[发明专利]一种交直流电压传感器的电容隔离放大器电路及控制方法

说明书

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种交直流电压传感器的电容隔离放大器电路及控制方法，包括输入级、隔离屏障和输出级，所述输入级与隔离屏障电性连接，所述隔离屏障与输出级电性连接。本发明中第一放大器采用全差分放大器的输入方式，有效消除了共模干扰的缺点；本发明中输入级与输出级通过采用基于二氧化硅的双电容隔离屏障隔开，具有高抗磁性和更强的噪声抑制能力防止高共模噪声电流电压信号进入，干扰或损坏敏感电路；本发明相比传统的霍尔传感器和线性光耦直流信号变换方案，电路设计更加简单，可提供高达5kV的增强型电隔离，使用寿命极长，功率耗散较低。

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种交直流电压传感器的电容隔离放大器电路及控制方法。

背景技术

传统的电压互感器只能变换交流信号，对直流电压不再适用。随着高电压技术的发展，线路中的直流信号越来越多，常见的直流信号变换有霍尔传感器和线性光耦两种方案。在霍尔传感器方案中，限流电阻损耗的功率可达到数十瓦，引起的温升带来较大的测量误差；在线性光耦方案中，线性光耦的温漂和一致性得不到保证。基于两种方案的电压传感器均不能达到高精度的技术要求。

发明内容

针对上述电压传感器均不能达到高精度技术要求的技术问题，本发明提供了一种隔离性强、寿命长、功耗低的交直流电压传感器的电容隔离放大器电路及控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种交直流电压传感器的电容隔离放大器电路，包括输入级、隔离屏障和输出级，所述输入级与隔离屏障电性连接，所述隔离屏障与输出级电性连接；

所述输入级包括阻容分压信号调理电路、第一放大器、调制器、第一驱动器、第一接收器和第一带隙基准，所述阻容分压信号调理电路与第一放大器的输入端电性连接，所述第一放大器的输出端与调制器的输入端电性连接，所述调制器的输入端电性连接有第一接收器、第一带隙基准，所述调制器的输出端电性连接有第一驱动器，所述第一驱动器、第一接收器分别通过隔离屏障与输出级电性连接。

所述隔离屏障采用基于二氧化硅的双电容隔离屏障。隔离屏障将输入级和输出级分开，形成高端和低端电压域之间的隔离屏障，具有高抗磁性和更强的噪声抑制能力防止高共模噪声电流电压信号进入，干扰或损坏敏感电路。

所述输出级包括第二接收器、滤波器、第二放大器、第二驱动器、晶振和第二带隙基准，所述第二接收器与滤波器的输入端电性连接，所述滤波器的输入端分别与晶振、第二带隙基准电性连接，所述滤波器的输出端电性连接有第二放大器，所述晶振电性连接有第二驱动器。

所述第一放大器采用全差分放大器，所述调制器采用二阶ΔΣ调制器。采用全差分放大器的输入方式，有效消除了共模干扰的缺点。

所述第一驱动器通过隔离屏障与第二接收器电性连接，所述第一接收器通过隔离屏障与第二驱动器电性连接。

所述滤波器采用四阶有源低通滤波器，所述第二放大器采用精密运算放大器。

所述阻容分压信号调理电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容，所述第一电阻连接有第一放大器的正输入端，所述第二电阻连接有第一放大器的负输入端，所述第一电阻与第二电阻之间连接有第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容，所述第三电阻、第四电阻串联连接，所述第一电容、第二电容串联连接，所述第三电阻与第四电阻并联连接有第一电容与第二电容。

所述第三电阻与第四电阻之间接地，所述第一电容与第二电容之间接地。

一种交直流电压传感器的电容隔离放大器电路的控制方法，包括下列步骤：

S1、所述第一放大器驱动调制器；

S2、所述调制器接收第一带隙基准的内部基准电压和接收第一接收器的时钟信号，使用内部基准电压和时钟信号，将接收的第一放大器的输出信号转换为数字比特流；