技术领域
[0001] 本实用新型涉及电源控制技术领域，尤其涉及一种隔离式交流电压检测电路。
背景技术
[0002] 电压检测是检测主回路中电压的电路，但是需要保证低压侧与高压测的隔离，系统才能正常工作，不被高压侧的噪声干扰。在主回路中
串联电阻降压，通过电压变比来实现电压检测能达到较高
精度，但是高压侧与低压侧直接共地，使得高压侧噪声极易耦合到低压侧使得系统失效，所以需要隔离的电压检测方案。
[0003] 现有的隔离检测方案中采用电压互感器，实现电压的变换与隔离，通过二次侧电压值与电压互感器变比来实现电压检测。但是由于互感器的
磁滞效应与零点干扰，使得电压检测的精度、灵敏度、响应
频率均受到限制。
发明内容
[0004] 为了克服隔离电压检测中存在的精度低、零点不稳定、灵敏度不高、响应频率受到限制的问题，本新型提供一种隔离式的交流电压检测电路，解决了采用电压互感器进行
电流检测时存在的问题，提升了检测精度、稳定了零点值、提高了灵敏度、扩大了响应频率。
[0005] 为了实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案为：
[0006] 设计一种隔离式交流电压检测电路，它包括：
[0007] 电压差分放大电路，与待测交流电连接，用于对交流电压
信号进行差分放大并输出，
[0008]
模数转换电路，与电压差分放大电路的输出端连接，用于将
模拟信号转换为
数字信号；
[0009] 数字隔离电路，与模数转换电路的输出端连接并作为输出端；
[0010] 供电电路，与所述电压差分放大电路、模数转换电路以及数字隔离电路连接并为三者提供电源。
[0011] 所述供电电路包括线性稳压芯片U1，电阻R1、电阻R2，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5，
二极管D1、二极管D2、二极管D3；
[0012] 其中，线性稳压芯片U1型号为ASM1117-3.3，待测交流电压的一端接GND，另一端接电阻R2；电阻R2的输出端接电阻R1与电容C3并联后的输入端，电阻R1与电容C3并联后的输出端接二极管D1的
阳极与二极管D3的
阴极，二极管D3的阳极接GND，二极管D1的阴极接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接GND，二极管D2的阴极接线性稳压芯片U1的输入端；
[0013] 性稳压芯片U1的接地端接GND，性稳压芯片U1的输出端为输出口VCC；电容C1与电容C4并联后的一端接线性稳压芯片U1的输入端，另一端接GND；
[0014] 电容C5与电容C2并联，电容C5与电容C2并联后的一端接线性稳压芯片U1的输出端VCC，另一端接GND。
[0015] 在本电路中，电阻R1、电阻R2与电容C3构成阻容电压电路，二极管D1与二极管D3构成半波电路，二极管D2构成稳压电路，线性稳压芯片输出稳定、纹波较小的电压。
[0016] 所述电压差分放大电路包括
运算放大器U4、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C6、电容C8、电容C9、电容C10、稳压二极管D4；
[0017] 其中，
运算放大器U4型号为A二极管D8628，电阻R5与电阻R6串联，串联后的一端接待测交流的L输入端，串联后的另一端接运算放大器U4
反相输入端；
[0018] 电阻R3与电容C6并联后的一端接运算放大器U4的反相输入端，另一端接运算放大器U4输出端，构成
负反馈放大回路；稳压二极管D4的阴极接运算放大器U4反相输出端，稳压二极管D4的阳极接GND；
[0019] 电阻R4一端接供电电路的输出端VCC，电阻R4的另一端接运算放大器U4的同相输入端；电阻R8的一端接运算放大器U4的反相输入端，电阻R8的另一端接GND；电容C9的一端接运算放大器U4同相输入端，电容C9的另一端接GND；
[0020] 运算放大器U4的电源正极接供电电路的输出端VCC，运算放大器U4的电源负极接GND，电容C10的一端接供电电路的输出端VCC，电容C10的另一端接GND；电阻R7的一端接运算放大器U4的输出端，电阻R7的另一端作为电压差分放大电路的输出端；电容C8的一端接电压差分放大电路的输出端，另一端接GND。
[0021] 所述模数转换电路包括模数转换芯片U3、电容C7，其中模数转换芯片U3型号为AD7685；其中，电容C7的一端接供电电路的输出端VCC，电容C7的另一端接GND；模数转换芯片U3的差分输入正
