專利名稱：一種高共模電壓模擬信號的數(shù)字隔離采樣電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力電子與電力傳動控制單元中高共模電壓的電壓、電流等模擬量采樣隔離應(yīng)用，技術(shù)領(lǐng)域?qū)俟I(yè)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力電子與電力傳動的控制單元是電力電子與電力傳動設(shè)備功率單元回路的監(jiān)測、控制、通訊中樞，其通過對功率單元的電壓量、電流量、狀態(tài)量等進(jìn)行檢測、采樣，依據(jù)一定的控制算法進(jìn)行計算，根據(jù)計算結(jié)果輸出一定的驅(qū)動脈沖，控制功率單元回路中功率器件的開關(guān)行為?？梢?，各種電氣量的可靠、準(zhǔn)確采樣，對于控制單元的運算顯得尤為重要?？刂茊卧獙β蕟卧碾妷弘娏鞯饶M量采樣時，需要進(jìn)行電氣隔離，否則，功率 單元的干擾信號很容易進(jìn)入控制單元，一方面影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，另一方面對控制單元的可靠性產(chǎn)生影響。例如，當(dāng)功率回路承受浪涌沖擊時，浪涌信號能進(jìn)入控制單元，可能損壞控制單元的元器件。控制單元與功率單元的輸入模擬量隔離后，兩者之間可能出現(xiàn)很高的共模電壓，如果隔離強(qiáng)度不夠的話，同樣影響控制單元的可靠性。目前，采用模擬隔離的方式有霍爾元件隔離、隔離運放、線性光耦等器件進(jìn)行隔離，但他們存在飽和、精度、帶寬、溫漂、中間環(huán)節(jié)誤差等局限性。也有采用數(shù)字隔離的方式，例如，壓頻轉(zhuǎn)換器(VFC)，其抗干擾性能好，適合遠(yuǎn)距離傳輸，但傳輸速度慢，不適合快速變化的信號。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是解決電力電子與電力傳動控制單元中模擬量的隔離采樣問題。為了實現(xiàn)上述功能，本實用新型提供以下技術(shù)方案一種高共模電壓模擬信號的數(shù)字隔離采樣電路，其特征在于，包括運算放大器，對模擬信號輸入側(cè)的模擬信號進(jìn)行放大，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將經(jīng)所述運算放大器放大輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出通過數(shù)字信號隔離器件隔離后送至控制單元的處理器接□。所述數(shù)字信號隔離器件為光耦、磁性隔離器件或射頻隔離器件。由隔離電源轉(zhuǎn)換模塊為模擬信號輸入側(cè)的運算放大器或模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供電源。所述隔離電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入從所述處理器側(cè)的電源接入。本技術(shù)方案是直接在功率單元的模擬量取樣回路上對模擬信號進(jìn)行運算放大，然后送入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字信號經(jīng)高隔離電壓的隔離器件，送至控制單元的處理器接口，由處理器進(jìn)行計算處理。運放放大器(OP)和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的供電由高隔離電壓的電源轉(zhuǎn)換模塊提供。在隔離前對模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換可以有效的解決隔離器件存在的飽和、非線性、帶寬限制、溫漂等問題，提高采樣的精度。本實用新型的工作原理如下功率回路的電壓電流等模擬信號流經(jīng)檢測電阻，檢測電阻上的電壓信號即是需要進(jìn)行采樣的電氣量。該電氣量經(jīng)運算放大器(OP)進(jìn)行放大或縮小，其最終的幅值與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)位數(shù)及量程相關(guān)。經(jīng)運算放大器(OP)調(diào)理后的模擬信號，送入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入接口，經(jīng)內(nèi)部的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換處理后，輸出與模擬信號對應(yīng)的一些列數(shù)字信號，這些信號可以采用不同的編碼方式。這些數(shù)字信號通過隔離器件隔離后，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后，直接送入處理器側(cè)的CPU的相應(yīng)接口。模擬信號側(cè)的OP和ADC的供電由一個高隔離電壓的電源轉(zhuǎn)換模塊提供。處理器側(cè)與模擬信號輸入側(cè)有很高的隔離電壓，可以提高電路承受的共模電壓能力，具有很高的抗干擾性能。本實用新型所達(dá)到的有益效果I)實現(xiàn)了功率單元采樣側(cè)與控制單元的處理器側(cè)的電氣隔離；2)隔離電壓高，耐受共模電壓能力強(qiáng)，抗干擾性能強(qiáng)；3)靈活性高，具體實現(xiàn)的器件選擇范圍寬；4)本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；5)推廣性好，可用于其他類似應(yīng)用場合。

