专利名称：具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路的制作方法
技术领域：
具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路技术领域[0001]本实用新型涉及一种具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，特别涉 及各种等级的电压值测量。
背景技术：
[0002]在电气科技与电子科技高速发展的今天，基本上所有的电气与电子控制系统都需 要依靠电压测量数据来进行工作，因此电压测量电路在这些电气与电子控制系统中显得十 分的重要。[0003]如图1所示为现有的电压测量电路，该电压测量电路由被测电压源1(UX)、差分运 放采样电路2 (Ul)和单项电阻分压电路3组成；单项电阻分压电路3包括串联电路和并联 电路。[0004]所述单项电阻分压电路3的串联电路的一端与所述被测电压源I (UX)的输入端 连接，该连接处为A点，该被测电压源I (UX)的输出端为B点，B点接地。[0005]所述单项电阻分压电路3的串联电路的另一端与所述并联电路的一端连接，该连 接处为C点，该并联电路的另一端为D点，D点接地。[0006]所述差分运放采样电路2 (Ul)的正输入端接入C点，所述差分运放采样电路2 (Ul)的负输入端接入D点。[0007]然而由于现有的这种电压测量电路缺少“电气隔离”和“抑制强电磁干扰”这两项 功能；所以在实际使用过程中经常出现的电气安全事故和电压测量值失真故障，其详细分 析如下[0008]I)缺少电气隔离功能[0009]如图1所示，由于现有的电压测量电路中，只在A点至C点之间安装有具有电气隔 离功能的串联电路，串联电路包括依次串联的高阻值电阻Rl、R2、R3和R4，而没有在B点至 D点之间安装任何具有电气隔离功能的元器件，从而导致被测电压源I (UX)的一端直接与 差分运放采样电路2 (Ul)的负输入端相连接。[0010]所以，一旦被测电压源I (UX)出现“误操作过压”、“感应雷击”、“正负极误操作反 接”等电气安全事故，差分运放采样电路2 (Ul)以及连接在差分运放采样电路2 (Ul)后端 的控制系统也将同时出现电气安全事故。[0011]由此可知，现有的电压测量电路缺少电气隔离功能，其绝缘电阻几乎为O。[0012]2)缺少抑制强电磁干扰功能[0013]如图2所示为对现有电压测量电路电磁干扰分析电路，在现有的电压测量电路 中，当被测电压源I (UX)受到干扰源4 (UY)引起的共模干扰时，A点与地之间的电压 UA=UX+UY, B点与地之间的电压UB=UY,则A点与B点之间的被测量电压UAB=UA-UB=UX=U被 测值；A点与B点之间的电压UAB通过单项电阻分压电路3缩小K= (R1+R2+R3+R4+R5) /R5倍 后，C点与D之间的电压U⑶=UAB/K=UX/K，又由于D点与地之间的电压UD=UY,则C点与地 之间的电压UC=UX/K+UY。[0014]由于为保证差分运放采样电路2 (Ul)能进行正常的线性运行，C点与地之间的电压UC和D点与地之间的电压UD必须均小于差分运放采样电路2 (Ul)的最大输入共模电压UICMMAX ;而此时C点与地之间的电压UC大于D点与地之间的电压UD0[0015]所以只需要C点与地之间的电压UC小于差分运放采样电路2 (Ul)的最大输入共模电压nCMMAX，即UC=UX/K+UY < UICMMAX,就能让差分运放采样电路2 (Ul)进行正常的线性运行。[0016]又由于为保护电压测量值的精度，C点与D之间的电压U⑶必须为差分运放采样电路2 (Ul)的最大输入共模电压UICMMAX的O. 6倍左右，即UCD=UX/K ^ O. 6UICMMAX。[0017]所以，如果干扰源4 (UY)引起的共模干扰不强，其干扰幅度UY < O. 4UICMMAX，就能满足C点与地之间的电压UC < UICMMAX的条件，让差分运放采样电路2 (Ul)进行正常的线性运行，使E点与F点之间的电压UEF=UC-UD=UX/K ;最终E点与F点之间的电压UEF通过控制算法放大K倍还原后，所得到的测量电压U测量值=UEF*K=UX=U被测值，即电压测量值准确无误。