接口接差分放大电路的输出端，模数转换芯片U3的差分输入负接口接GND，模数转换芯片U3的参考电压接口与模数转换芯片U3的芯片电源正接口接供电电路的输出端VCC，模数转换芯片U3的电源负接口接GND；模数转换芯片U3的数字
通信接口与数字隔离电路的输入输出接口相连。
[0022] 所述数字隔离电路包括数字隔离芯片U2、电容C11，其中，数字隔离芯片型号为A二极管DUM1301；其中，电容C11一端接供电电路的输出端VCC和数字隔离芯片U2的，电容C11的另一端接GND，数字隔离芯片U2的单侧电源VDD2接口、GND2接口分别与供电电路的输出端VCC和GND连接，数字隔离芯片U2的输入与输出接口与模数转换电路的接口一致。
[0023] 本实用新型的有益效果在于：
[0024] 本实用新型采用电阻直接耦合的测量方式，保证了测量精度、零点值
稳定性与测量灵敏度，同时极大扩展了频率响应范围；同时与低压侧采用隔离电源与数字隔离，保证了高压侧与低压侧可靠的隔离性能，抗干扰能
力强。
附图说明
[0025] 图1为本实用新型的电路原理示意图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图和
实施例对本实用新型进一步说明：
[0027] 实施例1：一种隔离式交流电压检测电路，参见图1。
[0028] 它包括供电电路、电压差分放大电路、模数转换电路、数字隔离电路，其所述电压差分放大电路、模数转换电路、数字隔离电路依次串联连接，所述供电电路为电压差分放大电路、模数转换电路以及数字隔离电路提供电源，其电压差分放大电路对待测交流电压信号进行差分放大并输入到模数转换电路的差分输入同相端，其模数转换电路数据接口部分通过数字隔离电路输出。
[0029] 具体来说，本实施例中，上述供电电路包括有线性稳压芯片U1、电阻R1、电阻R2，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5，二极管D1、二极管D2、二极管D3；，其线性稳压芯片U1的型号为ASM1117-3.3，供电电路的
输出电压为VCC。
[0030] 其中，待测交流电压的N端接GND，待测交流电压的L端接电阻R2；电阻R2的输出端接电阻R1与电容C3并联后的输入端，电阻R1与电容C3并联后的输出端接二极管D1的阳极与二极管D3的阴极，二极管D3的阳极接GND，二极管D1的阴极接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接GND，二极管D2的阴极接线性稳压芯片U1的输入端。
[0031] 进一步的，性稳压芯片U1的接地端接GND，性稳压芯片U1的输出端为输出口VCC；电容C1与电容C4并联后的一端接线性稳压芯片U1的输入端，另一端接GND。
[0032] 进一步的，电容C5与电容C2并联，电容C5与电容C2并联后的一端接线性稳压芯片U1的输出端VCC，另一端接GND。
[0033] 在本电路中，电阻R1、电阻R2与电容C3构成阻容电压电路，其中，电阻R1典型值为100欧，电阻R2典型值为940K欧，电容C3典型值为1uF。
[0034] 二极管D1与二极管D3构成半波单向整流电路，二极管D2构成稳压电路实现初步稳压，型号为1N4733A，电容C1与电容C4对线性稳压芯片U1的输入端进行滤波，电容C1与电容C4的典型值为850uF、0.1uF。电容C2与电容C5对线性稳压芯片U1的输出端进行滤波，电容C2与电容C5典型值为47uF、470pF，线性稳压芯片输出稳定、纹波较小的电压。
[0035] 本实施例中，所述电压差分放大电路包括运算放大器U4、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C6、电容C8、电容C9、电容C10、稳压二极管D4。
[0036] 其中，运算放大器U4型号为A二极管D8628，电阻R5与电阻R6串联，串联后的一端接待测交流的L输入端，串联后的另一端接运算放大器U4反相输入端；电阻R3与电容C6并联后的一端接运算放大器U4的反相输入端，另一端接运算放大器U4输出端，构成负反馈放大回路；稳压二极管D4的阴极接运算放大器U4反相输出端，稳压二极管D4的阳极接GND。