圖I是高共模電壓模擬信號的數(shù)字隔離采樣的原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)一步說明，圖I是一種高共模電壓模擬信號的數(shù)字隔離采樣方法的原理框圖，主要包含三個內(nèi)容，分別為模擬信號側(cè)的信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號隔離器件以及隔離電源轉(zhuǎn)換模塊。模擬信號側(cè)(功率單元側(cè))的信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換主要由運算放大器(OP)和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)組成。運算放大器(OP)的選擇根據(jù)模擬信號的特點選擇，可以是單電源供電，可以是雙電源供電，帶寬可高可低，也可以是特殊的運放，例如儀表運放；模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的選擇也很廣泛，轉(zhuǎn)換速度、位數(shù)等都不受限。數(shù)字信號隔離器件是信號隔離的關(guān)鍵，主要采用光耦隔離和磁隔離兩種方式。隔離電壓要根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。例如，很多光耦隔離器的隔離電壓都能達(dá)到5000VAC以上。隔離電源轉(zhuǎn)換模塊是為模擬信號側(cè)的器件提供電源，同理，它的隔離電壓技術(shù)指標(biāo)也要與數(shù)字隔離器件的相同，才能滿足應(yīng)用需求。目前，已有芯片廠家能實現(xiàn)5000VAC隔離電壓等級的模塊產(chǎn)品。隔離電源的輸出可以根據(jù)需要，進(jìn)行降壓、升壓、反轉(zhuǎn)等處理。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種高共模電壓模擬信號的數(shù)字隔離采樣電路，其特征在于，包括 運算放大器，對模擬信號輸入側(cè)的模擬信號進(jìn)行放大， 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將經(jīng)所述運算放大器放大輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出通過數(shù)字信號隔離器件隔離后送至控制單元的處理器接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高共模電壓模擬信號的數(shù)字隔離采樣電路，其特征在于，所述數(shù)字信號隔離器件為光耦、磁性隔離器件或射頻隔離器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高共模電壓模擬信號的數(shù)字隔離采樣電路，其特征在于，由隔離電源轉(zhuǎn)換模塊為模擬信號輸入側(cè)的運算放大器或模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高共模電壓模擬信號的數(shù)字隔離采樣電路，其特征在于，所述隔離電源轉(zhuǎn)換模塊的輸入從所述處理器側(cè)的電源接入。
專利摘要本實用新型公開了一種高共模電壓模擬信號的數(shù)字隔離采樣電路，模擬信號側(cè)采用運算放大器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對信號進(jìn)行調(diào)理和轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過高隔離電壓的光耦或磁性元器件隔離后，送至控制單元的處理器。實現(xiàn)了功率單元采樣側(cè)與控制單元的處理器側(cè)的電氣隔離；隔離電壓高，耐受共模電壓能力強(qiáng)，抗干擾性能強(qiáng)；靈活性高，具體實現(xiàn)的器件選擇范圍寬；本技術(shù)方案結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；推廣性好，可用于其他類似應(yīng)用場合。
文檔編號G01R19/25GK202710653SQ20122036647
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者周華良, 夏雨, 楊志宏, 汪世平, 胡鈺林 申請人:國電南瑞科技股份有限公司