CN220438448U - 一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，本实用新型将差分高电压信号的分压电路、低电压差分采样电路、有源滤波电路和对单片机芯片的端口保护电路集成为一体，简化了电路之间的复杂连接，采用简约的器件实现这些功能，从而节省了PCB的空间，缩减了元器件的数量，进而节约了成本，降低了调试时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路。
背景技术
针对目前新能源行业的兴起及逆变器的快速发展，对逆变器各段的电压把控尤为重要，尤其是对中压直流母线、高压直流母线、交流侧电压等电压的测量和控制。目前差分低电压采样电路应用广泛，但是高电压采样需要专门的电压传感器进行采样，占用空间大且价格较高。同时容易受到高频干扰信号的影响导致测量偏差，单片机芯片的端口还容易受到高电压或反向电压的烧毁。
实用新型内容
本实用新型提供了一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，简化了电路并节约了成本。
为了实现本实用新型的目的，所采用的技术方案是：一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，包括低电压差分采样电路、差分高电压信号的分压电路、有源滤波电路和钳位保护电路，低电压差分采样电路用于采集电压，差分高电压信号的分压电路用于将高电压信号分压取样成低电压信号，有源滤波电路用于滤除高频干扰，钳位保护电路用于避免单片机芯片的端口被高电压或反向电压烧毁。
作为本实用新型的优化方案，低电压差分采样电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R7、电阻R4、电阻R8和运算放大器U1，电阻R1和电阻R4串联连接在运算放大器U1的第2引脚和第1引脚之间，电阻R8的一端和电阻R7的一端均与运算放大器U1的第3引脚相连，电阻R3的一端与运算放大器U1的第2引脚相连。
作为本实用新型的优化方案，低电压差分采样电路包括偏置电压Vb，电阻R8的另一端与偏置电压Vb相连。
作为本实用新型的优化方案，差分高电压信号的分压电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R6和电阻R7，电阻R2和电阻R3串联连接在D-端口和运算放大器U1的第2引脚之间，电阻R6和电阻R7串联连接在D+端口和运算放大器U1的第3引脚之间。
作为本实用新型的优化方案，有源滤波电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R7、电阻R8、运算放大器U1、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4，电容C1并联连接在电阻R1的两端，电容C4并联连接在电阻R8的两端，电容C2连接在运算放大器U1的第2引脚与地之间，电容C3连接在运算放大器U1的第3引脚与地之间。
作为本实用新型的优化方案，钳位保护电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的正极与电阻R4的一端相连，二极管D2的负极与电阻R4的一端相连。
本实用新型具有积极的效果：1)本实用新型将差分高电压信号的分压电路、低电压差分采样电路、有源滤波电路和对单片机芯片的端口保护电路集成为一体，简化了电路之间的复杂连接，采用简约的器件实现这些功能，从而节省了PCB的空间，缩减了元器件的数量，进而节约了成本，降低了调试时间。
2)本实用新型相较于之前的低电压差分采样电路，增加了有源滤波及保护功能，可分离出设定频率以上的干扰信号，使采样信号更纯净。增加的保护功能可在运放或差分某一支路不工作或损坏的情况下保护后端的单片机芯片端口，防止造成更大的损失。并利用运算放大器自身的正负端虚短虚断特性，使之成为高电压分压电路的一部分，可进行高电压的分压等比例缩小。
3)本实用新型主要通过对高电压分压电路，差分采样电路以及滤波电路的整合来实现，其缩减了元器件数量，节省了PCB空间，降低了调试时间。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：
图1是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，包括低电压差分采样电路、差分高电压信号的分压电路、有源滤波电路和钳位保护电路，低电压差分采样电路用于采集电压，差分高电压信号的分压电路用于将高电压信号分压取样成低电压信号，有源滤波电路用于滤除高频干扰，钳位保护电路用于避免单片机芯片的端口被高电压或反向电压烧毁。其中：低电压差分采样电路对所需模拟电信号的采集(增益至IO口电压范围内，或进行一个电压跟随)，差分高电压信号的分压电路用于对电力高电压信号的分压处理，将高电压信号分压取样成低电压信号。
低电压差分采样电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R7、电阻R4、电阻R8和运算放大器U1，电阻R1和电阻R4串联连接在运算放大器U1的第2引脚和第1引脚之间，电阻R8的一端和电阻R7的一端均与运算放大器U1的第3引脚相连，电阻R3的一端与运算放大器U1的第2引脚相连。电阻R7的另一端与电阻R6相连，电阻R3的另一端与电阻R2相连。
