一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路的製作方法
2023-09-23 12:22:50 4
一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路的製作方法
【專利摘要】一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，涉及直流電壓測量領域。現有的磁隔離型直流電壓檢測電路存在的需要單獨供電和整流二極體壓降補償電路複雜的不足的問題。本發明包括輸入電壓端、高頻逆變電路、高頻變壓器、自補償高頻整流電路、輸出電壓端、控制及驅動電路和供電電路；供電電路與輸入電壓端相連以為控制及驅動電路提供電能；控制及驅動電路與高頻逆變電路相連，控制及驅動電路輸出驅動脈衝直接驅動高頻逆變電路；高頻逆變電路與輸入電壓端連接。本技術方案無需單獨供電和高等級器件且能實現整流二極體壓降的自補償，具有電路結構簡單、測量精度高、成本較低和高頻變壓器體積小的優點。
【專利說明】一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及直流電壓測量領域，更具體的是一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路。
【背景技術】
[0002]現有隔離型直流電壓檢測電路主要是基於霍爾電壓傳感器和光電耦合器。霍爾電壓傳感器應用廣泛，但是成本高，而且需要單獨的供電電源；光電耦合器的成本較高，而且由於光耦的非線性導致測量精度較低，同時也需要單獨的供電電源。
[0003]磁隔離是一種最常用的電氣隔離方式，但是主要應用在交流場合。磁隔離應用到直流場合時，需要將直流輸入信號先轉換成變壓器可以傳輸的交流信號，然後再經過整流得到直流輸出信號，其中的整流部分由於整流二極體存在導通壓降，會影響電壓檢測精度，因此在實際應用時需要進行整流二極體壓降補償。
[0004]發明專利201310288268.5提出了一種直流電壓隔離採樣電路，但是該電路的變壓器原邊和副邊都有運算放大器，都需要單獨供電，而且整流二極體壓降補償電路複雜。歸納起來，現有的磁隔離型直流電壓檢測電路存在的需要單獨供電和整流二極體壓降補償電路複雜的不足。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術的不足，提供一種無需單獨供電、整流二極體壓降補償電路簡單的磁隔離型直流電壓檢測電路，本發明公開了一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路。
[0006]本發明通過如下技術方案達到發明目的:
一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，其特徵在於:包括輸入電壓端、高頻逆變電路、高頻變壓器、自補償高頻整流電路、輸出電壓端、控制及驅動電路和供電電路；供電電路與輸入電壓端相連以為控制及驅動電路提供電能；控制及驅動電路與高頻逆變電路相連，控制及驅動電路輸出驅動脈衝直接驅動高頻逆變電路；高頻逆變電路與輸入電壓端連接，以對輸入電壓進行逆變並輸出高頻交流信號，該信號經過高頻變壓器傳輸到自補償高頻整流電路，自補償高頻整流電路將高頻交流信號變換為直流信號，同時實現整流二極體壓降自補償得到輸出電壓端的輸出電壓。
[0007]作為對上述技術方案的進一步完善和補充，本發明還包括以下附加技術特徵。
[0008]進一步的，聞頻逆變電路包括開關管Q21、開關管、隔直電容C21、電阻R2I和電阻R22;開關管Q21和開關管Q22串聯連接形成半橋電路再並聯在輸入電容C11兩端，串聯連接點處再經過隔直電容C21與高頻變壓器相連；電阻R21和電阻R22分別接在開關管Q21和開關管Q22的驅動側。
[0009]進一步的，高頻變壓器的副邊為一個帶中心抽頭的繞組或兩個匝數相同的繞組；當副邊為一個帶中心抽頭的繞組時，副邊繞組的三個抽頭分別與自補償高頻整流電路的三個接線端子依次電連接；當副邊為兩個匝數相同的繞組時，兩個副邊繞組的異名端直接相連形成中間抽頭，再與另外兩個抽頭一起，分別與自補償高頻整流電路的三個接線端子依次電連接。
