無源直流電壓傳感器的製作方法

2023-10-11 22:26:49

專利名稱：無源直流電壓傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電壓傳感器，尤其是一種接線簡單、安裝方便、佔用空間小且精度及安全性高的無源直流電壓傳感器。
背景技術：
在軌道交通、電力電網及工業自動化等多個領域，需要對高電壓進行測量和控制。常規的方法是採用電壓轉換設備將高電壓按比例變換成標準低電壓(如IOV或20mA)，以便實現測量儀表、保護設備及自動控制設備的標準化。現有的電壓轉換設備有電磁式電壓互感器、電壓變換器和電壓傳感器等。傳統的電磁式電壓互感器只能通過電磁感應原理測量交流電壓信號，對於直流電壓信號則無法進行測量轉換，其使用範圍較窄；電壓變換器是利用原邊電壓通過電阻分壓原理轉換，分壓後的電壓作為次邊供電電源(無需額外供電)，但是原邊高壓輸入和次邊輸出之間並沒有實現真正隔離，容易發生高壓竄入低壓端引起低壓端的輸出設備損毀，安全性較差；電壓傳感器一般通過霍爾隔離放大、磁調製或者光電隔離放大等原理進行電壓轉換，雖然能測量直流電壓信號且可隔離高壓，但應用時需要額外引入二次供電電源，為原邊、次邊進行信號放大、處理提供工作電源，引入二次電源不僅加大安裝空間，而且也增加了接線麻煩，更主要的是很多場合併無法提供(特別如軌道交通行業只使用的750V以上的直流電壓)二次電源，限制了它的應用。

發明內容
本發明是為了解決現有技術所存在的上述技術問題，提供一種接線簡單、安裝方便、佔用空間小且精度及安全性高的無源直流電壓傳感器。本發明的技術解決方案是一種無源直流電壓傳感器，其特徵在於主要由分壓電路、多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路及精密整流電路構成，分壓電路將所輸入的高壓直流電壓分壓，經多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路轉換隔離，再經過精密整流電路輸出與所輸入的高壓直流信號成比例的電壓或電流信號；經分壓電路所得的分壓信號為多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路提供工作電源。還設有取樣於分壓電路的分壓信號和多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路的振蕩信號的補償電路，所述經分壓電路所得的分壓信號和振蕩電路的信號為補償電路提供工作電源。所述精密整流電路主要由高頻變壓器和場效應管元件組成，實現信號的精密整流。補償電路內含有微分電路、積分電路及比較電路，為振蕩電路轉換信號和信號輸出負載變化提供調整、反饋補償，使輸出的信號更穩定、更準確。所述分壓電路是由電阻分壓，同時設有由穩壓管或/和二極體構成的保護電路。設有底板，在底板上固定有內封多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路及整流電路的信號轉換模塊及信號輸出端子，在底板還接有下層支撐柱及上層支撐柱，在下層支撐柱上端固定有電路板，電路板上有分壓電路及信號輸入端子，在上層支撐柱上端固定有防護板。所述精密整流電路由多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組Tl-ci、T1-C2、三極體Q4、場效應管Q2、Q7、電感L2、電容C3及電阻R13構成，多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組Tl-Cl的兩端分別與場效應管Q2及場效應管Q7相接，場效應管Q2與場效應管Q7相接，多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組Tl-Cl中間抽頭與三極體Q4的基極和集電極相接，三極體Q4的發射極與場效應管Q2和場效應管Q7的接點相接；多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組T1-C2的兩端分別與場效應管Q2及場效應管Q7相接，多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組T1-C2中間抽頭與電感L2相接，電感L2通過電容C3與場效應管Q2和場效應管Q7的接點相接，電感L2與電容C3的接點與電阻R13相接。