[实用新型]一种高共模电压模拟信号的数字隔离采样电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子与电力传动控制单元中高共模电压的电压、电流等模拟量采样隔离应用，技术领域属工业控制领域。 

背景技术

电力电子与电力传动的控制单元是电力电子与电力传动设备功率单元回路的监测、控制、通讯中枢，其通过对功率单元的电压量、电流量、状态量等进行检测、采样，依据一定的控制算法进行计算，根据计算结果输出一定的驱动脉冲，控制功率单元回路中功率器件的开关行为。可见，各种电气量的可靠、准确采样，对于控制单元的运算显得尤为重要。 

控制单元对功率单元的电压电流等模拟量采样时，需要进行电气隔离，否则，功率单元的干扰信号很容易进入控制单元，一方面影响测量数据的准确性和稳定性，另一方面对控制单元的可靠性产生影响。例如，当功率回路承受浪涌冲击时，浪涌信号能进入控制单元，可能损坏控制单元的元器件。 

控制单元与功率单元的输入模拟量隔离后，两者之间可能出现很高的共模电压，如果隔离强度不够的话，同样影响控制单元的可靠性。目前，采用模拟隔离的方式有霍尔元件隔离、隔离运放、线性光耦等器件进行隔离，但他们存在饱和、精度、带宽、温漂、中间环节误差等局限性。也有采用数字隔离的方式，例如，压频转换器（VFC），其抗干扰性能好，适合远距离传输，但传输速度慢，不适合快速变化的信号。 

实用新型内容

本实用新型的目的是解决电力电子与电力传动控制单元中模拟量的隔离采样问题。 

为了实现上述功能，本实用新型提供以下技术方案： 

一种高共模电压模拟信号的数字隔离采样电路，其特征在于，包括：

运算放大器，对模拟信号输入侧的模拟信号进行放大，

模拟数字转换器，将经所述运算放大器放大输出的模拟信号转换为数字信号，

模拟数字转换器的输出通过数字信号隔离器件隔离后送至控制单元的处理器接口。

所述数字信号隔离器件为光耦、磁性隔离器件或射频隔离器件。

由隔离电源转换模块为模拟信号输入侧的运算放大器或模拟数字转换器提供电源。

所述隔离电源转换模块的输入从所述处理器侧的电源接入。

本技术方案是直接在功率单元的模拟量取样回路上对模拟信号进行运算放大，然后送入模拟数字转换器（ADC）进行转换，转换后输出的数字信号经高隔离电压的隔离器件，送至控制单元的处理器接口，由处理器进行计算处理。运放放大器（OP）和模拟数字转换器（ADC）的供电由高隔离电压的电源转换模块提供。在隔离前对模拟量进行模数转换可以有效的解决隔离器件存在的饱和、非线性、带宽限制、温漂等问题，提高采样的精度。

本实用新型的工作原理如下： 

功率回路的电压电流等模拟信号流经检测电阻，检测电阻上的电压信号即是需要进行采样的电气量。该电气量经运算放大器（OP）进行放大或缩小，其最终的幅值与模拟数字转换器（ADC）位数及量程相关。经运算放大器（OP）调理后的模拟信号，送入模拟数字转换器（ADC）的输入接口，经内部的模拟数字转换处理后，输出与模拟信号对应的一些列数字信号，这些信号可以采用不同的编码方式。这些数字信号通过隔离器件隔离后，经电平转换后，直接送入处理器侧的CPU的相应接口。模拟信号侧的OP和ADC的供电由一个高隔离电压的电源转换模块提供。

处理器侧与模拟信号输入侧有很高的隔离电压，可以提高电路承受的共模电压能力，具有很高的抗干扰性能。 

本实用新型所达到的有益效果： 

1）实现了功率单元采样侧与控制单元的处理器侧的电气隔离；

2）隔离电压高，耐受共模电压能力强，抗干扰性能强；

3）灵活性高，具体实现的器件选择范围宽；

4）本技术方案结构简单，可靠性高；

5）推广性好，可用于其他类似应用场合。

附图说明

图1是高共模电压模拟信号的数字隔离采样的原理图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明，图1是一种高共模电压模拟信号的数字隔离采样方法的原理框图，主要包含三个内容，分别为模拟信号侧的信号调理与转换、数字信号隔离器件以及隔离电源转换模块。 

模拟信号侧（功率单元侧）的信号调理与转换主要由运算放大器（OP）和模拟数字转换器（ADC）组成。运算放大器（OP）的选择根据模拟信号的特点选择，可以是单电源供电，可以是双电源供电，带宽可高可低，也可以是特殊的运放，例如仪表运放；模拟数字转换器（ADC）的选择也很广泛，转换速度、位数等都不受限。