[0010]進一步的，自補償高頻整流電路包括整流二極體D41、濾波電容C41、整流二極體D42、濾波電容C42和輸出電容C43 ;整流二極體D41和整流二極體D42採用型號相同的高頻二極體；整流二極體D41和濾波電容C41構成一個半波整流電路，整流二極體D42和濾波電容C42構成另一個半波整流電路；濾波電容C41和濾波電容C42的負端直接相連形成公共端；輸出電容C43的負端與濾波電容C42的正端相連，輸出電容C43的正端與濾波電容C41的正端相連，這種連接方式可以實現整流二極體壓降的自動消除，並在輸出電容C43兩端得到不含整流二極體壓降的輸出電壓端的輸出電壓。
[0011]進一步的，控制及驅動電路輸出兩路佔空比相同且在45%至55%之間、相位相差180度的兩路頻率可調的驅動脈衝信號，一路驅動脈衝信號經過高頻逆變電路電阻R21與開關管Q21的門極相連，另一路驅動脈衝信號經過高頻逆變電路電阻R22與開關管Q22的門極相連。
[0012]更進一步的，控制及驅動電路包括控制晶片U61、驅動晶片U62、控制晶片外圍電路、驅動晶片外圍電路，控制晶片U61輸出兩路驅動脈衝並與驅動晶片U62信號輸入引腳直接相連；控制晶片外圍電路包括時鐘電阻R62和時鐘電容C61，所述的控制及驅動電路的時鐘頻率通過時鐘電阻R62和時鐘電容C61調節。
[0013]進一步的，控制晶片U61選用SG3525，控制晶片外圍電路包括電阻R61、時鐘電阻R62>電阻R63、時鐘電容C61、電容C62、電容C63和電容C64，所述的電阻R61、時鐘電阻R62、電阻R63、時鐘電容C61、電容C62、電容C63 —端與控制晶片U61對應的引腳相連，電阻R61、時鐘電阻R62、時鐘電容C61、電容C62、電容C63的另一端為接地端，所述的電阻R63通過電容C64接地，所述的電容C63 —端與電阻R63的控制晶片U61連接端電連接，電容C63的另一端為接地端；所述的驅動晶片U62選用IR2110，驅動晶片外圍電路包括二極體D61、電容C65、電容C66和電容C67 ;所述的二極體D61、電容C65、電容C66和電容C67分別與驅動晶片U62的引腳相連。
[0014]供電電路包含電容C71、電容C72、穩壓管Z71和電阻R71 ;電阻R71並聯在電容C71兩端，穩壓管Z71並聯在電容C72兩端；電容C71和電容C72串聯連接，電容C71的正端與輸入電壓的正端相連，電容C72的負端與輸入電壓的負端相連，由電容C72向控制及驅動電路提供電倉泛。
[0015]本發明的有益效果是:與現有的基於霍爾電壓傳感器或線性光電耦合器的電路相t匕，本技術方案無需單獨供電和高等級器件，測量電路簡單且成本較低；同時由於高頻技術的採用，變壓器體積小；整流二極體壓降自補償技術降低了電路的複雜性也提高了測量精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明功能示意框圖。
[0017]圖2是本發明電路原理圖。
[0018]圖3是本發明高頻變壓器的繞組結構及連接圖。
[0019]圖中:1-輸入電壓，2-高頻逆變電路，3-高頻變壓器，4-自補償高頻整流電路，5-輸出電壓，6-控制及驅動電路，7-供電電路。
【具體實施方式】
[0020]以下結合說明書附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明。
[0021]實施例1
本發明包括輸入電壓1、高頻逆變電路2、高頻變壓器3、自補償高頻整流電路4、輸出電壓5、控制及驅動電路6和供電電路7。具體連接關係是:如圖1中，供電電路7直接取電自輸入電壓1，為控制及驅動電路6提供電能。控制及驅動電路6輸出驅動脈衝直接驅動高頻逆變電路2 ;高頻逆變電路2對輸入電壓I進行逆變並輸出高頻交流信號，該信號經過高頻變壓器3傳輸到自補償高頻整流電路4，自補償高頻整流電路4將高頻交流信號變換為直流信號，同時實現整流二極體壓降自補償得到輸出電壓5。
[0022]圖2中，聞頻逆變電路2包括開關管Q21、開關管、隔直電容C21、電阻R2I和電阻R22 ;開關管Q21和開關管Q22串聯連接形成半橋電路再並聯在輸入電容C11兩端，串聯連接點處再經過隔直電容C21與高頻變壓器3相連。電阻R21和電阻R22分別接在開關管Q21和開關管Q22的驅動側。由於控制及驅動電路6的驅動信號佔空比接近50%，高頻逆變電路2的脈衝輸出經過隔直電容C21的作用在變壓器原邊得到平均值為零且幅值為Vin/2的方波信號。