所述多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路設有相串聯的穩壓管D2、二極體Dl及電容C4，與電容C4並聯有電阻R14，電容C4與電阻R14的接點通過電阻R6、場效應管Q3與多抽頭高頻變壓器Tl的原邊繞組Tl-Yl的一端相接，電阻R14通過電阻R12、場效應管Ql與多抽頭高頻變壓器Tl的原邊繞組Tl-Yl的另一端相接，場效應管Q3與場效應管Ql相接，電 阻R12還通過電阻R9與多抽頭高頻變壓器Tl原邊繞組T1-Y2的一端相接，原邊繞組T1-Y2的另一端和電阻R6與場效應管Q3的接點相接。所述補償電路設有運算放大器NI，運算放大器NI的第一輸入端與電阻R5及電阻R8相接，電阻R5依次通過電阻R1、電阻R2與運算放大器NI的第二輸入端相接，運算放大器NI的第二輸入端與輸出端之間相接有電容C2，運算放大器NI的輸出端通過電阻R7與場效應管Q5相接,場效應管Q5的輸出一路與相串聯的電阻R11、穩壓管D6相接,另一路與電感LI、電容Cl及電阻R3相接，電容Cl的另一端與二極體Dl相接，電阻R3的另一端通過電阻R4接於電容Cl與二極體Dl的接點，電阻R3與電阻R4的接點與運算放大器NI的負電源端相接，運算放大器NI的正電源端與場效應管Q6及電阻RlO相接，與運算放大器NI還相接有電阻R20。本發明由分壓電路將所輸入的高壓直流電壓分壓，經多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路轉換隔離，再經過精密整流電路輸出與所輸入的高壓直流信號成比例的電壓或電流信號，通過多抽頭高頻變壓器精確信號調製，不僅有效的實現了原次邊電壓的隔離，防止高壓竄入低壓端引起低壓端的輸出設備損毀，而且轉換精度較高；可直接借用測量端的原邊部分的電壓進行工作，無需用額外增加供電電源，接線簡單、安裝方便、佔用空間小。尤其是所設置的補償電路可用來補償負載變化引起的輸出損失和高頻變壓器非線性的補償，可進一步提高輸出信號的精度。


圖I是本發明實施例I的原理框圖。圖2是本發明實施例2的原理框圖。圖3是本發明實施例3的電路圖。圖4、5是本發明實施例I的結構示意圖。
具體實施例方式實施例I :如圖I所示由分壓電路、多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路及精密整流電路構成，分壓電路將所輸入的高壓直流電壓分壓，經多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路轉換隔離，再經過整流電路輸出與所輸入的高壓直流信號成比例的電壓或電流信號；經分壓電路所得的分壓信號為多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路提供工作電源。實施例2:
如圖2所示在實施例I的基礎上還設有取樣於分壓電路的分壓信號和多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路的振蕩信號的補償電路，所述經分壓電路所得的分壓信號和振蕩電路的信號為補償電路提供工作電源，分壓信號經過補償電路補償後送至多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路。補償電路內含有微分電路、積分電路及比較電路，主要用以補償負載變化引起的輸出損失和高頻變壓器非線性的補償，可進一步提高輸出信號的精度，使輸出的信號更穩定、更準確。分壓電路由電阻分壓，同時設有由穩壓管或/和二極體構成的保護電路。 精密整流電路主要由高頻變壓器和場效應管元件組成，實現信號的精密整流。 實施例3
如圖3所示高壓輸入端為INTPUT+、INTPUT-，低壓輸出端為JPl。分壓電路由接於高壓輸入端子INTPUT+端的限流電阻Rbl Rbn、接於高壓輸入端子INTPUT-端的限流電阻Ral Ran構成，相併聯的電阻Rcl、穩壓管D4、二極體D3構成保護電路，分壓電路的正、負輸出端分別為UI、U2。補償電路設有運算放大器NI，運算放大器NI的第一輸入端與電阻R5及電阻R8相接，電阻R5依次通過電阻R1、電阻R2與運算放大器NI的第二輸入端相接，運算放大器NI的第二輸入端與輸出端之間相接有電容C2，運算放大器NI的輸出端通過電阻R7與場效應管Q5相接，場效應管Q5的輸出一路與相串聯的電阻Rl I、穩壓管D6相接,另一路與電感LI、電容Cl及電阻R3相接，電容Cl的另一端與二極體Dl相接，電阻R3的另一端通過電阻R4接於電容Cl與二極體Dl的接點，電阻R3與電阻R4的接點與運算放大器NI的負電源端相接，運算放大器NI的正電源端與場效應管Q6及電阻RlO相接，與運算放大器NI還相接有電阻R20。電阻R8與Ul端相接，電阻R5與U2端相接。