一種電流電壓轉換器的製作方法

2023-05-25 20:35:51

專利名稱：一種電流電壓轉換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種I/V (電流/電壓)轉換器的電路結構。
背景技術：
洩漏電流的洩漏全電流(以下簡稱全電流)包含了容性洩 漏電流(以下簡稱容性電流)和阻性洩漏電流(以下簡稱阻性電流)兩個部分。其中阻性電流是真正反映洩漏電流運行狀態的技術參數。由於阻性電流的檢測常規上必須採樣全電流和電壓，通過計算電壓和全電流的夾角，然後利用三角函數關係推算出阻性電流。阻性電流通常情況下只佔全電流的10%—15%，經過兩次乘法計算得出的阻性電流值誤差已經比較大。造成常規檢測方法的兩個致命缺陷
1、檢測精度較差、無法真實反映洩漏電流工作狀態；
2、檢測成本較高，由於需要使用採樣電壓的高壓PT，無法推廣。

發明內容
為了解決上述現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種高精度、高穩定度的I/V(電流/電壓)轉換器電路，以提供Ι/v轉換器足夠大的線性動態範圍，從而解決刀片式位置探測器的測量精度和重複性的問題。本發明所述的一種電流/電壓轉換器電路，它包括依次連接的緩衝器電路、一積分電路、一比較電路、一複合脈衝電路、一脈衝放大電路和一濾波整流電路，還包括一連接在所述積分電路的輸入端與地之間的多段取樣電路，其中，所述多段取樣電路接收一外部輸入的電流信號，所述比較電路還接收一外部輸入的閾值電壓信號，所述複合脈衝電路還接收一外部輸入的載波脈衝，所述濾波整流電路輸出一隔離大電壓信號。在上述的I/V轉換器電路中，所述多段取樣電路包括在其各自的第一端串聯的一第一取樣開關和一第一取樣電阻、串聯的一第二取樣開關和一第二取樣電阻、串聯的一第三取樣開關和一第三取樣電阻以及串聯的一第四取樣開關和一第四取樣電阻，其中，所述第一至第四取樣開關的第二端相連至所述積分電路的輸入端，並接收所述電流信號，所述第一至第四取樣電阻的第二端分別接地。所述緩衝器電路的的輸入端與所述第四取樣開關的第二端相連，輸出端與所述積分電路通過一第五電阻相連；
所述積分電路包括一第一運算放大器，該第一運算放大器的一輸入端通過一第五電阻與所述緩衝器電路的輸出端相連，其另一輸入端通過一第一電容與該第一運算放大器的輸出端相連。所述比較電路包括一第二運算放大器，該第二運算放大器的一輸入端與所述第一運算放大器的輸出端連接，其另一輸入端接收所述閾值電壓信號。所述複合脈衝電路包括一與門，該與門的一輸入端與所述第二運算放大器的輸出端連接，其另一輸入端接收所述載波脈衝。所述脈衝放大電路包括一達林頓管、一第一二極體和一變壓器，且該變壓器包括一初級線圈和一次級線圈，所述達林頓管的基極與所述與門的輸出端連接，其射極接地，其集電極與所述第一二極體的正極連接，所述變壓器的初級線圈的兩端分別連接在所述第一二極體的正負兩極。所述濾波整流電路包括一第二二極體、一第二電容和一第六電阻，所述第二二極體的正極與所述變壓器的次級線圈的一端連接，其負極分別經過所述第二電容和第六電阻與所述次級線圈的另一端連接至地。在上述的I/V轉換器電路中，所述第一取樣電阻的阻值分別是所述第二至第四取樣電阻的阻值的二倍、四倍和八倍。
由於採用了上述的技術解決方案，本發明通過採用多段取樣電路對洩漏電流信號實施多個線性段內的取樣，從而取得對應的取樣電壓信號，並使該取樣電壓信號依次經過積分電路、比較電路、複合脈衝電路、脈衝放大電路和濾波整流電路後形成與電流信號成正比的隔離大電壓信號，以保證大範圍的Ι/v轉換器的線性度，並使其工作穩定、誤差減小，從而洩漏的測量精度和重複性提高。


