模 塊為一TVS管。
5、 如權利要求l所述一種直流電壓采集裝置，其特征在于所述變比調節(jié)模 塊為變比調節(jié)器和電位器的其中一種。
6、 如權利要求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 一電阻與兩個并聯(lián)電容串聯(lián)組成。
7、 如權利要求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。
專利摘要本實用新型涉及一種基于隔離運放的直流電壓采集裝置，它包括隔離運放、分壓模塊、電壓采集模塊、電壓保護模塊、電源模塊、變比調節(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模塊并聯(lián)接在電壓正極和電壓負極之間，并與所述分壓模塊串聯(lián)后接入所述隔離運放；所述電源模塊單獨接入所述隔離運放；所述變比調節(jié)模塊直接接入所述隔離運放并形成封閉回路；所述隔離運放的輸出接所述濾波模塊；所述濾波模塊接下一級電路；所述限壓模塊接在所述隔離運放和高電位之間。本實用新型不僅適合于高電壓和懸浮電位場合，而且穩(wěn)定性高、變比可調，可廣泛應用于各級電壓的采集。
文檔編號G01R19/25GK201156730SQ20082007896
公開日2008年11月26日 申請日期2008年2月4日 優(yōu)先權日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 申請人:中國電力科學研究院