[0018]而如果干扰源4 (UY)引起的共模干扰过强，其干扰幅度UY > O. 4UICMMAX，就会造成C点与地之间的电压UC > nCMMAX，让差分运放采样电路2 (Ul)进行不正常的非线性运行，使E点与F点之间的电压UEF失真；最终E点与F点之间的电压UEF通过控制算法放大 K倍还原后，所得到的测量电压U测量值=UEF*K Φ U被测值，即电压测量值失真。[0019]由此可知，现有的电压测量电路只能抑制干扰幅度小于O. 4UICMMAX的电磁干扰， 而无法抑制干扰幅度大于O. 4UICMMAX的电磁干扰；即现有的电压测量电路抑制电磁干扰的能力十分有限。实用新型内容有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，保证整个电压测量电路既无电气安全事故，又无电压测量值失真故障。[0021]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是这样实现的一种具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，所述电压测量电路包括被测电压源、差分运放采样电路及双项电阻分压电路；所述双项电阻分压电路包括第一单项电阻分压电路、第二单项电阻分压电路，第一单项电阻分压电路包括第一串联电路和第一并联电路，第二单项电阻分压电路包括第二串联电路和第二并联电路；所述第一单项电阻分压电路的第一串联电路的一端与所述被测电压源的输入端连接，另一端与所述第一并联电路的一端连接，该并联电路的另一端接地；所述第二单项电阻分压电路的第二串联电路的一端与所述被测电压源的输出端连接并接地，另一端与所述第二并联电路的一端连接，该并联电路的另一端接地； 所述差分运放采样电路的正输入端连接在所述第一串联电路与所述第一并联电路的串接处；所述差分运放采样电路的负输入端连接在所述第二串联电路与所述第二并联电路的串接处。[0022]作为优选方案，所述第一串联电路、第二串联电路包括两个以上的电阻依次串联。[0023]作为优选方案，所述第一串联电路、第二串联电路包括依次串联的电阻数为4个。[0024]作为优选方案，所述第一并联电路、第二并联电路包括I个电阻和I个电容并联。[0025]本实用新型达到的技术效果如下本实用新型具有电气隔离和抑制电磁干扰功能 的电压测量电路对实际测量端的A点与地之间的电压UA和B点与地之间的电压UB均进行 了电阻分压，即双项电阻分压电路，这样既为整个电压测量电路增加了电气隔离功能，又为 整个电压测量电路增加了抑制强电磁干扰功能。


[0026]图1为现有的电压测量电路；[0027]图2为对现有电压测量电路电磁干扰分析电路；[0028]图3为本实用新型具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路；[0029]图4为对本实用新型电压测量电路电磁干扰分析电路。
具体实施方式
[0030]如图3所示为本实用新型具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，该 电压测量电路包括被测电压源I (UX)、差分运放采样电路2 (Ul)及双项电阻分压电路5。 其中，双项电阻分压电路5包括第一单项电阻分压电路、第二单项电阻分压电路，第一单项 电阻分压电路包括第一串联电路和第一并联电路，第二单项电阻分压电路包括第二串联电 路和第二并联电路。[0031]所述第一单项电阻分压电路的第一串联电路的一端与所述被测电压源I (UX)的 输入端连接，该连接处为A点，另一端与所述第一并联电路的一端连接，该连接处为C点，该 并联电路的另一端接地。[0032]所述第二单项电阻分压电路的第二串联电路的一端与所述被测电压源I (UX)的 输出端连接，该连接处为B点，B点接地；另一端与所述第二并联电路的一端连接，该连接处 为D点，该并联电路的另一端接地。