低电压差分采样电路包括偏置电压Vb，电阻R8的另一端与偏置电压Vb相连。
差分高电压信号的分压电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R6和电阻R7，电阻R2和电阻R3串联连接在D-和运算放大器U1的第2引脚之间，电阻R6和电阻R7串联连接在D+和运算放大器U1的第3引脚之间。
有源滤波电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R7、电阻R8、运算放大器U1、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4，电容C1并联连接在电阻R1的两端，电容C4并联连接在电阻R8的两端，电容C2连接在运算放大器U1的第2引脚与地之间，电容C3连接在运算放大器U1的第3引脚与地之间。
钳位保护电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的正极与电阻R4的一端相连，二极管D2的负极与电阻R4的一端相连。
实施时，以低电压差分采样电路为主体，输入增加两个大阻值电阻，电路中增加相应电容与采样电路组成有源滤波电路，输出部分增加两个二极管对输出信号电压进行钳位。
低电压差分采样电路的电路增益由电阻R1、电阻R3、电阻R7、电阻R8决定。在此基础上增加了一个偏置电压Vb，以解决正负差分信号经过增益输出信号Uo比0V小的情况，此时ADC得到的电压值为Uo+Vb。
电阻R2、电阻R3、电阻R6、电阻R7结合运算放大器U1的虚短虚断特性，组成了差分高电压信号的分压电路，电阻R2和电阻R6为大阻值电阻，电阻R3和电阻R7两端电压即为整体低电压差分采样电路的输入部分。
有源滤波电路，适当调节电容参数可以得到相应的低通截止频率，保证高频干扰信号的滤除。
钳位保护电路选用正向压降较小的二极管，当输出采样信号大于二极管导通电压+VCC时，使信号钳位在二极管导通电压+VCC的电压值；当输出采样信号小于0V-二极管导通电压时，使信号电压钳位在二极管导通电压的电压值(输出采样信号电压小于0V时，二极管等于通过GND导通至输出采样信号电压，一直钳位，钳位电压为二极管的导通电压)。一般单片机芯片的端口电压范围为-0.3V～VCC+0.3V，此钳位保护电路可保护端口不会被高电压或反向电压烧毁。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，其特征在于：包括低电压差分采样电路、差分高电压信号的分压电路、有源滤波电路和钳位保护电路，低电压差分采样电路用于采集电压，差分高电压信号的分压电路用于将高电压信号分压取样成低电压信号，有源滤波电路用于滤除高频干扰，钳位保护电路用于避免单片机芯片的端口被高电压或反向电压烧毁。
2.根据权利要求1所述的一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，其特征在于：低电压差分采样电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R7、电阻R4、电阻R8和运算放大器U1，电阻R1和电阻R4串联连接在运算放大器U1的第2引脚和第1引脚之间，电阻R8的一端和电阻R7的一端均与运算放大器U1的第3引脚相连，电阻R3的一端与运算放大器U1的第2引脚相连。
3.根据权利要求2所述的一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，其特征在于：低电压差分采样电路包括偏置电压Vb，电阻R8的另一端与偏置电压Vb相连。
4.根据权利要求2所述的一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，其特征在于：差分高电压信号的分压电路包括电阻R2、电阻R3、电阻R6和电阻R7，电阻R2和电阻R3串联连接在D-端口和运算放大器U1的第2引脚之间，电阻R6和电阻R7串联连接在D+端口和运算放大器U1的第3引脚之间。
5.根据权利要求4所述的一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，其特征在于：有源滤波电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R7、电阻R8、运算放大器U1、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4，电容C1并联连接在电阻R1的两端，电容C4并联连接在电阻R8的两端，电容C2连接在运算放大器U1的第2引脚与地之间，电容C3连接在运算放大器U1的第3引脚与地之间。
6.根据权利要求5所述的一种集分压、有源滤波和保护一体的差分高电压采样电路，其特征在于：钳位保护电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的正极与电阻R4的一端相连，二极管D2的负极与电阻R4的一端相连。
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