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雷电电流采集电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种雷电电流采集电路，该电路包括第一工作电压输入端、第二工作电压输入端、电流采集输入电路、衰减电路、钳位电路、第一电压跟随器及采集输出端；衰减电路的输入端与电流采集输入电路连接，衰减电路的输出端与钳位电路的输入端连接；钳位电路的输出端与第一电压跟随器的电压输入端连接；第一电压跟随器的电压输出端与采集输出端连接；第一电压跟随器的正电源输入端与第一工作电压输入端连接，第一电压跟随器的负电源输入端与第二工作电压输入端连接；本实用新型能够实现对由直击雷、传导雷、感应雷以及开关过电压而产生的雷击电流或浪涌电流进行采集，并且，本实用新型还具有响应速度高、抗干扰能力强及采集精度高的优点。
【专利说明】雷电电流采集电路

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及信号采集【技术领域】，尤其涉及一种雷电电流采集电路。

【背景技术】
[0002]雷电灾害是“联合国国际减灾十年”活动所公布的最严重的10种自然灾害之一，且最新统计资料表明，由雷电而造成的损失已上升到自然灾害的第3位。
[0003]雷电的种类包括直击雷、传导雷及感应雷，雷电电流是指由直击雷、传导雷、感应雷以及开关过电压而产生的雷击电流或浪涌电流。其中，直击雷蕴含极大的能量，当直击雷对地放电时，在8μ s左右的时间内其雷电电流就能够达到峰值，并在40 μ s内完全泄放，直击雷的电压峰值可达5000KV，具有极大的破坏力。因此，由直击雷产生的雷电电流，具有幅值高、频率高及冲击力强的特点。如建筑物直接被直击雷击中，则巨大的雷电电流将沿着引下线入地，从而造成以下几种严重后果:(一)巨大的雷电电流沿引下线在数微秒时间内入地的过程中，有可能直接击穿空气，损毁低压设备；并且，在地网中，由于瞬态高电压的冲击，在接地点产生局部电位升高，使得在地网间产生电位差，从而导致地中反击而损坏电器设备；同时，地网中的电位差还会产生跨步电压，直接危及人们的生命；(二)直击雷产生的冲击电流沿引下线对地泄放的过程中，在引下线上会产生强烈的电磁场，当该电磁场耦合到供电线路、音频线或数据线上时，将产生远远超过弱电设备所能耐受的浪涌电压，从而击毁弱电设备；(三)直击雷产生的雷电电流流经电气设备时会产生极高的热量，有可能造成火灾及爆炸事故。上述传导雷是指远处的雷电击中线路或因电磁感应而产生极高的电压，该电压由室外电源线路和通信线路传至建筑物内，从而损坏建筑物内的电气设备。上述感应雷是指云层之间的频繁放电而产生强大的电磁波，该电磁波在电源线和信号线上感应出极高的脉冲电压(电压峰值可达50KV)。另外，在电力系统的内部，由于断路器的操作，大负荷的投入或切除而使系统参数发生巨大变化，从而引起的电力系统内部产生电磁能量的转化或传输的过渡过程，该电磁能量的转化或传输的过渡过程将在系统中出现过电压，这种过电压称为开关过电压，在用电网络中引起内部过过电压的原因大至可分为以下几种:(一)大负荷的投入或切除，如电梯、大功率空调节器机、冷冻机、医疗设备等大功率设备的投入或切除；(二)感性负荷的投入或切除，如电梯的线圈、继电器的线圈以及带负荷的变压器的的投入或切除；(三)功率因数补偿电容器的投入或切除；(四)断路器或保险装置的操作；(五)短路故障等。目前，如何采集到由直击雷、传导雷、感应雷以及开关过电压而产生的雷电电流对于雷电灾难的预防工作具有非常重要的作用。但是，现有技术中的雷电电流采集电路普遍存在响应速度慢及抗干扰能力弱的缺陷。
实用新型内容