[0023]高頻變壓器T31的原邊有兩個抽頭，分別為Wm和WP12，原邊繞組與高頻逆變電路2的兩個接線端子依次電連接，連接關係為=Wpn接P1, Wp12接P2。高頻變壓器T31的副邊為一個帶中心抽頭的繞組，三個抽頭分別為WS11、WS12和WS13。副邊繞組的三個抽頭分別與自補償高頻整流電路4的三個接線端子依次電連接，接線關係為:WS11接高頻變壓器T31的匝比為/7:1:1。
[0024]自補償高頻整流電路4包括整流二極體D41、濾波電容C41、整流二極體D42、濾波電容C42和輸出電容C43。整流二極體D41和整流二極體D42採用型號相同的高頻二極體，二極體的導通壓降為VD。整流二極體D41和濾波電容C41構成一個半波整流電路，濾波電容C41兩端電壓H/n_\，整流二極體D42和濾波電容C42構成另一個半波整流電路，濾波電容C42兩端電壓Vtj2=Vin/(2X/?)-Vd。濾波電容C41和濾波電容C42的負端直接相連形成公共端。輸出電容C43的負端與濾波電容C42的正端相連，輸出電容C43的正端與濾波電容C41的正端相連，這種連接方式可以實現整流二極體壓降的自動消除，在輸出電容C43兩端得到不含整流二極體壓降的輸出電壓5，輸出電壓Vtj=H2=VinZ^X/?)。
[0025]控制及驅動電路6中的控制晶片U61選用SG3525，其外圍電路分別接有電阻R61、時鐘電阻R62、電阻R63、時鐘電容C61、電容C62、電容C63和電容C64。驅動晶片U62選用IR2110，其外圍電路接有二極體D61、電容C65、電容C66和電容C67。控制晶片U61的時鐘頻率是通過時鐘電阻R62和時鐘電容C61來調節的，其兩路驅動輸出Awt和Btjut分別與驅動晶片U62的LIN和HIN直接相連。
[0026]供電電路7包含電容C71、電容C72、穩壓管Z71和電阻R71。電阻R71並聯在電容Cn兩端，穩壓管Z71並聯在電容C72兩端。電容C71和電容C72串聯連接，電容C71的正端與輸入電壓I的正端相連，電容C72的負端與輸入電壓I的負端相連，由電容C72向控制及驅動電路6提供電能。
[0027]實施例2 與實施例1相同之處不再贅述，不同之處在於:本實施例使用時，除了高頻變壓器T32與實施例1的高頻變壓器T31不同，其餘的結構和連接關係均相同。
[0028]高頻變壓器T32的原邊有兩個抽頭，分別為Wm和WP22，原邊繞組與高頻逆變電路2的兩個接線端子依次電連接，連接關係為=Wp21接P1, Wp22接P2。高頻變壓器T32的副邊為兩個匝數相同的繞組，四個抽頭分別為WS21、WS22、WS23和Ws24，其中Ws22和Ws23直接連接形成中間抽頭。副邊繞組的三個抽頭再分別與自補償高頻整流電路4的三個接線端子依次電連接，接線關係為=Ws21接P3，Ws22接P4，Ws24接P5。高頻變壓器T32的匝比為/7:1:1。
[0029]以上所述是結合具體的優選實施方式對本發明所做的進一步說明，已經體現出本發明實質性特點和進步，可根據實際的使用需要，在本發明的啟示下，對其進行形狀、結構等方面的等同修改，均在本方案的保護範圍之列。
【權利要求】
1.一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，其特徵在於:包括輸入電壓端(I)、高頻逆變電路(2 )、高頻變壓器(3 )、自補償高頻整流電路(4 )、輸出電壓端(5 )、控制及驅動電路(6)和供電電路(7);供電電路(7)與輸入電壓(I)端相連以為控制及驅動電路(6)提供電能；控制及驅動電路(6)與高頻逆變電路(2)相連，控制及驅動電路(6)輸出驅動脈衝直接驅動高頻逆變電路(2);高頻逆變電路(2)與輸入電壓端(I)連接，以對輸入電壓進行逆變並輸出高頻交流信號，該信號經過高頻變壓器(3)傳輸到自補償高頻整流電路(4)，自補償高頻整流電路(4)將高頻交流信號變換為直流信號，同時實現整流二極體壓降自補償得到輸出電壓端(5)的輸出電壓。
2.根據權利要求1所述的一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，其特徵在於:高頻逆變電路(2)包括開關管Q21、開關管Q22、隔直電容C21、電阻R21和電阻R22 ;開關管Q21和開關管Q22串聯連接形成半橋電路再並聯在輸入電容C11兩端，串聯連接點處再經過隔直電容C21與高頻變壓器(3)相連；電阻R21和電阻R22分別接在開關管Q21和開關管Q22的驅動側。