圖I是本發明所述一種I/V轉換器的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的具體實施例進行詳細說明。如圖I所示，本發明所述的一種I/V (電流/電壓)轉換器，它包括依次連接的緩衝器電路、一積分電路2、一比較電路3、一複合脈衝電路4、一脈衝放大電路5和一濾波整流電路6，還包括一連接在積分電路2的輸入端與地之間的多段取樣電路I。其中，多段取樣電路I包括在各自的第一端串聯的第一取樣開關Kl和第一取樣電阻RU串聯的第二取樣開關K2和第二取樣電阻R2、串聯的第三取樣開關K3和第三取樣電阻R3以及串聯的第四取樣開關K4和第四取樣電阻R4。其中，第一至第四取樣開關Kl至K4的第二端相連至積分電路2的輸入端，並接收一外部輸入的電流信號I。第一至第四取樣電阻Rl至R4的第二端分別接地，且第一取樣電阻Rl的阻值分別是第二至第四取樣電阻R2至R4的阻值的二倍、四倍和八倍，即R1=2R2=4R3=8R4 (在本實施例中，設定第一取樣電阻Rl的阻值為100ΚΩ )。因此，通過不同的取樣開關，即第一至第四取樣開關Kl至K4的閉合狀態組合，能形成不同的阻值來對電流信號I進行取樣，並在A點處形成與之一一對應的取樣電壓信號。緩衝器電路的輸入端與第四取樣開關K4的第二端相連，輸出端與所述積分電路2通過一第五電阻R5相連。積分電路2包括一第一運算放大器Al，該第一運算放大器Al的一輸入端通過第五電阻R5與緩衝器電路B的輸出端相連,其另一輸入端通過一第一電容Cl與該第一運算放大器Al的輸出端相連,並在B點處形成一鋸齒波的積分電壓信號。在本實施例中,設定由第五電阻R5和第一電容Cl組成的積分常數τ= R5XCl=50uS,遠小於電流信號I的變化。
比較電路3包括一第二運算放大器A2，該第二運算放大器A2的一輸入端與第一運算放大器Al的輸出端連接，其另一輸入端接收一外部輸入的閾值電壓信號Vf，即第二運算放大器A2將B點處形成的鋸齒波的積分電壓信號與閥值電壓信號Vf (在本實施例中，設定Vf=5V)比較，並在其輸出端，即C點處形成一脈衝寬度與電流信號I成正比的PWM脈衝波形。複合脈衝電路4包括一與門F，該與門F的一輸入端與第二運算放大器A2的輸出端連接，其另一輸入端接收一外部輸入的載波脈衝Fe，即與門F將C點處形成的PWM脈衝波形與載波脈衝Fe (在本實施例中，設定Fc=10KHz)合成，並在其輸出端，即D點處形成一載波PWM脈衝。脈衝放大電路5用於將D點處的載波PWM脈衝驅動放大，並隔離輸出。脈衝放大電路5包括一達林頓管BG、一第一二極體Dl和一變壓器T，且變壓器T進一步包括一初級線圈Tl和一次級線圈T2，達林頓管BG的基極與與門F的輸出端連接，其射極接地，其集電極與第一二極體Dl的正極連接，變壓器T的初級線圈Tl的兩端分別連接在第一二極體Dl的正負兩極。·濾波整流電路6用於將載波PWM脈衝轉換成E點處的與電流信號I成正比的隔離大電壓信號。濾波整流電路6包括一第二二極體D2、一第二電容C2和一第六電阻R6 (在本實施例中，設定第二電容C2=47U，第六電阻R6=200K Ω )，第二二極體D2的正極與變壓器T的次級線圈T2的一端連接，其負極分別經過第二電容C2和第六電阻R6與次級線圈T2的
