CN202870145U - 用于公变终端的直流模拟信号采集电路 - Google Patents

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张奇亮
汤可
肖林松
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Abstract

本实用新型公开了一种用于公变终端的直流模拟信号采集电路，包括电压电流采样电路、光耦隔离电路和CPU，在电压电流采样电路后连接一光耦隔离电路，电压电流采样电路将采集到的模拟信号经过光耦隔离电路进行信号隔离，再将信号传至CPU的AD采样端。本实用新型解决了公变终端模拟量输入端口与公变终端***之间的隔离问题，大幅提高了公变终端在各种环境中运行的稳定性，满足了各公变终端使用部门对公变终端直流模拟量信号采样的要求，确保了公变终端正常、安全运行。

Description

用于公变终端的直流模拟信号采集电路
技术领域
本实用新型涉及一种信号采集电路，特别涉及一种用于公变终端的直流模拟信号采集电路。
背景技术
在目前的现有技术方案中，直流模拟量输入（电流、电压）通过电阻分压后输入给CPU中AD模块进行模数转换，CPU通过读取AD模块的电压数值来计算出输入电流值或电压值。公变终端技术规范要求具有2路模拟量输入（一路为电流信号和一路为电压信号）：电流信号取值范围为4-20mA，电压信号取值范围为0-5V，误差不超过5%。根据公变终端对这2路模拟输入量的电气要求：可以1.0kV的电快速瞬变脉冲群及1.0kV（共模）的雷击浪涌抗扰度。由此我们不难看出，目前现有技术对于模拟量的输入都是直接输入***CPU的AD转换口，模拟量输入与CPU处在同一个电源信号内，模拟量输入与CPU***之间未实行隔离，外界干扰很容易通过模拟量输入口进入公变终端进行干扰，使公变终端无法正常运行，甚至损坏。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能提高CPU模拟信号采样端抗干扰能力的直流信号采集电路。
本实用新型提供的这种用于公变终端的直流模拟信号采集电路，包括电压电流采样电路和CPU，在电压电流采样电路后连接一光耦隔离电路，电压电流采样电路将采集到的模拟信号经过光耦隔离电路进行信号隔离，再将信号传至CPU的AD采样端。
为了提高CPU中AD采样端的抗干扰能力，所述光耦隔离电路由运算放大器D13D、光耦D14和运算放大器D15组成，运算放大器D13D的反相输入端通过电阻R1与模拟信号Vin相连，其同相输入端与其接地端共同接地，其电源端接电源V5P0_ISO，电容C26接于其反相输入端与输出端之间，其输出端通过电阻R2与光耦D14的1脚相连；光耦D14的2脚接电源V5P0_ISO，其3脚与运算放大器D13D的反相输入端相连，其4脚接地，其6脚与运算放大器D15的反相输入端相连，其5脚与运算放大器D15的同相输入端相连后接于模拟地；电容C32与电阻R3并联后接于运算放大器D15的反相输入端和其输出端之间，其电源端接电源V3P3，其接地端接模拟地，其输出端将信号Vout传送至CPU的AD采样端。
所述光耦是采用Agilent公司出产的光耦D14，其型号为HCNR200，所述运算放大器D13D和所述运算放大器D15均采用MICROCHIP公司的芯片，所述运算放大器D13D的型号为MCP604，所述运算放大器D15的型号为MCP601。所述电阻R1与所述电阻R2相等。
本实用新型解决了公变终端模拟量输入端口与公变终端***之间的隔离问题，使公变终端模拟量输入端可以承受1.0kV的电快速瞬变脉冲群及1.0kV（共模）的雷击浪涌等强电信号的干扰，从而有效保证了AD采样电路的精度，并且大幅提高了公变终端在各种环境中运行的稳定性，有效满足各公变终端使用部门对公变终端直流模拟量信号采样的要求，确保了公变终端正常、安全运行。
附图说明
图1是本实用新型的工作原理框图。
图2是本实用新型的电压电流采样电路图。
图3是本实用新型的光耦隔离电路图。
图4是本实用新型的光耦隔离前级运放电路图。
具体实施方式
本实用新型是将直流电流输入信号（4-20mA）及直流电压输入信号（0-5V）转换为CPU中AD模块可采集的电压信号，同时通过线性光耦将直流电流、直流电压输入信号与***信号进行电气隔离。本实用新型的电路由二部分组成，第一部分是电压电流采样电路；第二部分是光耦隔离电路。
如图2所示，所述电压电流采样电路中，在采样电路后接一个采样保持电路。第1路为4-20mA直流电流信号输入，然后经过运算放大器D1A（型号为MCP604），输出至模拟开关芯片（型号为CD4051）的相关引脚。第2路为0-5V电压采样电路，0-5V输入电压在V2处的电压为0-3.3V电压，然后经过放大比较器D2A（型号为MCP604）输出至同一模拟开关芯片的相关引脚。
为了能有效虑除高频杂散电压，防止直流量输入端误接交流220V电压后电路的损坏，在电流信号、电压信号的采样输入端后各增加了一个瞬态放电管（图2中的V1和V4）。然后，在运算放大器D1A和运算放大器D2A的同相输入端各加了两个二极管（型号为L4148，图2中的V2和V3、V5和V6），以确保输入电压不高于5V。同时，这样也可以保护电路在直流电流或直流电压输入接反的情况下不会对采样电路造成损坏。
所述电压电流采样电路中运算放大器D1A和运算放大器D2A作为电压跟随器使用，即Uin=Uout。由于电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低，使得电压跟随器具有缓冲、隔离、提高带载能力的作用。
使用时，电压电流采样电路后接模拟开关，通过此模拟开关的第11脚AD_SWTICH来切换直流电流和电压间的输入。当AD_SWTICH为高电平时，AD采样电流信号通过第3脚COM口输出至光耦隔离电路。当AD_SWTICH为低电平时，AD采样电压信号通过第3脚COM口输出至光耦隔离电路。
如图3所示，所述光耦隔离电路主要是为了保证直流电流、电压采集输入信号与公变终端***信号之间有效隔离。此电路主要是通过线性光耦来实现信号间的隔离。
所述光耦隔离电路由运算放大器D13D、光耦D14和运算放大器D15组成，运算放大器D13D的反相输入端通过电阻R1与模拟信号Vin相连，其同相输入端与其接地端共同接地，其电源端接电源V5P0_ISO，电容C26接于其反相输入端与输出端之间，其输出端通过电阻R2与光耦D14的1脚相连；光耦D14的2脚接电源V5P0_ISO，其3脚与运算放大器D13D的反相输入端相连，其4脚接地，其6脚与运算放大器D15的反相输入端相连，其5脚与运算放大器D15的同相输入端相连后接于模拟地；电容C32与电阻R3并联后接于运算放大器D15的反相输入端和其输出端之间，其电源端接电源V3P3，其接地端接模拟地，其输出端将信号Vout传送至CPU的AD采样端。
所述光耦是采用Agilent公司出产的光耦，其型号为HCNR200，运算放大器D13D和运算放大器D15均采用MICROCHIP公司的芯片，运算放大器D13D的型号为MCP604，运算放大器D15的型号为MCP601。
下面根据具体电路对输出信号与输入信号的关系进行推导。
设输入端电压为Vin，输出端电压为Vout，光耦保证的输入输出电流相等，即光耦的传递系数K1＝K2，显然Vin和Vout之间的关系取决于R1和R3之间的关系。
将图3的运放电路提出来看，得到等效电路如图4所示，设运算放大器D13D的反相输入端的电压为V1，运算放大器D13D的输出端电压为V0，在运放不饱和的情况下二者满足如下关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中VOO运算放大器D13D输入差模为0时的输出电压；G为运算放大器的增益，一般其值比较大。
忽略运放负端的输入电流，可以认为通过R1的电流为Ip1，由欧姆定律得：
Figure 2012204288067100002DEST_PATH_IMAGE002
设通过R3两端的电流为If，由欧姆定律可知：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，VDD为光耦2脚的电压，考虑到LED导通时的电压基本不变，这里的视为常数。
根据光耦的特性，即
Figure 2012204288067100002DEST_PATH_IMAGE004
  