多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路設有相串聯的穩壓管D2、二極體Dl及電容C4，與電容C4並聯有電阻R14，電容C4與電阻R14的接點通過電阻R6、場效應管Q3與多抽頭高頻變壓器Tl的原邊繞組Tl-Yl的一端相接，電阻R14通過電阻R12、場效應管Ql與多抽頭高頻變壓器Tl的原邊繞組Tl-Yl的另一端相接，場效應管Q3與場效應管Ql相接，電阻R12還通過電阻R9與多抽頭高頻變壓器Tl原邊繞組T1-Y2的一端相接，原邊繞組T1-Y2的另一端和電阻R6與場效應管Q3的接點相接。多抽頭高頻變壓器Tl由多抽頭繞組構成，有相應的同名端，分為原邊繞組和次邊繞組，原次邊分開繞制，起著高低壓隔離的作用。電容C4與電阻R14的並接點與Ul端及穩壓管D6相接，場效應管Q3與場效應管Ql的相接點與電感LI相接。精密整流電路由多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組Tl-Cl、T1-C2、三極體Q4、場效應管Q2、Q7、電感L2、電容C3及電阻R13構成，多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組Tl-Cl的兩端分別與場效應管Q2及場效應管Q7相接，場效應管Q2與場效應管Q7相接，多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組Tl-Cl中間抽頭與三極體Q4的基極和集電極相接，三極體Q4的發射極與場效應管Q2和場效應管Q7的接點相接；多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組T1-C2的兩端分別與場效應管Q2及場效應管Q7相接，多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組T1-C2中間抽頭與電感L2相接，電感L2通過電容C3與場效應管Q2和場效應管Q7的接點相接，電感L2與電容C3的接點與電阻R13相接。實施例4
本發明結構如圖4、5所示設有底板1，在底板I上固定有內封多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路及整流電路的信號轉換模塊2及信號輸出端子3，在底板I還接有下層支撐柱4及上層支撐柱5，在下層支撐柱4上端通過螺釘11固定有電路板6，電路板6上有分壓電路及信號輸入端子7，在上層支撐柱4上端通過螺釘11固定有防護板8，電路板6通過接線9與位於信號轉換模塊2上的接線端子(10)相接。工作原理 被測的高壓直流信號從高壓輸入端輸入，經過分壓電路限流分壓後，得到與輸入端成比例的低電壓信號(如50V左右);分壓電路所輸出的分壓信號分別為補償電路、多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路提供工作電源；補償電路主要用來補償負載變化引起的輸出損失和高頻變壓器非線性的補償；多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路的輸出信號經整流電路將振蕩轉換成直流信號，並經過濾波，最終由低壓輸出端輸出平滑的與原邊電壓信號成比例的低壓直流電壓信號。可根據負載情況更改電壓輸出為電流輸出。
權利要求
1.一種無源直流電壓傳感器，其特徵在於主要由分壓電路、多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路及精密整流電路構成，分壓電路將所輸入的高壓直流電壓分壓，經多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路轉換隔離，再經過精密整流電路輸出與所輸入的高壓直流信號成比例的電壓或電流信號；經分壓電路所得的分壓信號為多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路提供工作電源。
2.根據權利要求I所述的無源直流電壓傳感器，其特徵在於還設有取樣於分壓電路的分壓信號和多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路的振蕩信號的補償電路，所述經分壓電路所得的分壓信號和振蕩電路的信號為補償電路提供工作電源。
3.根據權利要求I所述的無源直流電壓傳感器，其特徵在於所述精密整流電路主要由高頻變壓器和場效應管元件組成，實現信號的精密整流。