[0004]本实用新型的主要目的是提高雷电电流采集电路的响应速度、以及增强雷电电流采集电路的的抗干扰能力。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供一种雷电电流采集电路，所述雷电电流采集电路包括第一工作电压输入端、第二工作电压输入端、用于对雷电环境中的雷电电流信号进行采集并将所述雷电电流信号转换为第一雷电电压信号的电流采集输入电路、用于对所述第一雷电电压信号进行衰减并输出第二雷电电压信号的衰减电路、用于对所述第二雷电电压信号进行钳位并输出第三雷电电压信号的钳位电路、用于增加对所述第三雷电电压信号的驱动能力并输出第四雷电电压信号的第一电压跟随器以及用于输出所述第四雷电电压信号的采集输出端；其中，
[0006]所述衰减电路的输入端与所述电流采集输入电路的输出端连接，所述衰减电路的输出端与所述钳位电路的输入端连接；所述钳位电路的输出端与所述第一电压跟随器的电压输入端连接；所述第一电压跟随器的电压输出端与所述采集输出端连接；所述第一电压跟随器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，所述第一电压跟随器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；所述钳位电路的第一电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，所述钳位电路的第二电源输入端与所述第二工作电压输入端连接。
[0007]优选地，所述雷电电流采集电路还包括雷电电流正峰值采集电路和电流正峰值输出端；其中，
[0008]所述雷电电流正峰值采集电路的输入端与所述第一电压跟随器的电压输出端连接；所述雷电电流正峰值采集电路的输出端与所述电流正峰值输出端连接。
[0009]优选地，所述雷电电流采集电路还包括雷电电流负峰值采集电路和电流负峰值输出端；其中，
[0010]所述雷电电流负峰值采集电路的输入端与所述第一电压跟随器的电压输出端连接；所述雷电电流负峰值采集电路的输出端与所述电流负峰值输出端连接。
[0011]优选地，所述雷电电流采集电路还包括限流电阻；所述限流电阻的第一端与所述钳位电路的输出端连接，所述限流电阻的第二端与所述第一电压跟随器的电压输入端连接。
[0012]优选地，所述电流采集输入电路包括罗氏线圈和隔直通交电容；其中，
[0013]所述罗氏线圈的第一端与所述隔直通交电容的第一端连接，所述罗氏线圈的第二端接地；所述隔直通交电容的第二端与所述衰减电路的输入端连接。
[0014]优选地，所述衰减电路包括第一阻容电路和第二阻容电路；所述第一阻容电路包括第一电阻及第一电容；所述第二阻容电路包括第二电阻及第二电容；其中，
[0015]所述第一电阻的第一端与隔直通交电容的第二端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端接地；所述第一电容与所述第一电阻并联；所述第二电容与所述第二电阻并联。
[0016]优选地，所述钳位电路包括第一二极管和第二二极管；其中，
[0017]所述第一二极管的阴极与所述第一工作电压输入端连接，所述第一二极管的阳极与所述第一电阻的第二端连接，所述第一二极管的阳极还分别与所述第二二极管的阴极及所述限流电阻的第一端连接；所述第二二极管的阳极接地。
[0018]优选地，所述雷电电流采集电路还包括第三电阻、第三电容及第四电容；其中，
[0019]所述第三电阻的第一端与所述第一电压跟随器的电压输出端连接，所述第三电阻的第二端接地；所述第三电容的第一端与所述第一电压跟随器的正电源输入端连接，所述第三电容的第二端接地；所述第四电容的第一端与所述第一电压跟随器的负电源输入端连接，所述第四电容的第二端接地。
[0020]优选地，所述雷电电流正峰值采集电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第三二极管、第四二极管、第五二极管、NPN三极管、第一运算放大器、第二电压跟随器、第三电压跟随器及第一控制信号输入端；其中，
