專利名稱：具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路的制作方法
技術領域：
具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路技術領域[0001]本實用新型涉及一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路，特別涉 及各種等級的電壓值測量。
背景技術：
[0002]在電氣科技與電子科技高速發展的今天，基本上所有的電氣與電子控制系統都需 要依靠電壓測量數據來進行工作，因此電壓測量電路在這些電氣與電子控制系統中顯得十 分的重要。[0003]如圖1所示為現有的電壓測量電路，該電壓測量電路由被測電壓源1(UX)、差分運 放采樣電路2 (Ul)和單項電阻分壓電路3組成；單項電阻分壓電路3包括串聯電路和并聯 電路。[0004]所述單項電阻分壓電路3的串聯電路的一端與所述被測電壓源I (UX)的輸入端 連接，該連接處為A點，該被測電壓源I (UX)的輸出端為B點，B點接地。[0005]所述單項電阻分壓電路3的串聯電路的另一端與所述并聯電路的一端連接，該連 接處為C點，該并聯電路的另一端為D點，D點接地。[0006]所述差分運放采樣電路2 (Ul)的正輸入端接入C點，所述差分運放采樣電路2 (Ul)的負輸入端接入D點。[0007]然而由于現有的這種電壓測量電路缺少“電氣隔離”和“抑制強電磁干擾”這兩項 功能；所以在實際使用過程中經常出現的電氣安全事故和電壓測量值失真故障，其詳細分 析如下[0008]I)缺少電氣隔離功能[0009]如圖1所示，由于現有的電壓測量電路中，只在A點至C點之間安裝有具有電氣隔 離功能的串聯電路，串聯電路包括依次串聯的高阻值電阻Rl、R2、R3和R4，而沒有在B點至 D點之間安裝任何具有電氣隔離功能的元器件，從而導致被測電壓源I (UX)的一端直接與 差分運放采樣電路2 (Ul)的負輸入端相連接。[0010]所以，一旦被測電壓源I (UX)出現“誤操作過壓”、“感應雷擊”、“正負極誤操作反 接”等電氣安全事故，差分運放采樣電路2 (Ul)以及連接在差分運放采樣電路2 (Ul)后端 的控制系統也將同時出現電氣安全事故。[0011]由此可知，現有的電壓測量電路缺少電氣隔離功能，其絕緣電阻幾乎為O。[0012]2)缺少抑制強電磁干擾功能[0013]如圖2所示為對現有電壓測量電路電磁干擾分析電路，在現有的電壓測量電路 中，當被測電壓源I (UX)受到干擾源4 (UY)引起的共模干擾時，A點與地之間的電壓 UA=UX+UY, B點與地之間的電壓UB=UY,則A點與B點之間的被測量電壓UAB=UA-UB=UX=U被 測值；A點與B點之間的電壓UAB通過單項電阻分壓電路3縮小K= (R1+R2+R3+R4+R5) /R5倍 后，C點與D之間的電壓U⑶=UAB/K=UX/K，又由于D點與地之間的電壓UD=UY,則C點與地 之間的電壓UC=UX/K+UY。[0014]由于為保證差分運放采樣電路2 (Ul)能進行正常的線性運行，C點與地之間的電壓UC和D點與地之間的電壓UD必須均小于差分運放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓UICMMAX ;而此時C點與地之間的電壓UC大于D點與地之間的電壓UD0[0015]所以只需要C點與地之間的電壓UC小于差分運放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓nCMMAX，即UC=UX/K+UY < UICMMAX,就能讓差分運放采樣電路2 (Ul)進行正常的線性運行。[0016]又由于為保護電壓測量值的精度，C點與D之間的電壓U⑶必須為差分運放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓UICMMAX的O. 6倍左右，即UCD=UX/K ^ O. 6UICMMAX。