CN217543234U - 一种适用于高压的精密电压监测电路 - Google Patents
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Abstract
适用于高压的精密电压监测电路，包括串联在检测端和地之间的第一电阻网络和第二电阻网络；还包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器正相输入端连接两个电阻网络的公共端，反相输入端连接输出端；所述第一运算放大器和第二运算放大器的输出端分别连接差分ADC的两个输入端，差分ADC的输出端作为所述监测电路输出端。本实用新型采用电阻网络对输入高电压进行同步分压，可提高采样精度，同时通过两个运算放大器完成采样信号单端转差分进行模数转换，可进一步增加电压采样精度，并减小电路复杂度，有利于提高采样精度和方便后级进行处理。
Description
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，涉及电压信号采集技术，具体涉及一种适用于高压的精密电压监测电路。
背景技术
在多种电压采集场合的具体应用场景中，需要对高电压信号进行高精度采集，目前市场上常用的电压检测手段的检测精度都在0.2%这种级别，当采集电压等级在1000V时，识别误差将达到2V甚至更高，这种采样精度条件下，精密控制和操作都难以实现。很多场景中，精密监控电压需要达到0.01%的精度甚至更高，即在监测1000V高电压时测量误差需控制在100mV以内，但现有器件中没有能够达到这一性能的产品，个别定制化产品虽然能实现高精度检测，但价格昂贵，无法大规模使用。
实用新型内容
为克服现有技术存在的技术缺陷，本实用新型公开了一种适用于高压的精密电压监测电路。
本实用新型所述适用于高压的精密电压监测电路，包括串联在检测端和地之间的第一电阻网络和第二电阻网络，两个电阻网络均由多个额定阻值相同的电阻并联组成；
还包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器正相输入端连接两个电阻网络的公共端，反相输入端连接输出端；
所述第二运算放大器正相输入端连接第一基准电压，第二运算放大器的反相输入段通过第一电阻连接第一运算放大器输出端，通过第二电阻连接第二运算放大器的输出端；
所述第一运算放大器和第二运算放大器的输出端分别连接差分ADC的两个输入端，差分ADC的输出端作为所述监测电路输出端。
优选的，还包括基准电压模块，所述基准电压模块输出所述第一基准电压，并输出第二基准电压到差分ADC。
优选的，所述差分ADC为CS1231。
优选的，所述第一运算放大器和第二运算放大器为HTC8289。
优选的，所述差分ADC的采样基准电压为两倍所述第一基准电压的电压值。
优选的，电阻网络由100个以上额定阻值相同的电阻并联而成。
采用本实用新型所述适用于高压的精密电压监测电路，采用电阻网络对输入高电压进行同步分压，可提高采样精度，同时通过两个运算放大器完成采样信号单端转差分进行模数转换，可进一步增加电压采样精度，并减小电路复杂度，有利于提高采样精度和方便后级进行处理，本实用新型电路中各个器件可以采用常见的量产器件，组合后实现高精度检测，降低了成本。
附图说明
图1为本实用新型所述适用于高压的精密电压监测电路的一种具体实施方式示意图；
图中附图标记名称为：BG-基准电压模块、VX-检测端，RP1-第一电阻网络、RP2-第二电阻网络、AMP1-第一运算放大器、AMP2-第二运算放大器、R1-第一电阻、R2-第二电阻、OUT1-第一运算放大器输出电压、OUT2-第二运算放大器输出电压、VREF1-第一基准电压、VREF2-第二基准电压、D-ADC-差分ADC、OUT-监测电路输出电压。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实用新型所述适用于高压的精密电压监测电路，包括串联在检测端和地之间的第一电阻网络和第二电阻网络，两个电阻网络均由多个额定阻值相同的电阻并联组成；
还包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器正相输入端连接两个电阻网络的公共端，反相输入端连接输出端；
所述第二运算放大器正相输入端连接第一基准电压，第二运算放大器的反相输入段通过第一电阻连接第一运算放大器输出端，通过第二电阻连接第二运算放大器的输出端；
所述第一运算放大器和第二运算放大器的输出端分别连接差分ADC的两个输入端，差分ADC的输出端作为所述监测电路输出端。
本领域技术人员熟知，额定电阻标称值相同，但实际批量工业化生产的电阻阻值存在一定差异，第一电阻网络和第二电阻网络采用多个电阻并联可以极大改善电阻精度，得到误差极小的阻值，例如单个1000欧姆额定电阻误差为1%，在采用100个相同电阻并联后得到的实际电阻阻值为10欧，根据误差理论分析，可以得到100个并联电阻的误差为0. 1欧以下，相比单个电阻5%的误差，大幅降低至1%以下。通过调节第一电阻网络和第二电阻网络单个电阻额定值大小，可以对检测端电压进行分压，例如采用99：1的电阻之比，可以在两个电阻网络的公共端输出1%检测端电压值。