[0021]所述第四电阻的第一端与所述采集输出端连接，所述第四电阻的第二端与第一运算放大器的正输入端连接；所述第一运算放大器的负输入端经第五电容与第五电阻的第一端连接；所述第五电阻的第二端与第四电阻的第二端连接；所述第一运算放大器的输出端与第四二极管的阳极连接；所述第一运算放大器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，所述第一运算放大器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；所述第四二极管的阴极分别与第三二极管的阴极及第五二极管的阳极连接；所述第三二极管的阳极接地；所述第五二极管的阴极与第二电压跟随器的电压输入端连接；所述第二电压跟随器的电压输入端还经第八电阻与NPN三极管的集电极连接；所述NPN三极管的发射极接地，所述NPN三极管的基极分别与第九电阻的第一端及第十电阻的第一端连接；所述第九电阻的第二端与第一控制信号输入端连接；所述第十电阻的第二端接地；所述第七电容的一端与NPN三极管的集电极连接，所述第七电容的另一端接地；所述第二电压跟随器的电压输出端经第十一电阻与第三电压跟随器的电压输入端连接；第一运算放大器的负输入端还经第七电阻与第二电压跟随器的电压输出端连接；所述第六电容与第七电阻并联；所述第二电压跟随器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，第二电压跟随器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；第八电容的第一端与第二电压跟随器的正电源输入端连接，第八电容的第二端接地；所述第三电压跟随器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，第三电压跟随器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接，所述第三电压跟随器的电压输出端与电流正峰值输出端连接。
[0022]优选地，所述雷电电流负峰值采集电路包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第九电容、第十电容、第十一电容、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第二运算放大器、第三运算放大器、第四电压跟随器、光耦及第二控制信号输入端；其中，
[0023]所述第十二电阻的第一端与所述采集输出端连接，所述第十二电阻的第二端与所述第二运算放大器的正输入端连接；所述第二运算放大器的负输入端经所述第九电容与所述第十三电阻的第一端连接；所述第十三电阻的第二端与所述第十二电阻的第二端连接；所述第二运算放大器的输出端与所述第七二极管的阴极连接；所述第二运算放大器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，所述第二运算放大器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；所述第七二极管的阳极分别与所述第六二极管的阳极及所述第八二极管的阴极连接；所述第六二极管的阴极接地；所述第八二极管的阳极与所述第四电压跟随器的电压输入端连接；所述第四电压跟随器的电压输入端还经第十六电阻与光耦中三极管的发射极连接；所述光耦中三极管的发射极还经第十一电容接地，所述光耦中三极管的集电极接地，所述光耦中发光二极管的阴极接地，所述光耦中发光二极管的阳极经第十七电阻与第二控制信号输入端连接；第二运算放大器的负输入端还经第十五电阻与所述第四电压跟随器的电压输出端连接；所述第十电容与所述第十五电阻并联；所述第四电压跟随器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接；所述第四电压跟随器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；所述第四电压跟随器的电压输出端还经第十八电阻与第三运算放大器的负输入端连接；第三运算放大器的负输入端还经第二十电阻与第三运算放大器的输出端连接，第三运算放大器的正输入端经第十九电阻接地，第三运算放大器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，第三运算放大器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接，第三运算放大器的输出端经第二十一电阻与所述电流负峰值输出端连接。