[0017]所以，如果干擾源4 (UY)引起的共模干擾不強，其干擾幅度UY < O. 4UICMMAX，就能滿足C點與地之間的電壓UC < UICMMAX的條件，讓差分運放采樣電路2 (Ul)進行正常的線性運行，使E點與F點之間的電壓UEF=UC-UD=UX/K ;最終E點與F點之間的電壓UEF通過控制算法放大K倍還原后，所得到的測量電壓U測量值=UEF*K=UX=U被測值，即電壓測量值準確無誤。[0018]而如果干擾源4 (UY)引起的共模干擾過強，其干擾幅度UY > O. 4UICMMAX，就會造成C點與地之間的電壓UC > nCMMAX，讓差分運放采樣電路2 (Ul)進行不正常的非線性運行，使E點與F點之間的電壓UEF失真；最終E點與F點之間的電壓UEF通過控制算法放大 K倍還原后，所得到的測量電壓U測量值=UEF*K Φ U被測值，即電壓測量值失真。[0019]由此可知，現有的電壓測量電路只能抑制干擾幅度小于O. 4UICMMAX的電磁干擾， 而無法抑制干擾幅度大于O. 4UICMMAX的電磁干擾；即現有的電壓測量電路抑制電磁干擾的能力十分有限。實用新型內容有鑒于此，本實用新型要解決的技術問題在于提供一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路，保證整個電壓測量電路既無電氣安全事故，又無電壓測量值失真故障。[0021]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是這樣實現的一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路，所述電壓測量電路包括被測電壓源、差分運放采樣電路及雙項電阻分壓電路；所述雙項電阻分壓電路包括第一單項電阻分壓電路、第二單項電阻分壓電路，第一單項電阻分壓電路包括第一串聯電路和第一并聯電路，第二單項電阻分壓電路包括第二串聯電路和第二并聯電路；所述第一單項電阻分壓電路的第一串聯電路的一端與所述被測電壓源的輸入端連接，另一端與所述第一并聯電路的一端連接，該并聯電路的另一端接地；所述第二單項電阻分壓電路的第二串聯電路的一端與所述被測電壓源的輸出端連接并接地，另一端與所述第二并聯電路的一端連接，該并聯電路的另一端接地； 所述差分運放采樣電路的正輸入端連接在所述第一串聯電路與所述第一并聯電路的串接處；所述差分運放采樣電路的負輸入端連接在所述第二串聯電路與所述第二并聯電路的串接處。[0022]作為優選方案，所述第一串聯電路、第二串聯電路包括兩個以上的電阻依次串聯。[0023]作為優選方案，所述第一串聯電路、第二串聯電路包括依次串聯的電阻數為4個。[0024]作為優選方案，所述第一并聯電路、第二并聯電路包括I個電阻和I個電容并聯。[0025]本實用新型達到的技術效果如下本實用新型具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能 的電壓測量電路對實際測量端的A點與地之間的電壓UA和B點與地之間的電壓UB均進行 了電阻分壓，即雙項電阻分壓電路，這樣既為整個電壓測量電路增加了電氣隔離功能，又為 整個電壓測量電路增加了抑制強電磁干擾功能。


[0026]圖1為現有的電壓測量電路；[0027]圖2為對現有電壓測量電路電磁干擾分析電路；[0028]圖3為本實用新型具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路；[0029]圖4為對本實用新型電壓測量電路電磁干擾分析電路。
具體實施方式
[0030]如圖3所示為本實用新型具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路，該 電壓測量電路包括被測電壓源I (UX)、差分運放采樣電路2 (Ul)及雙項電阻分壓電路5。 其中，雙項電阻分壓電路5包括第一單項電阻分壓電路、第二單項電阻分壓電路，第一單項 電阻分壓電路包括第一串聯電路和第一并聯電路，第二單項電阻分壓電路包括第二串聯電 路和第二并聯電路。[0031]所述第一單項電阻分壓電路的第一串聯電路的一端與所述被測電壓源I (UX)的 輸入端連接，該連接處為A點，另一端與所述第一并聯電路的一端連接，該連接處為C點，該 并聯電路的另一端接地。