[0033]所述差分运放采样电路2 (Ul)的正输入端接入C点，所述差分运放采样电路2 (Ul)的负输入端接入D点。[0034]所述第一串联电路、第二串联电路包括两个以上的电阻依次串联。在本实施例中 第一串联电路、第二串联电路包括依次串联的电阻数为4个。所述第一并联电路、第二并联 电路包括I个电阻和I个电容并联。[0035]本实用新型的电压测量电路将相对于现有的电压测量电路增加电气隔离功能和 抑制强电磁干扰功能的详细介绍如下[0036]I)增加电气隔离功能[0037]如图3所示，由于在隔离式抗干扰电压测量电路中，不但在双项电阻分压电路5中 的A点至C点之间安装有具有电气隔离功能的第一串联电路，第一串联电路包括依次串联 的高阻值电阻数为4个，分别为电阻Rl、电阻R2、电阻R3和电阻R4，而且在B点至D点之间 也安装有具有电气隔离功能的第二串联电路，第二串联电路包括依次串联的高阻值电阻数 为4个，分别为电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，从而使被测电压源I (UX)与差分 运放采样电路2 (Ul)被完全隔离开。[0038]所以，即使被测电压源I (UX)出现“误操作过压”、“感应雷击”、“正负极误操作反 接”等电气安全事故，差分运放采样电路2 (Ul)以及连接在差分运放采样电路2 (Ul)后端的控制系统也不会同时出现电气安全事故。[0039]由此可知，本实用新型的电压测量电路具有电气隔离功能，其绝缘电阻R绝缘 =R1+R2+R3+R4。[0040]例如当本实用新型的电压测量电路根据需要选择Rl、R2、R3和R4的总和为 500k Ω时，本实用新型的电压测量电路的绝缘电阻R也将为500k Ω。[0041]2)增加抑制强电磁干扰功能[0042]如图4所示为对本实用新型电压测量电路电磁干扰分析电路，当被测电压源I (UX)受到干扰源4 (UY)引起的共模干扰时，A点与地之间的电压UA=UX+UY，B点与地之间的电压UB=UY,则A点与B之间的被测量电压UAB=UA-UB=UX=U被测值；A点与地之间的电压 UA和B点与地之间的电压UB通过双项电阻分压电路5均缩小K倍后，则C点与地之间的电压UC= (UX+UY) /K，D点与地之间的电压UD=UY/K，则C点与D之间的电压UCD=UAB/K=UX/K。[0043]由于为保证差分运放采样电路2 (Ul)能进行正常的线性运行，C点与地之间的电压UC和D点与地之间的电压UD必须均小于差分运放采样电路2 (Ul)的最大输入共模电压UICMMAX ;而此时C点与地之间的电压UC大于D点与地之间的电压UD0[0044]所以只需要C点与地之间的电压UC小于差分运放采样电路2 (Ul)的最大输入共模电压nCMMAX，即UC=(UX+UY)/K < UICMMAX,就能让差分运放采样电路2 (Ul)进行正常的线性运行。又由于为保护电压测量值的精度，C点与D之间的电压U⑶必须为差分运放采样电路2 (Ul)的最大输入共模电压UICMMAX的O. 6倍左右，即UCD=UX/K ^ O. 6UICMMAX。[0046]所以，即使干扰源4 (UY)引起的共模干扰过强，只要UY/K < O. 4UICMMAX,即干扰源 4 (UY)的干扰幅度 UY < O. 4UICMMAX*K，其中 K= (R1+R2+R3+R4+R5)/R5 > I，就能满足 C 点与地之间的电压UC < UICMMAX的条件，差分运放采样电路2 (Ul)进行正常的线性运行， 使E点与F点之间的电压UEF=UC-UD=UX/K ;最终E点与F点之间的电压UEF通过控制算法放大K倍还原后，所得到的测量电压U测量值=UEF*K=UX=U被测值，即电压测量值准确无误。[0047]由此可知，本实用新型的电压测量电路能抑制干扰幅度小于O. 4UICMMAX*K的强电磁干扰，其抑制电磁干扰的能力是现有的电压测量电路的K倍。[0048]例如本实用新型的电压测量电路和现有的电压测量电路的差分运放采样电路2 (Ul)均采用INA114BP，INAl 14BP的的最大输入共模电压nCMMAX=13. 