将式(1)、式(2)和式(3)的表达式代入上式，可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
将式(5)通过变形得：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
将式(6)代入式(3)可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
考虑到运算放大器的增益G特别大，可对式(7)做以下近似：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
                
这样，输出信号Vout与输入信号Vin电压的关系如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
                  
可见，所述光耦隔离电路中的输出Vout与输入Vin成正比，并且比例系数只由K3和R1、R3定，其中，K1、K2为光耦传递系数，之前有K1=K2，此处K3=K2/K1=1，故取R1=R3就可达到只隔离不放大的目的。
下面根据图3进行器件选型以及电阻阻值确定：
（1） 运算放大器选型：为了能使输入范围能够从0到V5P0_ISO，需要运算放大器能够满摆幅工作。另外，运算放大器的工作速度、压摆率不会影响整个电路的性能。MICROCHIP公司的MCP604与MCP601运放电路能够满足上述要求。
（2） 电阻阻值确定：因为V5P0_ISO=5V，输入在0-2V之间，输出等于输入，根据运算放大器的特点以及上述电路连接关系，以光耦的工作电流为25mA计算，确定R2=5V/25mA=200欧姆；R3=R1=100K欧姆。
电压电流采样电路中加入瞬态放电管、二极管等保护器件，可有效对公变终端***运行进行保护。直流电压信号和直流电流信号采集电路使用了运算放大器作为信号信跟随器，使跟随器前、后级电路之间互不影响，保证了线性光耦隔离电路输入信号的稳定、准确。使用线性光耦作电气隔离器件，有效保证了直流采样信号与***信号之间的电气隔离。可避免直流电流、电压输入端输入高压、脉冲等干扰对公变终端***的影响，保证了公变终端***稳定可靠运行。

Claims (4)

