專利名稱：具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路，特別涉 及各種等級(jí)的電壓值測(cè)量。
背景技術(shù)：
[0002]在電氣科技與電子科技高速發(fā)展的今天，基本上所有的電氣與電子控制系統(tǒng)都需 要依靠電壓測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行工作，因此電壓測(cè)量電路在這些電氣與電子控制系統(tǒng)中顯得十 分的重要。[0003]如圖1所示為現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路，該電壓測(cè)量電路由被測(cè)電壓源1(UX)、差分運(yùn) 放采樣電路2 (Ul)和單項(xiàng)電阻分壓電路3組成；單項(xiàng)電阻分壓電路3包括串聯(lián)電路和并聯(lián) 電路。[0004]所述單項(xiàng)電阻分壓電路3的串聯(lián)電路的一端與所述被測(cè)電壓源I (UX)的輸入端 連接，該連接處為A點(diǎn)，該被測(cè)電壓源I (UX)的輸出端為B點(diǎn)，B點(diǎn)接地。[0005]所述單項(xiàng)電阻分壓電路3的串聯(lián)電路的另一端與所述并聯(lián)電路的一端連接，該連 接處為C點(diǎn)，該并聯(lián)電路的另一端為D點(diǎn)，D點(diǎn)接地。[0006]所述差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的正輸入端接入C點(diǎn)，所述差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的負(fù)輸入端接入D點(diǎn)。[0007]然而由于現(xiàn)有的這種電壓測(cè)量電路缺少“電氣隔離”和“抑制強(qiáng)電磁干擾”這兩項(xiàng) 功能；所以在實(shí)際使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的電氣安全事故和電壓測(cè)量值失真故障，其詳細(xì)分 析如下[0008]I)缺少電氣隔離功能[0009]如圖1所示，由于現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路中，只在A點(diǎn)至C點(diǎn)之間安裝有具有電氣隔 離功能的串聯(lián)電路，串聯(lián)電路包括依次串聯(lián)的高阻值電阻Rl、R2、R3和R4，而沒(méi)有在B點(diǎn)至 D點(diǎn)之間安裝任何具有電氣隔離功能的元器件，從而導(dǎo)致被測(cè)電壓源I (UX)的一端直接與 差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的負(fù)輸入端相連接。[0010]所以，一旦被測(cè)電壓源I (UX)出現(xiàn)“誤操作過(guò)壓”、“感應(yīng)雷擊”、“正負(fù)極誤操作反 接”等電氣安全事故，差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)以及連接在差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)后端 的控制系統(tǒng)也將同時(shí)出現(xiàn)電氣安全事故。[0011]由此可知，現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路缺少電氣隔離功能，其絕緣電阻幾乎為O。[0012]2)缺少抑制強(qiáng)電磁干擾功能[0013]如圖2所示為對(duì)現(xiàn)有電壓測(cè)量電路電磁干擾分析電路，在現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路 中，當(dāng)被測(cè)電壓源I (UX)受到干擾源4 (UY)引起的共模干擾時(shí)，A點(diǎn)與地之間的電壓 UA=UX+UY, B點(diǎn)與地之間的電壓UB=UY,則A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的被測(cè)量電壓UAB=UA-UB=UX=U被 測(cè)值；A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的電壓UAB通過(guò)單項(xiàng)電阻分壓電路3縮小K= (R1+R2+R3+R4+R5) /R5倍 后，C點(diǎn)與D之間的電壓U⑶=UAB/K=UX/K，又由于D點(diǎn)與地之間的電壓UD=UY,則C點(diǎn)與地 之間的電壓UC=UX/K+UY。