[0024]本实用新型提供的雷电电流采集电路，包括第一工作电压输入端、第二工作电压输入端、用于对雷电环境中的雷电电流信号进行米集并将雷电电流信号转换为第一雷电电压信号的电流采集输入电路、用于对第一雷电电压信号进行衰减并输出第二雷电电压信号的衰减电路、用于对第二雷电电压信号进行钳位并输出第三雷电电压信号的钳位电路、用于增加对第三雷电电压信号的驱动能力并输出第四雷电电压信号的第一电压跟随器以及用于输出第四雷电电压信号的采集输出端；其中，衰减电路的输入端与电流采集输入电路的输出端连接，衰减电路的输出端与钳位电路的输入端连接；钳位电路的输出端与第一电压跟随器的电压输入端连接；第一电压跟随器的电压输出端与采集输出端连接；第一电压跟随器的正电源输入端与第一工作电压输入端连接，第一电压跟随器的负电源输入端与第二工作电压输入端连接；钳位电路的第一电源输入端与第一工作电压输入端连接，钳位电路的第二电源输入端与第二工作电压输入端连接。本实用新型雷电电流采集电路能够实现对由直击雷、传导雷、感应雷以及开关过电压而产生的雷击电流或浪涌电流进行采集，并且，本实用新型还具有响应速度高、抗干扰能力强、采集精度高、电路结构简单及易实现的优点。

【专利附图】

【附图说明】
[0025]图1为本实用新型雷电电流采集电路较佳实施例的模块结构示意图；
[0026]图2为本实用新型雷电电流采集电路较佳实施例的电路结构示意图；
[0027]图3为本实用新型雷电电流采集电路较佳实施例中雷电电流正峰值采集电路的电路结构意图；
[0028]图4为本实用新型雷电电流采集电路较佳实施例中雷电电流负峰值采集电路的电路结构意图。
[0029]本实用新型的目的、功能特点及优点的实现，将结合实施例，并参照附图作进一步说明。

【具体实施方式】
[0030]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。
[0031]本实用新型提供一种冰箱玻璃门真空固定装置。
[0032]参照图1，图1为本实用新型雷电电流采集电路较佳实施例的模块结构示意图。
[0033]在一较佳实施例中，该雷电电流采集电路包括电流采集输入电路101、衰减电路102、钳位电路103、第一电压跟随器104、米集输出端105、第一工作电压输入端106和第二工作电压输入端107。
[0034]其中，电流采集输入电路101，用于对雷电环境中的雷电电流信号进行采集，并将雷电电流信号转换为第一雷电电压信号；
[0035]衰减电路102，用于对电流采集输入电路101所输出的第一雷电电压信号进行衰减，并输出第二雷电电压信号；
[0036]钳位电路103，用于对衰减电路102所输出的第二雷电电压信号进行钳位，并输出第三雷电电压信号；
[0037]第一电压跟随器104，用于增加对钳位电路103所输出的第三雷电电压信号的驱动能力，并输出第四雷电电压信号；
[0038]米集输出端105,用于输出第四雷电电压信号；
[0039]第一工作电压输入端106,用于为本实施例雷电电流米集电路提供第一工作电压；本实施例中，第一工作电压输入端106的电压为+15V。
[0040]第二工作电压输入端107，用于为本实施例雷电电流采集电路提供第二工作电压。本实施例中，第二工作电压输入端107的电压为-15V
[0041]具体地，衰减电路102的输入端与电流采集输入电路101的输出端连接，衰减电路102的输出端与钳位电路103的输入端连接；钳位电路103的输出端与第一电压跟随器104的电压输入端连接；第一电压跟随器104的电压输出端与采集输出端105连接；第一电压跟随器104的正电源输入端与第一工作电压输入端106连接，第一电压跟随器104的负电源输入端与第二工作电压输入端107连接；钳位电路103的第一电源输入端与所述第一工作电压输入端106连接，所述钳位电路103的第二电源输入端与所述第二工作电压输入端107连接。