5V，那么现有的电压测量电路只能抑制干扰幅度小于5. 4V的电磁干扰，而本实用新型的电压测量电路能抑制干扰幅度小于5. 4V*K的电磁干扰，其中K > I。[0049]如图3和图4所示，在本实施例中，[0050]I) UX/ (R1+R2+R3+R4+R5) < 20mA, UX/ (R11+R12+R13+R14+R15) < 20mA，其中 UX 为被测电压源I的电压值。[0051]2) UX*R5/(R1+R2+R3+R4+R5) < 12V, UX*R15/(R11+R12+R13+R14+R15) < 12V，其中UX为被测电压源I的电压值。[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 必须为 RJ 系列高稳定金属膜固定电阻，单个电阻的额定功率不小于O. 25W，单个电阻的允许误差为土 1%。[0054]5) R6、R7也应为RJ系列高稳定金属膜固定电阻，单个电阻的允许误差为土 1%。[0055]6)差分运放采样电路2 (Ul)采用INAl 14BP。[0056]7)校正电容 Cl、C2、Cll 均采用 10n/63V。[0057]差分运放采样电路2 (Ul)中的U1、C1、C2、C11、R6和R7的选配清单如表I所示。[0058]表I
权利要求1.一种具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，所述电压测量电路包括被测电压源、差分运放采样电路，其特征在于，所述电压测量电路还包括双项电阻分压电路；所述双项电阻分压电路包括第一单项电阻分压电路、第二单项电阻分压电路，第一单项电阻分压电路包括第一串联电路和第一并联电路，第二单项电阻分压电路包括第二串联电路和第二并联电路；所述第一单项电阻分压电路的第一串联电路的一端与所述被测电压源的输入端连接， 另一端与所述第一并联电路的一端连接，该并联电路的另一端接地；所述第二单项电阻分压电路的第二串联电路的一端与所述被测电压源的输出端连接并接地，另一端与所述第二并联电路的一端连接，该并联电路的另一端接地；所述差分运放采样电路的正输入端连接在所述第一串联电路与所述第一并联电路的串接处；所述差分运放采样电路的负输入端连接在所述第二串联电路与所述第二并联电路的串接处。
2.根据权利要求1所述的具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，其特征在于，所述第一串联电路、第二串联电路包括两个以上的电阻依次串联。
3.根据权利要求2所述的具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，其特征在于，所述第一串联电路、第二串联电路包括依次串联的电阻数为4个。
4.根据权利要求1所述的具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，其特征在于，所述第一并联电路、第二并联电路包括I个电阻和I个电容并联。
专利摘要本实用新型公开了一种具有电气隔离和抑制电磁干扰功能的电压测量电路，该电压测量电路包括被测电压源、差分运放采样电路及双项电阻分压电路，所述双项电阻分压电路包括第一、第二两个单项电阻分压电路，每个单项分压电路都包括串联电路和并联电路；每个单项电阻分压电路的串联电路一端分别与所述被测电压源的输入输出端连接，另一端与并联电路的一端连接，该并联电路的另一端接地；该被测电压源的输出端接地；所述差分运放采样电路的两个输入端分别连接在所述每个串联电路与并联电路的串接处。本实用新型电压测量电路具有电气隔离和抑制电磁干扰的功能，保证整个电压测量电路既无电气安全事故，又无电压测量值失真故障。
文档编号G01R15/04GK202837370SQ201220488949
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者李磊, 刘登峰 申请人:北京天诚同创电气有限公司