[0014]由于為保證差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)能進(jìn)行正常的線性運(yùn)行，C點(diǎn)與地之間的電壓UC和D點(diǎn)與地之間的電壓UD必須均小于差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓UICMMAX ;而此時(shí)C點(diǎn)與地之間的電壓UC大于D點(diǎn)與地之間的電壓UD0[0015]所以只需要C點(diǎn)與地之間的電壓UC小于差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓nCMMAX，即UC=UX/K+UY < UICMMAX,就能讓差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)進(jìn)行正常的線性運(yùn)行。[0016]又由于為保護(hù)電壓測(cè)量值的精度，C點(diǎn)與D之間的電壓U⑶必須為差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓UICMMAX的O. 6倍左右，即UCD=UX/K ^ O. 6UICMMAX。[0017]所以，如果干擾源4 (UY)引起的共模干擾不強(qiáng)，其干擾幅度UY < O. 4UICMMAX，就能滿足C點(diǎn)與地之間的電壓UC < UICMMAX的條件，讓差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)進(jìn)行正常的線性運(yùn)行，使E點(diǎn)與F點(diǎn)之間的電壓UEF=UC-UD=UX/K ;最終E點(diǎn)與F點(diǎn)之間的電壓UEF通過(guò)控制算法放大K倍還原后，所得到的測(cè)量電壓U測(cè)量值=UEF*K=UX=U被測(cè)值，即電壓測(cè)量值準(zhǔn)確無(wú)誤。[0018]而如果干擾源4 (UY)引起的共模干擾過(guò)強(qiáng)，其干擾幅度UY > O. 4UICMMAX，就會(huì)造成C點(diǎn)與地之間的電壓UC > nCMMAX，讓差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)進(jìn)行不正常的非線性運(yùn)行，使E點(diǎn)與F點(diǎn)之間的電壓UEF失真；最終E點(diǎn)與F點(diǎn)之間的電壓UEF通過(guò)控制算法放大 K倍還原后，所得到的測(cè)量電壓U測(cè)量值=UEF*K Φ U被測(cè)值，即電壓測(cè)量值失真。[0019]由此可知，現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路只能抑制干擾幅度小于O. 4UICMMAX的電磁干擾， 而無(wú)法抑制干擾幅度大于O. 4UICMMAX的電磁干擾；即現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路抑制電磁干擾的能力十分有限。實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路，保證整個(gè)電壓測(cè)量電路既無(wú)電氣安全事故，又無(wú)電壓測(cè)量值失真故障。[0021]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路，所述電壓測(cè)量電路包括被測(cè)電壓源、差分運(yùn)放采樣電路及雙項(xiàng)電阻分壓電路；所述雙項(xiàng)電阻分壓電路包括第一單項(xiàng)電阻分壓電路、第二單項(xiàng)電阻分壓電路，第一單項(xiàng)電阻分壓電路包括第一串聯(lián)電路和第一并聯(lián)電路，第二單項(xiàng)電阻分壓電路包括第二串聯(lián)電路和第二并聯(lián)電路；所述第一單項(xiàng)電阻分壓電路的第一串聯(lián)電路的一端與所述被測(cè)電壓源的輸入端連接，另一端與所述第一并聯(lián)電路的一端連接，該并聯(lián)電路的另一端接地；所述第二單項(xiàng)電阻分壓電路的第二串聯(lián)電路的一端與所述被測(cè)電壓源的輸出端連接并接地，另一端與所述第二并聯(lián)電路的一端連接，該并聯(lián)電路的另一端接地； 所述差分運(yùn)放采樣電路的正輸入端連接在所述第一串聯(lián)電路與所述第一并聯(lián)電路的串接處；所述差分運(yùn)放采樣電路的負(fù)輸入端連接在所述第二串聯(lián)電路與所述第二并聯(lián)電路的串接處。[0022]作為優(yōu)選方案，所述第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電路包括兩個(gè)以上的電阻依次串聯(lián)。[0023]作為優(yōu)選方案，所述第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電路包括依次串聯(lián)的電阻數(shù)為4個(gè)。