[0042]进一步地，本实施例雷电电流采集电路还包括雷电电流正峰值采集电路108和电流正峰值输出端109。其中，雷电电流正峰值采集电路108用于对雷电电流的正峰值进行采集，电流正峰值输出端109用于输出雷电电流正峰值采集电路108所采集到的电流正峰值。
[0043]具体地，雷电电流正峰值采集电路108的输入端与第一电压跟随器104的电压输出端连接；雷电电流正峰值采集电路108的输出端与电流正峰值输出端109连接。
[0044]进一步地，本实施例雷电电流采集电路还包括雷电电流负峰值采集电路110和电流负峰值输出端111。其中，雷电电流负峰值采集电路110用于对雷电电流的负峰值进行采集，电流负峰值输出端111用于输出雷电电流负峰值采集电路108所采集到的电流负峰值。
[0045]具体地，雷电电流负峰值采集电路110的输入端与第一电压跟随器104的电压输出端连接；雷电电流负峰值采集电路的输出端110与电流负峰值输出端111连接。
[0046]参照图2，图2为本实用新型雷电电流采集电路较佳实施例的电路结构示意图。
[0047]本实施例中，该雷电电流采集电路包括电流采集输入电路201、衰减电路202、钳位电路203、第一电压跟随器U1、采集输出端LA1、+15V的第一工作电压输入端106、-15V的第二工作电压输入端及限流电阻R0。
[0048]其中，电流采集输入电路201包括罗氏线圈Jl和隔直通交电容CO ；
[0049]具体地，罗氏线圈Jl的第一端与隔直通交电容CO的第一端连接，罗氏线圈Jl的第二端接地；隔直通交电容CO的第二端与衰减电路202的输入端连接。
[0050]衰减电路202包括第一阻容电路2021和第二阻容电路2022 ;其中，第一阻容电路2021包括第一电阻Rl及第一电容Cl ;第二阻容电路2022包括第二电阻R2及第二电容C2 ；
[0051]具体地，第一电阻Rl的第一端与隔直通交电容CO的第二端连接，第一电阻Rl的第二端与第二电阻R2的第一端连接；第二电阻R2的第二端接地；第一电容Cl与第一电阻Rl并联；第二电容C2与第二电阻R2并联。
[0052]钳位电路203包括第一二极管Dl和第二二极管D2 ；
[0053]具体地，第一二极管Dl的阴极与+15V的第一工作电压输入端连接，第一二极管Dl的阳极与第一电阻Rl的第二端连接，第一二极管Dl的阳极还与第二二极管D2的阴极连接；第二二极管D2的阳极接地。第一二极管Dl的阳极为钳位电路203的输出端，与限流电阻RO的第一端连接；
[0054]限流电阻RO的第一端与钳位电路203的输出端连接，限流电阻RO的第二端与第一电压跟随器Ul的电压输入端连接；
[0055]本实施例雷电电流采集电路还包括第三电阻R3、第三电容C3及第四电容C4。
[0056]具体地，第三电阻R3的第一端与第一电压跟随器Ul的电压输出端连接，第三电阻R3的第二端接地；第三电容C3的第一端与第一电压跟随器Ul的正电源输入端连接，第三电容C3的第二端接地；第四电容C4的第一端与第一电压跟随器Ul的负电源输入端连接，第四电容C4的第二端接地。
[0057]本实施例中，用罗氏线圈Jl采集雷电电流信号，隔直通交电容CO让雷电电流脉冲信号通过，第一阻容电路2021和第二阻容电路2022对雷电电流脉冲信号进行1:N倍的衰减(最佳衰减比为1:2)。本实施例中，第一电阻Rl的阻值等于第二电阻R2的阻值，第一电容Cl的容值等于第二电容C2的容值，即Rl = R2，Cl = C2。本实施例中，钳位电路203中的第一二极管Dl和第二二极管D2能够过滤掉高压脉冲信号，第一电压跟随器Ul具有高输入阻抗，且具有较宽的频带，以实现增加对雷电环境中的微弱雷电电流信号的驱动能力。
[0058]图3为本实用新型雷电电流采集电路较佳实施例中雷电电流正峰值采集电路的电路结构意图。