1.一种用于公变终端的直流模拟信号采集电路，包括电压电流采样电路和CPU，其特征在于，在电压电流采样电路后连接一光耦隔离电路，电压电流采样电路将采集到的模拟信号通过光耦隔离电路进行隔离后传至CPU的AD采样端。
2.根据权利要求1所述的用于公变终端的直流模拟信号采集电路，其特征在于，所述光耦隔离电路由运算放大器D13D、光耦D14和运算放大器D15组成，运算放大器D13D的反相输入端通过电阻R1与模拟信号Vin相连，其同相输入端与其接地端共同接地，其电源端接电源V5P0_ISO，电容C26接于其反相输入端与输出端之间，其输出端通过电阻R2与光耦D14的1脚相连；光耦D14的2脚接电源V5P0_ISO，其3脚与运算放大器D13D的反相输入端相连，其4脚接地，其6脚与运算放大器D15的反相输入端相连，其5脚与运算放大器D15的同相输入端相连后接于模拟地；电容C32与电阻R3并联后接于运算放大器D15的反相输入端和其输出端之间，其电源端接电源V3P3，其接地端接模拟地，其输出端将信号Vout传送至CPU的AD采样端。
3.根据权利要求1或2所述的用于公变终端的直流模拟信号采集电路，其特征在于，所述光耦是采用Agilent公司出产的光耦D14，其型号为HCNR200，所述运算放大器D13D和所述运算放大器D15均采用MICROCHIP公司的芯片，所述运算放大器D13D的型号为MCP604，所述运算放大器D15的型号为MCP601。
4.根据权利要求1或2所述的用于公变终端的直流模拟信号采集电路，其特征在于，所述电阻R1与所述电阻R2相等。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103760411A (zh) * 2013-11-06 2014-04-30 国网安徽省电力公司淮南供电公司 一种直流母线电压录波装置
CN105137292A (zh) * 2015-09-22 2015-12-09 国家电网公司 用于高压电缆故障定位的直流信号智能采集装置
CN105137234A (zh) * 2015-08-27 2015-12-09 郑州华力信息技术有限公司 多通道直流模拟量检测装置
CN106324319A (zh) * 2016-08-02 2017-01-11 许继集团有限公司 一种直流电压和直流电流信号采样电路
CN107422182A (zh) * 2017-06-14 2017-12-01 珠海中慧微电子股份有限公司 直流电能表
CN108152557A (zh) * 2017-12-26 2018-06-12 常州三立精图光电有限公司 一种反馈电流隔离采样电路
CN109387682A (zh) * 2017-08-04 2019-02-26 许继集团有限公司 一种交流电压和交流电流信号自适应采样电路及方法
CN110524090A (zh) * 2019-09-03 2019-12-03 上海沪工焊接集团股份有限公司 一种电流调节电路
CN110829400A (zh) * 2019-10-25 2020-02-21 天津航空机电有限公司 一种模拟量采集雷电防护电路
CN111721995A (zh) * 2020-06-23 2020-09-29 南京海兴电网技术有限公司 直流电压信号的隔离采样电路
CN115494291A (zh) * 2022-06-08 2022-12-20 宁波迦南智能电气股份有限公司 一种能源控制器专用的模拟量采集模块

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103760411A (zh) * 2013-11-06 2014-04-30 国网安徽省电力公司淮南供电公司 一种直流母线电压录波装置
CN105137234A (zh) * 2015-08-27 2015-12-09 郑州华力信息技术有限公司 多通道直流模拟量检测装置
CN105137292A (zh) * 2015-09-22 2015-12-09 国家电网公司 用于高压电缆故障定位的直流信号智能采集装置
CN105137292B (zh) * 2015-09-22 2017-12-26 国家电网公司 用于高压电缆故障定位的直流信号智能采集装置
CN106324319A (zh) * 2016-08-02 2017-01-11 许继集团有限公司 一种直流电压和直流电流信号采样电路
CN107422182A (zh) * 2017-06-14 2017-12-01 珠海中慧微电子股份有限公司 直流电能表
CN109387682A (zh) * 2017-08-04 2019-02-26 许继集团有限公司 一种交流电压和交流电流信号自适应采样电路及方法
CN108152557A (zh) * 2017-12-26 2018-06-12 常州三立精图光电有限公司 一种反馈电流隔离采样电路
CN110524090A (zh) * 2019-09-03 2019-12-03 上海沪工焊接集团股份有限公司 一种电流调节电路
CN110524090B (zh) * 2019-09-03 2021-08-20 上海沪工焊接集团股份有限公司 一种电流调节电路
CN110829400A (zh) * 2019-10-25 2020-02-21 天津航空机电有限公司 一种模拟量采集雷电防护电路
CN111721995A (zh) * 2020-06-23 2020-09-29 南京海兴电网技术有限公司 直流电压信号的隔离采样电路
CN115494291A (zh) * 2022-06-08 2022-12-20 宁波迦南智能电气股份有限公司 一种能源控制器专用的模拟量采集模块

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