3.根據權利要求1所述的一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，其特徵在於:高頻變壓器(3)的副邊為一個帶中心抽頭的繞組或兩個匝數相同的繞組；當副邊為一個帶中心抽頭的繞組時，副邊繞組的三個抽頭分別與自補償高頻整流電路(4)的三個接線端子依次電連接；當副邊為兩個匝數相同的繞組時，兩個副邊繞組的異名端直接相連形成中間抽頭，再與另外兩個抽頭一起，分別與自補償高頻整流電路(4)的三個接線端子依次電連接。
4.根據權利要求1所述的一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，其特徵在於:自補償高頻整流電路(4)包括整流二極體D41、濾波電容C41、整流二極體D42、濾波電容C42和輸出電容C43 ;整流二極體D41和整流二極體D42採用型號相同的高頻二極體；整流二極體D41和濾波電容C41構成一個半波整流電路，整流二極體D42和濾波電容C42構成另一個半波整流電路；濾波電容C41和濾波電容C42的負端直接相連形成公共端；輸出電容C43的負端與濾波電容C42的正端相連，輸出電容C43的正端與濾波電容C41的正端相連，以實現整流二極體壓降的自動消除，並在輸出電容C43兩端得到不含整流二極體壓降的輸出電壓端(5)的輸出電壓。
5.根據權利要求1所述的一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，其特徵在於:控制及驅動電路(6)輸出兩路佔空比相同且在45%至55%之間、相位相差180度的兩路頻率可調的驅動脈衝信號，一路驅動脈衝信號經過高頻逆變電路(2)電阻R21與開關管Q21的門極相連，另一路驅動脈衝信號經過高頻逆變電路(2)電阻R22與開關管Q22的門極相連。
6.根據權利要求5所述的一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，其特徵在於:控制及驅動電路(6)包括控制晶片U61、驅動晶片U62、控制晶片外圍電路、驅動晶片外圍電路，控制晶片U61輸出兩路驅動脈衝並與驅動晶片U62信號輸入引腳直接相連；控制晶片外圍電路包括時鐘電阻R62和時鐘電容C61，所述的控制及驅動電路(6)的時鐘頻率通過時鐘電阻R62和時鐘電容C61調節。
7.根據權利要求6所述的一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，其特徵在於:控制晶片U61選用SG3525，控制晶片外圍電路包括電阻R61、時鐘電阻R62、電阻R63、時鐘電容C61、電容C62、電容C63和電容C64，所述的電阻R61、時鐘電阻R62、電阻R63、時鐘電容C61、電容c62、電容C63 —端與控制晶片U61對應的引腳相連，電阻R61、時鐘電阻R62、時鐘電容c61、電容C62、電容C63的另一端為接地端，所述的電阻R63通過電容C64接地，所述的電容C63 —端與電阻R63的控制晶片U61連接端電連接，電容C63的另一端為接地端；所述的驅動晶片U62選用IR2110，驅動晶片外圍電路包括二極體D61、電容C65、電容C66和電容C67 ;所述的二極體D61、電容C65、電容C66和電容C67分別與驅動晶片U62的引腳相連。
8.根據權利要求1所述的一種無源無損高頻磁隔離型直流電壓檢測電路，其特徵在於:供電電路(7)包含電容C71、電容C72、穩壓管Z71和電阻R71 ;電阻R71並聯在電容C71兩端，穩壓管Z71並聯在電容C72兩端；電容C71和電容C72串聯連接，電容C71的正端與輸入電壓(O的正端相連，電容C72的負端與輸入電壓(I)的負端相連，由電容C72向控制及驅動電路(6)提供電能。
【文檔編號】G01R15/14GK104280592SQ201410517472
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】陳申, 張明瑋, 尹濤, 張卡飛, 葛文濤, 林偉傑, 馮芬, 季似宣, 廉晨龍 申請人:臥龍電氣集團股份有限公司, 臥龍電氣集團杭州研究院有限公司