[0059]一并参照图1、图2和图3，本实施例中，该雷电电流正峰值采集电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第i^一电阻R11、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、NPN三极管Q1、第一运算放大器U1A、第二电压跟随器U2、第三电压跟随器U3及第一控制信号输入端1020。
[0060]具体地，第四电阻R4的第一端与采集输出端LAl连接，第四电阻R4的第二端与第一运算放大器UlA的正输入端连接；第一运算放大器UlA的负输入端经第五电容C5与第五电阻R5的第一端连接；第五电阻R5的第二端与第四电阻R4的第二端连接；第一运算放大器UlA的输出端与第四二极管D4的阳极连接；第一运算放大器UlA的正电源输入端与+15V的第一工作电压输入端连接，第一运算放大器UlA的负电源输入端与-15V的第二工作电压输入端连接；第四二极管D4的阴极分别与第三二极管D3的阴极及第五二极管D5的阳极连接；第三二极管D3的阳极接地；第五二极管D5的阴极与第二电压跟随器U2的电压输入端连接；第二电压跟随器U2的电压输入端还经第八电阻R8与NPN三极管Ql的集电极连接；NPN三极管Ql的发射极接地，NPN三极管Ql的基极分别与第九电阻R9的第一端及第十电阻RlO的第一端连接；第九电阻R9的第二端与第一控制信号输入端1020连接；第一控制信号输入端1020与外部单片机(图未示)的一 1 口连接；第十电阻RlO的第二端接地；第七电容C7的一端与NPN三极管Ql的集电极连接，第七电容C7的另一端接地；第二电压跟随器U2的电压输出端经第十一电阻Rll与第三电压跟随器U3的电压输入端连接；第一运算放大器UlA的负输入端还经第七电阻R7与第二电压跟随器U2的电压输出端连接；第六电容C6与第七电阻R7并联；第二电压跟随器U2的正电源输入端与+15V的第一工作电压输入端连接，第八电容CS的第一端与第二电压跟随器U2的正电源输入端连接，第八电容CS的第二端接地；第二电压跟随器U2的负电源输入端与-15V的第二工作电压输入端连接；第三电压跟随器U3的正电源输入端与+15V的第一工作电压输入端连接，第三电压跟随器U3的负电源输入端与-15V的第二工作电压输入端连接，第三电压跟随器U3的电压输出端与电流正峰值输出端FZADl连接。
[0061]本实施例中，上述第一运算放大器UlA是跨导型的集成运算放大器，该类运算放大器的电压到达峰值时，其电流已经趋于零，从而可以提高雷电电流峰值的采集精度；上述第三二极管D3和第四二极管D4用来减少在跟随和保持第五二极管D5两端电压的摆动，有利于减小电路的非线性及下垂速率；上述第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、第五电容C5及第六电容C6为频率补偿元件；上述第七电容C7为雷电电流峰值保持电容；上述NPN三极管Ql为雷电电流峰值卸放开关；上述第二电压跟随器U2、第三电压跟随器U3为高输入阻抗且频带彡20MHz的电压跟随器。
[0062]本实施例雷电电流正峰值采集电路，当罗氏线圈Jl采集到正的雷电电流信号时，该正的雷电电流信号通过第一运算放大器UlA(跨导型的集成运算放大器)、第三二极管D3、第四二极管D4及第五二极管D5，当该正的雷电电流信号未到达最大值时，第七电容C7(雷电电流峰值保持电容)的正电压持续增大，当雷电电流信号到达最大值时，第七电容C7的电压保持不变；当第一控制信号输入端1020输入高电平时(该控制信号由外部的单片机输出)，使NPN三极管Ql导通，当NPN三极管Ql导通后，第七电容C7上的正电压下降为零，从而实现了雷电电流正峰值信号的保持和卸放。
[0063]图4为本实用新型雷电电流采集电路较佳实施例中雷电电流负峰值采集电路的电路结构意图。