[0032]所述第二單項電阻分壓電路的第二串聯電路的一端與所述被測電壓源I (UX)的 輸出端連接，該連接處為B點，B點接地；另一端與所述第二并聯電路的一端連接，該連接處 為D點，該并聯電路的另一端接地。[0033]所述差分運放采樣電路2 (Ul)的正輸入端接入C點，所述差分運放采樣電路2 (Ul)的負輸入端接入D點。[0034]所述第一串聯電路、第二串聯電路包括兩個以上的電阻依次串聯。在本實施例中 第一串聯電路、第二串聯電路包括依次串聯的電阻數為4個。所述第一并聯電路、第二并聯 電路包括I個電阻和I個電容并聯。[0035]本實用新型的電壓測量電路將相對于現有的電壓測量電路增加電氣隔離功能和 抑制強電磁干擾功能的詳細介紹如下[0036]I)增加電氣隔離功能[0037]如圖3所示，由于在隔離式抗干擾電壓測量電路中，不但在雙項電阻分壓電路5中 的A點至C點之間安裝有具有電氣隔離功能的第一串聯電路，第一串聯電路包括依次串聯 的高阻值電阻數為4個，分別為電阻Rl、電阻R2、電阻R3和電阻R4，而且在B點至D點之間 也安裝有具有電氣隔離功能的第二串聯電路，第二串聯電路包括依次串聯的高阻值電阻數 為4個，分別為電阻R11、電阻R12、電阻R13和電阻R14，從而使被測電壓源I (UX)與差分 運放采樣電路2 (Ul)被完全隔離開。[0038]所以，即使被測電壓源I (UX)出現“誤操作過壓”、“感應雷擊”、“正負極誤操作反 接”等電氣安全事故，差分運放采樣電路2 (Ul)以及連接在差分運放采樣電路2 (Ul)后端的控制系統也不會同時出現電氣安全事故。[0039]由此可知，本實用新型的電壓測量電路具有電氣隔離功能，其絕緣電阻R絕緣 =R1+R2+R3+R4。[0040]例如當本實用新型的電壓測量電路根據需要選擇Rl、R2、R3和R4的總和為 500k Ω時，本實用新型的電壓測量電路的絕緣電阻R也將為500k Ω。[0041]2)增加抑制強電磁干擾功能[0042]如圖4所示為對本實用新型電壓測量電路電磁干擾分析電路，當被測電壓源I (UX)受到干擾源4 (UY)引起的共模干擾時，A點與地之間的電壓UA=UX+UY，B點與地之間的電壓UB=UY,則A點與B之間的被測量電壓UAB=UA-UB=UX=U被測值；A點與地之間的電壓 UA和B點與地之間的電壓UB通過雙項電阻分壓電路5均縮小K倍后，則C點與地之間的電壓UC= (UX+UY) /K，D點與地之間的電壓UD=UY/K，則C點與D之間的電壓UCD=UAB/K=UX/K。[0043]由于為保證差分運放采樣電路2 (Ul)能進行正常的線性運行，C點與地之間的電壓UC和D點與地之間的電壓UD必須均小于差分運放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓UICMMAX ;而此時C點與地之間的電壓UC大于D點與地之間的電壓UD0[0044]所以只需要C點與地之間的電壓UC小于差分運放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓nCMMAX，即UC=(UX+UY)/K < UICMMAX,就能讓差分運放采樣電路2 (Ul)進行正常的線性運行。又由于為保護電壓測量值的精度，C點與D之間的電壓U⑶必須為差分運放采樣電路2 (Ul)的最大輸入共模電壓UICMMAX的O. 6倍左右，即UCD=UX/K ^ O. 6UICMMAX。[0046]所以，即使干擾源4 (UY)引起的共模干擾過強，只要UY/K < O. 4UICMMAX,即干擾源 4 (UY)的干擾幅度 UY < O. 4UICMMAX*K，其中 K= (R1+R2+R3+R4+R5)/R5 > I，就能滿足 C 點與地之間的電壓UC < UICMMAX的條件，差分運放采樣電路2 (Ul)進行正常的線性運行， 使E點與F點之間的電壓UEF=UC-UD=UX/K ;最終E點與F點之間的電壓UEF通過控制算法放大K倍還原后，所得到的測量電壓U測量值=UEF*K=UX=U被測值，即電壓測量值準確無誤。[0047]由此可知，本實用新型的電壓測量電路能抑制干擾幅度小于O. 4UICMMAX*K的強電磁干擾，其抑制電磁干擾的能力是現有的電壓測量電路的K倍。