4.根據權利要求2所述的無源直流電壓傳感器，其特徵在於所述補償電路內含有微分電路、積分電路及比較電路，為振蕩電路轉換信號和信號輸出負載變化提供調整、反饋補償，使輸出的信號更穩定、更準確。
5.根據權利要求I或2所述的無源直流電壓傳感器，其特徵在於所述分壓電路是由電阻分壓，同時設有由穩壓管或/和二極體構成的保護電路。
6.根據權利要求I所述的無源直流電壓傳感器，其特徵在於設有底板(1)，在底板(I)上固定有內封多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路及整流電路的信號轉換模塊(2)及信號輸出端子(3)，在底板(I)還接有下層支撐柱(4)及上層支撐柱(5)，在下層支撐柱(4)上端固定有電路板(6)，電路板(6)上有分壓電路及信號輸入端子(7)，在上層支撐柱(4)上端固定有防護板(8)。
7.根據權利要求2所述的無源直流電壓傳感器，其特徵在於所述精密整流電路由多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組Tl-Cl、T1-C2、三極體Q4、場效應管Q2、Q7、電感L2、電容C3及電阻R13構成，多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組Tl-Cl的兩端分別與場效應管Q2及場效應管Q7相接，場效應管Q2與場效應管Q7相接，多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組Tl-Cl中間抽頭與三極體Q4的基極和集電極相接，三極體Q4的發射極與場效應管Q2和場效應管Q7的接點相接；多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組T1-C2的兩端分別與場效應管Q2及場效應管Q7相接，多抽頭高頻變壓器Tl的次級繞組T1-C2中間抽頭與電感L2相接，電感L2通過電容C3與場效應管Q2和場效應管Q7的接點相接，電感L2與電容C3的接點與電阻R13相接。
8.根據權利要求5所述的無源直流電壓傳感器，其特徵在於所述多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路設有相串聯的穩壓管D2、二極體Dl及電容C4，與電容C4並聯有電阻R14，電容C4與電阻R14的接點通過電阻R6、場效應管Q3與多抽頭高頻變壓器Tl的原邊繞組Tl-Yl的一端相接，電阻R14通過電阻R12、場效應管Ql與多抽頭高頻變壓器Tl的原邊繞組Tl-Yl的另一端相接，場效應管Q3與場效應管Ql相接，電阻R12還通過電阻R9與多抽頭高頻變壓器Tl原邊繞組T1-Y2的一端相接，原邊繞組T1-Y2的另一端和電阻R6與場效應管Q3的接點相接。
9.根據權利要求6所述的無源直流電壓傳感器，其特徵在於所述補償電路設有運算放大器NI，運算放大器NI的第一輸入端與電阻R5及電阻R8相接，電阻R5依次通過電阻R1、電阻R2與運算放大器NI的第二輸入端相接，運算放大器NI的第二輸入端與輸出端之間相接有電容C2，運算放大器NI的輸出端通過電阻R7與場效應管Q5相接，場效應管Q5的輸出一路與相串聯的電阻R11、穩壓管D6相接，另一路與電感LI、電容Cl及電阻R3相接，電容Cl的另一端與二極體Dl相接，電阻R3的另一端通過電阻R4接於電容Cl與二極體Dl的接點，電阻R3與電阻R4的接點與運算放大器NI的負電源端相接，運算放大器NI的正電源端與場效應管Q6及電阻RlO相接，與運算放大器NI還相接有電阻R20。·
全文摘要
本發明公開一種無源直流電壓傳感器，由分壓電路、多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路及整流電路構成，分壓電路將所輸入的高壓直流電壓分壓，經多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路轉換隔離，再經過精密整流電路輸出與所輸入的高壓直流信號成比例的電壓或電流信號；經分壓電路所得的分壓信號為多抽頭高頻變壓器組成的振蕩電路提供工作電源。通過多抽頭高頻變壓器精確信號調製，不僅有效的實現了原次邊電壓的隔離，防止高壓竄入低壓端引起低壓端的輸出設備損毀，而且振蕩部分加有補償電路轉換精度較高，響應速度快，可直接借用測量端的原邊部分電壓進行工作，無需用額外增加供電電源，接線簡單、安裝方便、佔用空間小。
文檔編號G01R19/00GK102944719SQ201210461510
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者佔偉紅, 馮善軍 申請人:大連豐和日麗電氣有限公司