如图1所示，经过两个电阻网络分压后的电压输入第一运算放大器和第二运算放大器，图1所示的具体电路中，通过两个运算放大器，实现单端信号转为差分信号输出，当第一电阻和第二电阻阻值相等时，根据运算放大器工作原理，两个输入端电压相等，可以计算得到OUT1-OUT2= 2*OUT1-2*VREF2，其中OUT1、OUT2、VREF2分别表示第一运算放大器输出电压、第二运算放大器输出电压和第二基准电压。而第一运算放大器使得第一运算放大器输出电压等于其正相输入端电压，通过两个运算放大器，可以得到一对差分信号，该差分信号只和第一运算放大器输入端电压有关，而该电压等于检测端电压分压采样得到，一对差分电压可以通过第二基准电压，调节差分信号的电压差值。
第一运算放大器AMP1输出电压OUT1到差分ADC的一个采样端，第二运算放大器AMP2输出电压OUT2到差分ADC的另一个采样端，完成检测端VX的信号同步转换和单端转差分工作。
图1所示的具体实施方式中，由一个基准电压模块BG给差分ADC提供第二基准电压作为采样基准的同时，输出第一基准电压到第二运算放大器AMP2的正相输入端，可以使差分ADC输出始终工作在第一基准电压的基准点左右。一个优选方式为，第一基准电压的电压值为第二基准电压的一半，这样可以使差分ADC的采样基准电压为输入电压的两倍左右，采样效果最好。
一个具体实施方式中，1000V电压经过电阻网络RP1和RP2分压后得到500mV, 假设两个运算放大器反馈精度为1%，即AMP1输出OUT1和AMP2输出OUT2输出最大差值差为500mV*2%=10mV; 差分ADC采用24位的CS1231，采集有效位为20位即2的20次方数据。最终可计算出510mv/2^20=5.1*10-4 mv；采样误差为 5.1*10-4 mv /1000V=5.1*10-10;
采用本实用新型所述适用于高压的精密电压监测电路，采用电阻网络对输入高电压进行同步分压，可提高采样精度，同时通过两个运算放大器完成采样信号单端转差分进行模数转换，可进一步增加电压采样精度，并减小电路复杂度，有利于提高采样精度和方便后级进行处理，本实用新型电路中各个器件可以采用常见的量产器件，组合后实现高精度检测，降低了成本。
前文所述的为本实用新型的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种适用于高压的精密电压监测电路，其特征在于，包括串联在检测端和地之间的第一电阻网络和第二电阻网络，两个电阻网络均由多个额定阻值相同的电阻并联组成；
还包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器正相输入端连接两个电阻网络的公共端，反相输入端连接输出端；
所述第二运算放大器正相输入端连接第一基准电压，第二运算放大器的反相输入段通过第一电阻连接第一运算放大器输出端，通过第二电阻连接第二运算放大器的输出端；
所述第一运算放大器和第二运算放大器的输出端分别连接差分ADC的两个输入端，差分ADC的输出端作为所述监测电路输出端。
2.如权利要求1所述的适用于高压的精密电压监测电路，其特征在于，还包括基准电压模块，所述基准电压模块输出所述第一基准电压，并输出第二基准电压到差分ADC。
3.如权利要求1所述的适用于高压的精密电压监测电路，其特征在于，所述差分ADC为CS1231。
4.如权利要求1所述的适用于高压的精密电压监测电路，其特征在于，所述第一运算放大器和第二运算放大器为HTC8289。
5.如权利要求1所述的适用于高压的精密电压监测电路，其特征在于，所述差分ADC的采样基准电压为两倍所述第一基准电压的电压值。
6.如权利要求1所述的适用于高压的精密电压监测电路，其特征在于，电阻网络由100个以上额定阻值相同的电阻并联而成。
Priority Applications (1)
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| CN202221070946.1U CN217543234U (zh) | 2022-05-07 | 2022-05-07 | 一种适用于高压的精密电压监测电路 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114740254A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-07-12 | 四川钧力能源科技有限公司 | 一种适用于高压的精密电压监测电路 |
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