CN102967748A - 一种抗干扰能力强的直流母线电压检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗干扰能力强的直流母线电压检测电路,应用于大功率伺服驱动器母线电压的检测。从伺服驱动器的主电路母线正极和负极作为检测电路输入的正负极，正负极分别经过电阻分压电路后，通过第一个差分输入二级运放电路、一个光耦隔离运放后，再通过第二个差分输入二级运放电路，采用差分输入、光耦隔离和比例调节的方式将检测电路所检测的电压信号输出至控制电路A/D输入端，光耦隔离运放的输入端由DC/DC隔离电源供电，实现对伺服驱动器母线电压的检测。其具有测量精度高、抗干扰能力强等特点。电路输入具有很大的输入阻抗，且具有很强的抗干扰能力，包括抗共模干扰的能力；所述电路可真实还原母线电压，且精度高，稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及电压检测电路，尤其是需要高精度、抗干扰能力强的直流母线电压检测电路。具体地说，涉及一种大功率伺服驱动器中主电路直流母线电压的检测电路。
背景技术
在伺服驱动器或变频器设计过程中，母线电压是个非常重要的参数，第一，通过它可知驱动器是否过压或欠压，第二，通过它可知何时需要打开制动电阻，第三，利用它可做电流环控制参数。
目前，在伺服驱动器或变频器的设计中，母线电压检测大多采用霍尔元件，这种方式通常把母线电压的正负极作为直流电压传感器的输入，传感器的输出数据经过采样电路和处理电路后，送入A/D和控制器。本方法电路简单，但存在一缺点，就是抗干扰性能不强，在高压时易受到PWM开关信号干扰，检测误差比较大。特别在大功率伺服驱动器母线电压检测时，由于母线电压检测点到检测电路需要用导线来连接，而导线距离比较长，如果单纯用本方法采样信号很容易受到干扰，使得测量结果不准确。
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而提供一种抗干扰能力强的直流母线电压检测电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抗干扰能力强的直流母线电压检测电路,从伺服驱动器的主电路母线正极和负极作为检测电路输入的正负极，正负极分别经过电阻分压电路后，通过第一个差分输入二级运放电路、一个光耦隔离运放后，再通过第二个差分输入二级运放电路，采用差分输入、光耦隔离和比例调节的方式将检测电路所检测的电压信号输出至控制电路A/D输入端，光耦隔离运放输入端由DC/DC隔离电源供电，实现对伺服驱动器母线电压的检测。
所述电阻分压电路由数个电阻串联，各个电阻阻值相等，分别接入母线正极和母线负极构成，起到高阻输入的作用，并且与后级运算电路构成分压电路，确保电路安全。
在第一个差分输入二级运放电路的第一个放大器的正输入端和负输入端各接一个超快速恢复二极管，起到电压钳位功能。
所述第一个差分输入二级运放电路的输出端连接一个由电阻和电容组成的低通滤波器后接入光耦隔离运放，截止频率可设10kHz以内,起到消除高频杂波信号的干扰的作用。
所述电源为DC/DC隔离电源，为光耦隔离输入端一侧的电路提供电源，减少高压杂波信号电压对母线电压检测电路电源的干扰。
所述第一个和第二个差分输入二级运算放大电路均为：第一级运算放大电路是由一个放大器构成的加减运算放大电路，与前端输入的电阻一起，起到差分输入和比例调节的作用，使输出电压在后级光耦隔离运放的输入电压范围以内，第二级运算放大电路是由一个放大器构成的输入高阻抗，输出低阻抗的电压跟随器，起到提高负载能力的作用。
本发明的有益效果是：提供了一种检测直流母线电压的新电路，与现有的母线电压采样电路相比，具有测量精度高、抗干扰能力强等特点，可广泛应用大功率驱动器及变频器的硬件设计。
附图说明
图1、图2、图3是本发明实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明做进一步的说明。
图1、图2、图3为本发明的一个实施例，本发明是一种大功率伺服驱动器母线电压检测电路，包括母线电压正极引出端DCBUS+和母线电压负极引出端DCBUS-，以及电路输出端DCV-OUT，还包括各功能电阻R1~R26，R22与C10组成的RC滤波电路，放大器U1A、U1B、U3A、U3B，光耦隔离运放U2，DC/DC电源U4；从母线两端的铜排引出导线至母线电压检测电路的正极DCBUS+和负极DCBUS-，母线电压的正极依次与高阻分压电阻R2~R10相串联，然后接入放大器U1B的正输入端，母线电压的负极依次与高阻分压电阻R11~R19相串联，然后接入放大器U1B的负输入端；分压电阻R1的一端接入放大器U1B的正输入端，另一端接地；分压电阻R20一端接入放大器U1B的负输入端，另一端接入放大器U1B的输出端；在U1B的正输入端和负输入端各接一个超快速恢复二极管D1、D2；放大器U1B输出端经过由放大器U1A构成的电压跟随器后，与由R22和C10组成的RC滤波电路串联，接入至光耦隔离运放大器U2的输入端VIN。光耦隔离运放U2的差分输出正端VOUT+和负端VOUT-分别和电阻R23、R24串联，接入放大器U3A的正输入端和负输入端；分压电阻R21一端接入放大器U3A的正输入端，另一端接地；分压电阻R26一端接放大器U3A的负输入端，另一端接放大器U3A的输出端；放大器U3A的输出端经过由放大器U3B构成的电压跟随器，输出DCV-OUT。