[0048]例如本實用新型的電壓測量電路和現有的電壓測量電路的差分運放采樣電路2 (Ul)均采用INA114BP，INAl 14BP的的最大輸入共模電壓nCMMAX=13. 5V，那么現有的電壓測量電路只能抑制干擾幅度小于5. 4V的電磁干擾，而本實用新型的電壓測量電路能抑制干擾幅度小于5. 4V*K的電磁干擾，其中K > I。[0049]如圖3和圖4所示，在本實施例中，[0050]I) UX/ (R1+R2+R3+R4+R5) < 20mA, UX/ (R11+R12+R13+R14+R15) < 20mA，其中 UX 為被測電壓源I的電壓值。[0051]2) UX*R5/(R1+R2+R3+R4+R5) < 12V, UX*R15/(R11+R12+R13+R14+R15) < 12V，其中UX為被測電壓源I的電壓值。[0052]3) Rl=Rll, R2=R12, R3=R13, R4=R14, R5=R15 ；[0053]4) R1、R11、R2、R12、R3、R13、R4、R14、R5 和 R15 必須為 RJ 系列高穩定金屬膜固定電阻，單個電阻的額定功率不小于O. 25W，單個電阻的允許誤差為土 1%。[0054]5) R6、R7也應為RJ系列高穩定金屬膜固定電阻，單個電阻的允許誤差為土 1%。[0055]6)差分運放采樣電路2 (Ul)采用INAl 14BP。[0056]7)校正電容 Cl、C2、Cll 均采用 10n/63V。[0057]差分運放采樣電路2 (Ul)中的U1、C1、C2、C11、R6和R7的選配清單如表I所示。[0058]表I
權利要求1.一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路，所述電壓測量電路包括被測電壓源、差分運放采樣電路，其特征在于，所述電壓測量電路還包括雙項電阻分壓電路；所述雙項電阻分壓電路包括第一單項電阻分壓電路、第二單項電阻分壓電路，第一單項電阻分壓電路包括第一串聯電路和第一并聯電路，第二單項電阻分壓電路包括第二串聯電路和第二并聯電路；所述第一單項電阻分壓電路的第一串聯電路的一端與所述被測電壓源的輸入端連接， 另一端與所述第一并聯電路的一端連接，該并聯電路的另一端接地；所述第二單項電阻分壓電路的第二串聯電路的一端與所述被測電壓源的輸出端連接并接地，另一端與所述第二并聯電路的一端連接，該并聯電路的另一端接地；所述差分運放采樣電路的正輸入端連接在所述第一串聯電路與所述第一并聯電路的串接處；所述差分運放采樣電路的負輸入端連接在所述第二串聯電路與所述第二并聯電路的串接處。
2.根據權利要求1所述的具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路，其特征在于，所述第一串聯電路、第二串聯電路包括兩個以上的電阻依次串聯。
3.根據權利要求2所述的具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路，其特征在于，所述第一串聯電路、第二串聯電路包括依次串聯的電阻數為4個。
4.根據權利要求1所述的具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路，其特征在于，所述第一并聯電路、第二并聯電路包括I個電阻和I個電容并聯。
專利摘要本實用新型公開了一種具有電氣隔離和抑制電磁干擾功能的電壓測量電路，該電壓測量電路包括被測電壓源、差分運放采樣電路及雙項電阻分壓電路，所述雙項電阻分壓電路包括第一、第二兩個單項電阻分壓電路，每個單項分壓電路都包括串聯電路和并聯電路；每個單項電阻分壓電路的串聯電路一端分別與所述被測電壓源的輸入輸出端連接，另一端與并聯電路的一端連接，該并聯電路的另一端接地；該被測電壓源的輸出端接地；所述差分運放采樣電路的兩個輸入端分別連接在所述每個串聯電路與并聯電路的串接處。本實用新型電壓測量電路具有電氣隔離和抑制電磁干擾的功能，保證整個電壓測量電路既無電氣安全事故，又無電壓測量值失真故障。
文檔編號G01R15/04GK202837370SQ201220488949
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者李磊, 劉登峰 申請人:北京天誠同創電氣有限公司