[0024]作為優(yōu)選方案，所述第一并聯(lián)電路、第二并聯(lián)電路包括I個(gè)電阻和I個(gè)電容并聯(lián)。[0025]本實(shí)用新型達(dá)到的技術(shù)效果如下本實(shí)用新型具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能 的電壓測(cè)量電路對(duì)實(shí)際測(cè)量端的A點(diǎn)與地之間的電壓UA和B點(diǎn)與地之間的電壓UB均進(jìn)行 了電阻分壓，即雙項(xiàng)電阻分壓電路，這樣既為整個(gè)電壓測(cè)量電路增加了電氣隔離功能，又為 整個(gè)電壓測(cè)量電路增加了抑制強(qiáng)電磁干擾功能。


[0026]圖1為現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路；[0027]圖2為對(duì)現(xiàn)有電壓測(cè)量電路電磁干擾分析電路；[0028]圖3為本實(shí)用新型具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路；[0029]圖4為對(duì)本實(shí)用新型電壓測(cè)量電路電磁干擾分析電路。
具體實(shí)施方式
[0030]如圖3所示為本實(shí)用新型具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路，該 電壓測(cè)量電路包括被測(cè)電壓源I (UX)、差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)及雙項(xiàng)電阻分壓電路5。 其中，雙項(xiàng)電阻分壓電路5包括第一單項(xiàng)電阻分壓電路、第二單項(xiàng)電阻分壓電路，第一單項(xiàng) 電阻分壓電路包括第一串聯(lián)電路和第一并聯(lián)電路，第二單項(xiàng)電阻分壓電路包括第二串聯(lián)電 路和第二并聯(lián)電路。[0031]所述第一單項(xiàng)電阻分壓電路的第一串聯(lián)電路的一端與所述被測(cè)電壓源I (UX)的 輸入端連接，該連接處為A點(diǎn)，另一端與所述第一并聯(lián)電路的一端連接，該連接處為C點(diǎn)，該 并聯(lián)電路的另一端接地。[0032]所述第二單項(xiàng)電阻分壓電路的第二串聯(lián)電路的一端與所述被測(cè)電壓源I (UX)的 輸出端連接，該連接處為B點(diǎn)，B點(diǎn)接地；另一端與所述第二并聯(lián)電路的一端連接，該連接處 為D點(diǎn)，該并聯(lián)電路的另一端接地。[0033]所述差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的正輸入端接入C點(diǎn)，所述差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的負(fù)輸入端接入D點(diǎn)。[0034]所述第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電路包括兩個(gè)以上的電阻依次串聯(lián)。在本實(shí)施例中 第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電路包括依次串聯(lián)的電阻數(shù)為4個(gè)。所述第一并聯(lián)電路、第二并聯(lián) 電路包括I個(gè)電阻和I個(gè)電容并聯(lián)。[0035]本實(shí)用新型的電壓測(cè)量電路將相對(duì)于現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路增加電氣隔離功能和 抑制強(qiáng)電磁干擾功能的詳細(xì)介紹如下[0036]I)增加電氣隔離功能[0037]如圖3所示，由于在隔離式抗干擾電壓測(cè)量電路中，不但在雙項(xiàng)電阻分壓電路5中 的A點(diǎn)至C點(diǎn)之間安裝有具有電氣隔離功能的第一串聯(lián)電路，第一串聯(lián)電路包括依次串聯(lián) 的高阻值電阻數(shù)為4個(gè)，分別為電阻Rl、電阻R2、電阻R3和電阻R4，而且在B點(diǎn)至D點(diǎn)之間 也安裝有具有電氣隔離功能的第二串聯(lián)電路，第二串聯(lián)電路包括依次串聯(lián)的高阻值電阻數(shù) 為4個(gè)，分別為電阻R11、電阻R12、電阻R13和電阻R14，從而使被測(cè)電壓源I (UX)與差分 運(yùn)放采樣電路2 (Ul)被完全隔離開(kāi)。