上述器件功能如下：
R2~R19这18个电阻构成的分压电路，起到高阻的作用；放大器U1B和U3A各自构成的第一级运放电路，起到差分输入和比例调节的作用，使输出电压在后续电路的可输入范围内；放大器U1A和U3B各自构成的第二级电压跟随器电路，起到提高负载能力，降低对前级干扰的作用；光耦隔离运放U2起到了减少共模干扰，提高母线电压检测的准确性和稳定性的作用；DC/DC隔离电源U4为光耦输入端一侧的电路提供电源，有效的隔离母线端高压对后级电路的影响,DC/DC隔离电源要求输入电压在5V±10%以内，输出电压在5V±10%以内，输入输出之间隔离电压要求大于1000VDC； 超快速恢复二极管D1、D2起到电压钳位功能。
电路中电阻器件参数满足以下关系：
R2=R11；
R3=R12；
R4=R13；
R5=R14；
R6=R15；
R7=R16；
R8=R17；
R9=R18；
R10=R19；
R1=R20；
R23=R24；
R21=R26。
所述电路的DCV-OUT的电压只与DCBUS+和DCBUS-的电压差有关，而与直流母线的地无关。所述电路输入具有很大的输入阻抗，且具有很强的抗干扰能力，包括抗共模干扰的能力；所述电路可真实还原母线电压，且精度高，稳定性好。
电路具体描述如下：所述的母线电压的正极DCBUS+依次与分压电阻R2~R10相串联，然后接入放大器U1B的正输入端，母线电压的负极DCBUS-依次与分压电阻R11~R19相串联，然后接入放大器U1B的负输入端；分压电阻R1一端接入放大器U1B的正输入端，另一端接地；分压电阻R20一端接入放大器U1B的负输入端，另一端接入放大器U1B的输出端；在U1B的正输入端和负输入端各接一个高速双二极管芯片D1、D2，用于防止ESD浪涌；放大器U1B的输出端接入由放大器U1A构成的电压跟随器的正输入端，U1A的输出端BUS-IN与电阻R22串联，接入光耦隔离运放U2的输入端VIN，电容C10的一端接入光耦隔离运放U2的输入端VIN，另一端接地，与电阻R22组成一个RC滤波电路；光耦隔离运放的差分输出端VOUT+、VOUT-分别串联电阻R23和R24，接入到放大器U3A的正输入端和负输入端；电阻R21的一端接入放大器U3A的正输入端，另一端接地；电阻R26的一端接入放大器U3A的负输入端，另一端接入放大器U3A的输出端；放大器U3A的输出端接入由放大器U3B构成的电压跟随器的正输入端，放大器U3B的输出端输出DCV-OUT。DCV-OUT将连接至控制电路的A/D转换电路的输入端。
所述光耦为一精密微型隔离运放，型号为ACPL-C870，光耦VIN单端输入,输出信号为差分电压信号，电压信号经过第一个放大器U3A进行差分输入及比例调节及第二个放大器U3B进行跟随作用，使其在后级电路的可输入范围之内。
所述的母线电压检测电路采用了一个DC/DC隔离电源芯片，用于光耦隔离运放U2输入端一侧电路的隔离电压供电，减少高压杂波信号对检测电路产生的干扰。DC/DC隔离电源U4的电源脚VIN由控制电路提供电源，而在作为输出端的+V和0V两端，连接一个作为输出负载的电阻R25，根据DC/DC隔离电源芯片的芯片特性，电阻R25的作用是使DC/DC隔离电源芯片的输出负载保持在额定负载的20%以上，确保该芯片能够高效可靠的工作。
Claims (7)
1.一种抗干扰能力强的直流母线电压检测电路,其特征在于：从伺服驱动器的主电路母线正极和负极作为检测电路输入的正负极，正负极分别经过电阻分压电路后，通过第一个差分输入二级运放电路、一个光耦隔离运放后，再通过第二个差分输入二级运放电路，将检测电路所检测的电压信号输出至控制电路A/D输入端，光耦隔离运放输入端由DC/DC隔离电源供电。
2.根据权利要求1所述的抗干扰能力强的直流母线电压检测电路，其特征在于：所述电阻分压电路由数个电阻串联，各个电阻阻值相等。
3.根据权利要求1所述的抗干扰能力强的直流母线电压检测电路，其特征在于：在第一个差分输入二级运放电路的第一个放大器的正输入端和负输入端各接一个超快速恢复二极管。
4.根据权利要求1所述的抗干扰能力强的直流母线电压检测电路，其特征在于：所述第一个差分输入二级运放电路的输出端连接一个由电阻和电容组成的低通滤波器后接入光耦隔离运放。
5.根据权利要求1所述的抗干扰能力强的直流母线电压检测电路，其特征在于：所述电源为DC/DC隔离电源，为光耦隔离输入端一侧的电路提供电源。
6.根据权利要求1所述的抗干扰能力强的直流母线电压检测电路，其特征在于：所述第一个和第二个差分输入二级运算放大电路均为：第一级运算放大电路是由一个放大器构成的加减运算放大电路，与前端输入的电阻一起，起到差分输入和比例调节的作用，第二级运算放大电路是由一个放大器构成的输入高阻抗、输出低阻抗的电压跟随器。
7.根据权利要求1所述的抗干扰能力强的直流母线电压检测电路，其特征在于：光耦隔离运放为精密微型隔离运放ACPL-C870。
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130313 |