另一端連接至地。綜上所述，本發明可以對洩漏電流信號I實施多個線性段內的取樣，並取得與電流信號I成正比的隔離大電壓信號，以保證大範圍的Ι/v轉換器的線性度，並使其工作穩定、誤差減小，從而使測量精度和重複性提高。以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的範圍作為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種電流電壓轉換器，其特徵在於，所述轉換器電路包括依次連接的緩衝器電路、一積分電路、一比較電路、一複合脈衝電路、一脈衝放大電路和一濾波整流電路，還包括一連接在所述積分電路的輸入端與地之間的多段取樣電路，其中，所述多段取樣電路接收一外部輸入的電流信號，所述比較電路還接收一外部輸入的閾值電壓信號，所述複合脈衝電路還接收一外部輸入的載波脈衝，所述濾波整流電路輸出一隔離大電壓信號。
2.根據權利要求I所述的電流電壓轉換器，其特徵在於， 所述多段取樣電路包括在各自的第一端串聯的一第一取樣開關和一第一取樣電阻、串聯的一第二取樣開關和一第二取樣電阻、串聯的一第三取樣開關和一第三取樣電阻，以及串聯的一第四取樣開關和一第四取樣電阻，其中，所述第一至第四取樣開關的第二端相連至所述積分電路的輸入端，並接收所述電流信號，所述第一至第四取樣電阻的第二端分別接地。
3.根據權利要求2所述的電流電壓轉換器，其特徵在於， 所述緩衝器電路的的輸入端與所述第四取樣開關的第二端相連，輸出端與所述積分電路通過一第五電阻相連； 所述積分電路包括一第一運算放大器，該第一運算放大器的一輸入端通過一第五電阻與所述緩衝器電路的輸出端相連，其另一輸入端通過一第一電容與該第一運算放大器的輸出端相連。
4.根據權利要求3所述的電流電壓轉換器，其特徵在於， 所述比較電路包括一第二運算放大器，該第二運算放大器的一輸入端與所述第一運算放大器的輸出端連接，其另一輸入端接收所述閾值電壓信號。
5.根據權利要求4所述的電流電壓轉換器，其特徵在於， 所述複合脈衝電路包括一與門，該與門的一輸入端與所述第二運算放大器的輸出端連接，其另一輸入端接收所述載波脈衝。
6.根據權利要求5所述的電流電壓轉換器，其特徵在於， 所述脈衝放大電路包括一達林頓管、一第一二極體和一變壓器，且該變壓器包括一初級線圈和一次級線圈，所述達林頓管的基極與所述與門的輸出端連接，其射極接地，其集電極與所述第一二極體的正極連接，所述變壓器的初級線圈的兩端分別連接在所述第一二極體的正負兩極。
7.根據權利要求6所述的電流電壓轉換器，其特徵在於， 所述濾波整流電路包括一第二二極體、一第二電容和一第六電阻，所述第二二極體的正極與所述變壓器的次級線圈的一端連接，其負極分別經過所述第二電容和第六電阻與所述次級線圈的另一端連接至地。
8.根據權利要求Γ7中任意一項所述的電流電壓轉換器，其特徵在於，所述第一取樣電阻的阻值分別是所述第二至第四取樣電阻的阻值的二倍、四倍和八倍。
全文摘要
本發明涉及一種電流電壓轉換器，它包括依次連接的緩衝器電路、一積分電路、一比較電路、一複合脈衝電路、一脈衝放大電路和一濾波整流電路，還包括一連接在所述積分電路的輸入端與地之間的多段取樣電路，其中，所述多段取樣電路接收一外部輸入的電流信號，所述比較電路還接收一外部輸入的閾值電壓信號，所述複合脈衝電路還接收一外部輸入的載波脈衝。本發明可以通過採用多段取樣電路對電流信號實施多個線性段內的取樣，並取得與電流信號成正比的隔離大電壓信號，從而保證了大範圍的I/V轉換器的線性度，並使其工作穩定、誤差減小。
文檔編號G01R15/14GK102944724SQ20121052052
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者盛守貧, 王勤, 周彥, 陶燕 申請人:上海市電力公司, 國家電網公司