[0038]所以，即使被測(cè)電壓源I (UX)出現(xiàn)“誤操作過(guò)壓”、“感應(yīng)雷擊”、“正負(fù)極誤操作反 接”等電氣安全事故，差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)以及連接在差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)后端的控制系統(tǒng)也不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)電氣安全事故。[0039]由此可知，本實(shí)用新型的電壓測(cè)量電路具有電氣隔離功能，其絕緣電阻R絕緣 =R1+R2+R3+R4。[0040]例如當(dāng)本實(shí)用新型的電壓測(cè)量電路根據(jù)需要選擇Rl、R2、R3和R4的總和為 500k Ω時(shí)，本實(shí)用新型的電壓測(cè)量電路的絕緣電阻R也將為500k Ω。[0041]2)增加抑制強(qiáng)電磁干擾功能[0042]如圖4所示為對(duì)本實(shí)用新型電壓測(cè)量電路電磁干擾分析電路，當(dāng)被測(cè)電壓源I (UX)受到干擾源4 (UY)引起的共模干擾時(shí)，A點(diǎn)與地之間的電壓UA=UX+UY，B點(diǎn)與地之間的電壓UB=UY,則A點(diǎn)與B之間的被測(cè)量電壓UAB=UA-UB=UX=U被測(cè)值；A點(diǎn)與地之間的電壓 UA和B點(diǎn)與地之間的電壓UB通過(guò)雙項(xiàng)電阻分壓電路5均縮小K倍后，則C點(diǎn)與地之間的電壓UC= (UX+UY) /K，D點(diǎn)與地之間的電壓UD=UY/K，則C點(diǎn)與D之間的電壓UCD=UAB/K=UX/K。[0043]由于為保證差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)能進(jìn)行正常的線性運(yùn)行，C點(diǎn)與地之間的電壓UC和D點(diǎn)與地之間的電壓UD必須均小于差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓UICMMAX ;而此時(shí)C點(diǎn)與地之間的電壓UC大于D點(diǎn)與地之間的電壓UD0[0044]所以只需要C點(diǎn)與地之間的電壓UC小于差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓nCMMAX，即UC=(UX+UY)/K < UICMMAX,就能讓差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)進(jìn)行正常的線性運(yùn)行。又由于為保護(hù)電壓測(cè)量值的精度，C點(diǎn)與D之間的電壓U⑶必須為差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓UICMMAX的O. 6倍左右，即UCD=UX/K ^ O. 6UICMMAX。[0046]所以，即使干擾源4 (UY)引起的共模干擾過(guò)強(qiáng)，只要UY/K < O. 4UICMMAX,即干擾源 4 (UY)的干擾幅度 UY < O. 4UICMMAX*K，其中 K= (R1+R2+R3+R4+R5)/R5 > I，就能滿足 C 點(diǎn)與地之間的電壓UC < UICMMAX的條件，差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)進(jìn)行正常的線性運(yùn)行， 使E點(diǎn)與F點(diǎn)之間的電壓UEF=UC-UD=UX/K ;最終E點(diǎn)與F點(diǎn)之間的電壓UEF通過(guò)控制算法放大K倍還原后，所得到的測(cè)量電壓U測(cè)量值=UEF*K=UX=U被測(cè)值，即電壓測(cè)量值準(zhǔn)確無(wú)誤。[0047]由此可知，本實(shí)用新型的電壓測(cè)量電路能抑制干擾幅度小于O. 4UICMMAX*K的強(qiáng)電磁干擾，其抑制電磁干擾的能力是現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路的K倍。[0048]例如本實(shí)用新型的電壓測(cè)量電路和現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路的差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)均采用INA114BP，INAl 14BP的的最大輸入共模電壓nCMMAX=13. 5V，那么現(xiàn)有的電壓測(cè)量電路只能抑制干擾幅度小于5. 4V的電磁干擾，而本實(shí)用新型的電壓測(cè)量電路能抑制干擾幅度小于5. 4V*K的電磁干擾，其中K > I。