[发明专利]低压变频器直流电压采样装置

说明书

技术领域

本发明涉及低压变频器领域，尤其涉及一种低压变频器直流电压采样装置。

背景技术

在电力、化工、煤矿、冶金等工业生产领域，通常要求低压变频器具有极高的可靠性。电压采样电路是变频器检测外围条件的一项重要指标，同时也是确定变频器能否正常工作的必要条件。对于提高设备的稳定性，电压采样装置是首当其冲，电压采样装置的优劣也将直接反映出变频器的综合性能。

在低压变频器领域，对于直流电压采样一般是通过电压互感器、霍尔器件或线性光耦实现。普通的电压互感器通常体积大且笨重，由于内部为铜漆包线的线圈，其成本高、不利于环保，且其测量精度不高、测量结果不稳定、频率特性差，只能适用于测量30—300Hz的电路，一般也只适用于测量50Hz正弦波电路，因此无法用于需要控制精度极高的变频器中。霍尔器件中，虽然能够在工作温度区内（5°C—65°C）达到精度优于1%、线性度优于0.1%的指标同时工作频带宽，其在0-100kHz频率范围内精度为1%，在0－5kHz频率范围内精度为0.5%，然而其抗外磁场能力差且体积较大不利于电路板的布局。

线性光耦采样是当今主流，最理想的工作状态是输入与输出呈线性关系。在利用光电耦合器的线性耦合直接对模拟信号进行隔离传输时，由于光电耦合器内部的发光二极管和光敏三极管的伏安特性，使光耦会存在一定的非线性区。若要解决这类问题，则需要极其复杂的外围电路，同时由于光耦是半导体器件，导致电流传输比随着温度的变化而变化，使得输出的电压信号不能严格与输入信号成比例的关系，从而会造成测量误差。此外，普通线性光耦的线性度通常仅有1%，远远不及隔离放大器的线性度，因此采用线性光耦的输入采样范围比较窄，无法满足50V-1200V范围的电压采样。而即便使用高线性度光耦，例如HCNR201类，虽然能够基本满足线性度指标，但是存在原边供电精度的问题，需要使用更大体积的电源系统，造成电压采样电路体积庞大和能耗增大等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、体积小、外围电路少、具有高线性度、高精度的同时使得工作频率范围宽且性能稳定的低压变频器电压采样电路。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种低压变频器直流电压采样装置，包括采用磁耦隔离器的隔离电源和依次连接的电阻采样分压电路、光耦隔离放大电路、采样输出电路；所述隔离电源与光耦隔离放大电路、采样输出电路连接，提供隔离的电源；所述电阻采样分压电路对输入的电压值进行采样并分压，输出分压后的电压值至光耦隔离放大电路，所述光耦隔离放大电路对分压后的电压值进行隔离、传输并放大后得到差分电压信号，输出至采样输出电路；所述采样输出电路将差分电压信号放大及滤波后输出电压采样信号。

作为本发明进一步改进：所述隔离电源采用ADuM5000ARWZ磁耦隔离器。

作为本发明进一步改进：所述电阻采样分压电路包括依次连接的第二电阻R2、第四电阻R4和第六电阻R6，输入电压值的正负极分别与所述第二电阻R2、第六电阻R6一端连接，所述第四电阻R4的两端分别连接光耦隔离放大电路输入端的正负极。

作为本发明进一步改进：所述第二电阻R2、第四电阻R4和第六电阻R6均为0.1%的精密电阻。

作为本发明进一步改进：所述光耦隔离放大电路采用HCPL7840隔离运算放大器。

作为本发明进一步改进：所述采样输出电路包括依次连接的差分放大模块和滤波器；所述差分放大模块包括放大器和与放大器连接的第一电阻R1、第三电阻R3、第五电阻R5以及第七电阻R7；所述滤波器包括并联的第十二电阻R12和第八电容C8。

作为本发明进一步改进：所述放大器为AD8656ARMZ放大器。

作为本发明进一步改进：所述差分放大模块还包括连接在输入端与输出端之间的第九电容C9。

作为本发明进一步改进：所述第七电阻R7为电位器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明采用磁耦隔离器的隔离电源与电阻分压采样、光耦隔离放大器隔离传输结合的结构实现低压变频器的电压采样，电路结构简单、所需的外围电路非常少；通过电阻分压及光耦隔离放大器的设置，能够实现高采样精度和线性度，同时结合磁耦隔离器的使用，不需要使用大体积的电源系统，从而大大减少装置体积，使得可应用的范围广泛。