[0037] 进一步的，电阻R4一端接供电电路的输出端VCC，电阻R4的另一端接运算放大器U4的同相输入端；电阻R8的一端接运算放大器U4的反相输入端，电阻R8的另一端接GND；电容C9的一端接运算放大器U4同相输入端，电容C9的另一端接GND。
[0038] 进一步的，运算放大器U4的电源正极接供电电路的输出端VCC，运算放大器U4的电源负极接GND，电容C10的一端接供电电路的输出端VCC，电容C10的另一端接GND；电阻R7的一端接运算放大器U4的输出端，电阻R7的另一端作为电压差分放大电路的输出端；电容C8的一端接电压差分放大电路的输出端，另一端接GND。
[0039] 上述电压差分放大电路中，电容C10并联在运算放大器U4两端可减小运算放大器U4的电源谐波，电容C10的典型值为0.1uF；电阻R5与电阻R6的典型值分别为1M欧、1M欧。稳压二极管D4接入反相输入端，为运算放大器U4输入端进行
电压保护，防止瞬态电压击穿，其稳压二极管D4的型号为1N4733A。
[0040] 其电阻R3接入负反馈回路，电阻R3的典型值为10K欧；电容C6与电阻R3并联构成低通
滤波器，可减小高次谐波，电容C6的典型值为1nF。电阻R4与电阻R8串联，两者中点接入运算放大器U4的同相输入端，提供差分放大电路静态工作点与直流偏置，电阻R4与电阻R8的典型值分别为10K欧、10K欧。
[0041] 其电容C9与电阻R8并联，提供高频旁路，减小偏置干扰，电容C9的典型值为0.1uF。电阻R7与电容C8构成
低通滤波器，同时对运算放大器U4输出进行限流保护，电阻R7与电容C8的典型值分别为330欧、4.7nF。
[0042] 在本实施例中，所述模数转换电路包括模数转换芯片U3、电容C7，其中模数转换芯片U3型号为AD7685；其中，电容C7的一端接供电电路的输出端VCC，电容C7的另一端接GND，电容C7起到去除
采样噪声对电源的干扰作用，电容C7的典型值为0.1uF；模数转换芯片U3的差分输入正接口接差分放大电路的输出端，模数转换芯片U3的差分输入负接口接GND，模数转换芯片U3的参考电压接口与模数转换芯片U3的芯片电源正接口接供电电路的输出端VCC，模数转换芯片U3的电源负接口接GND；模数转换芯片U3的数字通信接口与数字隔离电路的输入输出接口相连。
[0043] 在本实施例中，所述数字隔离电路包括数字隔离芯片U2、电容C11，其中，数字隔离芯片型号为A二极管DUM1301；其中，电容C11一端接供电电路的输出端VCC和数字隔离芯片U2的，电容C11的另一端接GND，电容C11起到去除采样噪声对电源的干扰作用，典型值为0.1uF；数字隔离芯片U2的单侧电源VDD2接口、GND2接口分别与供电电路的输出端VCC和GND连接，数字隔离芯片U2的输入与输出接口与模数转换电路的接口一致。
[0044] 参见图1，本实用新型的工作原理如下：
[0045] 输入交流电压的瞬时值大小记为电压U。电阻R4与电阻R8等值电阻分压
电源电压，运算放大器U3的同相端输入电压Vref为：
[0046]
[0047] 电压U与参考电压Vref同时输入运算放大器U4构成的差分放大电路中，获得输出电压Vout，其关系式为：
[0048]
[0049] 将上述关系展开获得：
[0050]
[0051] 获得的电压Vout通过模数转换电路转换为
数字量，通过数字隔离电路发送出去。
[0052] 当电压输入在过零点时，输出的电压大小为Vref；当输入电压为负值时，输出的电压在Vref与Vcc之间线性转换；当输入电压为正值时，输出的电压在Vref与GND之间线性转换。从而能够换算得到实际的电压值。
[0053] 也就是说，本设计的隔离式交流电压检测电路其在工作中，供电电路为电压差分放大电路、模数转换电路以及数字隔离电路三者提供稳定的电压；电压差分放大电路可将待测交流电压进行差分放大并输出至模数转换电路中，而后由模数转换电路对放大后的模拟信号转换为数字信号，此后通过数字隔离电路输出，该数字隔离电路可解决互感器的磁滞效应与零点干扰，使得电压检测的精度、灵敏度、响应频率均受到限制的技术问题。
[0054] 综上所述，本实用新型所提出的具有隔离功能的交流电压检测电路，其能保证较高的检测精度，零点值稳定，灵敏度较高，频率响应范围大，还具有较强的隔离能力，能够很好的检测交流电压，并具有很强的抗干扰能力。
[0055] 本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。