[0049]如圖3和圖4所示，在本實(shí)施例中，[0050]I) UX/ (R1+R2+R3+R4+R5) < 20mA, UX/ (R11+R12+R13+R14+R15) < 20mA，其中 UX 為被測(cè)電壓源I的電壓值。[0051]2) UX*R5/(R1+R2+R3+R4+R5) < 12V, UX*R15/(R11+R12+R13+R14+R15) < 12V，其中UX為被測(cè)電壓源I的電壓值。[0052]3) Rl=Rll, R2=R12, R3=R13, R4=R14, R5=R15 ；[0053]4) R1、R11、R2、R12、R3、R13、R4、R14、R5 和 R15 必須為 RJ 系列高穩(wěn)定金屬膜固定電阻，單個(gè)電阻的額定功率不小于O. 25W，單個(gè)電阻的允許誤差為土 1%。[0054]5) R6、R7也應(yīng)為RJ系列高穩(wěn)定金屬膜固定電阻，單個(gè)電阻的允許誤差為土 1%。[0055]6)差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)采用INAl 14BP。[0056]7)校正電容 Cl、C2、Cll 均采用 10n/63V。[0057]差分運(yùn)放采樣電路2 (Ul)中的U1、C1、C2、C11、R6和R7的選配清單如表I所示。[0058]表I
權(quán)利要求1.一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路，所述電壓測(cè)量電路包括被測(cè)電壓源、差分運(yùn)放采樣電路，其特征在于，所述電壓測(cè)量電路還包括雙項(xiàng)電阻分壓電路；所述雙項(xiàng)電阻分壓電路包括第一單項(xiàng)電阻分壓電路、第二單項(xiàng)電阻分壓電路，第一單項(xiàng)電阻分壓電路包括第一串聯(lián)電路和第一并聯(lián)電路，第二單項(xiàng)電阻分壓電路包括第二串聯(lián)電路和第二并聯(lián)電路；所述第一單項(xiàng)電阻分壓電路的第一串聯(lián)電路的一端與所述被測(cè)電壓源的輸入端連接， 另一端與所述第一并聯(lián)電路的一端連接，該并聯(lián)電路的另一端接地；所述第二單項(xiàng)電阻分壓電路的第二串聯(lián)電路的一端與所述被測(cè)電壓源的輸出端連接并接地，另一端與所述第二并聯(lián)電路的一端連接，該并聯(lián)電路的另一端接地；所述差分運(yùn)放采樣電路的正輸入端連接在所述第一串聯(lián)電路與所述第一并聯(lián)電路的串接處；所述差分運(yùn)放采樣電路的負(fù)輸入端連接在所述第二串聯(lián)電路與所述第二并聯(lián)電路的串接處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路，其特征在于，所述第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電路包括兩個(gè)以上的電阻依次串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路，其特征在于，所述第一串聯(lián)電路、第二串聯(lián)電路包括依次串聯(lián)的電阻數(shù)為4個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路，其特征在于，所述第一并聯(lián)電路、第二并聯(lián)電路包括I個(gè)電阻和I個(gè)電容并聯(lián)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測(cè)量電路，該電壓測(cè)量電路包括被測(cè)電壓源、差分運(yùn)放采樣電路及雙項(xiàng)電阻分壓電路，所述雙項(xiàng)電阻分壓電路包括第一、第二兩個(gè)單項(xiàng)電阻分壓電路，每個(gè)單項(xiàng)分壓電路都包括串聯(lián)電路和并聯(lián)電路；每個(gè)單項(xiàng)電阻分壓電路的串聯(lián)電路一端分別與所述被測(cè)電壓源的輸入輸出端連接，另一端與并聯(lián)電路的一端連接，該并聯(lián)電路的另一端接地；該被測(cè)電壓源的輸出端接地；所述差分運(yùn)放采樣電路的兩個(gè)輸入端分別連接在所述每個(gè)串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的串接處。本實(shí)用新型電壓測(cè)量電路具有電氣隔離和抑制電磁干擾的功能，保證整個(gè)電壓測(cè)量電路既無(wú)電氣安全事故，又無(wú)電壓測(cè)量值失真故障。
文檔編號(hào)G01R15/04GK202837370SQ201220488949
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者李磊, 劉登峰 申請(qǐng)人:北京天誠(chéng)同創(chuàng)電氣有限公司