[0064]一并参照图1、图2和图4，本实施例中，该雷电电流负峰值采集电路包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二i^一电阻R21、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容cn、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第二运算放大器U2A、第三运算放大器U3A、第四电压跟随器U4、光耦OPl及第二控制信号输入端1021。
[0065]具体地，第十二电阻R12的第一端与采集输出端LAl连接，第十二电阻R12的第二端与第二运算放大器U2A的正输入端连接；第二运算放大器U2A的负输入端经第九电容C9与第十三电阻R13的第一端连接；第十三电阻R13的第二端与第十二电阻R12的第二端连接；第二运算放大器U2A的输出端与第七二极管D7的阴极连接；第二运算放大器U2A的正电源输入端与+15V的第一工作电压输入端连接,第二运算放大器U2A的负电源输入端与-15V的第二工作电压输入端连接；第七二极管D7的阳极分别与第六二极管D6的阳极及第八二极管D8的阴极连接；第六二极管D6的阴极接地；第八二极管D8的阳极与第四电压跟随器U4的电压输入端连接；第四电压跟随器U4的电压输入端还经第十六电阻R16与光耦OPl中三极管的发射极连接；光耦OPl中三极管的发射极还经第十一电容Cll接地，光耦OPl中三极管的集电极接地，光耦OPl中发光二极管的阴极接地，光耦OPl中发光二极管的阳极经第十七电阻R17与第二控制信号输入端1021连接；第二控制信号输入端1021与外部单片机(图未示)的一 1 口连接；所第二运算放大器U2A的负输入端还经第十五电阻R15与第四电压跟随器U4的电压输出端连接；第十电容ClO与第十五电阻R15并联；第四电压跟随器U4的正电源输入端与+15V的第一工作电压输入端连接；第四电压跟随器U4的负电源输入端与-15V的第二工作电压输入端连接；第四电压跟随器U4的电压输出端还经第十八电阻R18与第三运算放大器U3A的负输入端连接；第三运算放大器U3A的负输入端还经第二十电阻R20与第三运算放大器U3A的输出端连接，第三运算放大器U3A的正输入端经第十九电阻R19接地，第三运算放大器U3A的正电源输入端与+15V的第一工作电压输入端连接，第三运算放大器U3A的负电源输入端与-15V的第二工作电压输入端连接，第三运算放大器U3A的输出端还经第二i^一电阻R21与电流负峰值输出端FZAD2连接。
[0066]本实施例中，上述第二运算放大器U2A同样也是跨导型的集成运算放大器；上述第六二极管D6和第七二极管D7用来减少在跟随和保持第八二极管D8两端电压的摆动，有利于减小电路的非线性及下垂速率；上述第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第九电容C9及第十电容ClO为频率补偿元件；上述第i^一电容Cll为雷电电流峰值保持电容；上述光耦OPl为雷电电流峰值卸放开关；上述第四电压跟随器U4为高输入阻抗且频带彡20MHz的电压跟随器。
[0067]本实施例雷电电流负峰值采集电路，当罗氏线圈Jl采集到负的雷电电流信号时，该负的雷电电流信号通过第二运算放大器U2A (跨导型的集成运算放大器)、第六二极管D6、第七二极管D7及第八二极管D8,当该负的雷电电流信号未到达最大值时,第^ 电容Cll (雷电电流峰值保持电容)的负电压持续增大，当雷电电流信号到达最大值时，第十一电容Cll的电压保持不变；当第二控制信号输入端1021输入高电平时(该控制信号由外部的单片机输出)，使光耦OPl导通，当光耦OPl导通后，第十一电容Cll上的负电压下降为零，从而实现了雷电电流负峰值信号的保持和卸放。本实施例中，由于第十一电容Cll上的电压为负电压，从而单片机输出的控制信号无法使NPN三级片或PNP三极管正常工作，因此，本实施例雷电电流负峰值采集电路采用光耦OPl替代图3中雷电电流正峰值采集电路中的NPN三极管Ql，光耦OPl能够对信号进行隔离，从而使得单片机能够实现对第十一电容Cll上负电压的泄放控制。
[0068]本实施例提供的雷电电流米集电路，包括第一工作电压输入端、第二工作电压输入端、电流采集输入电路、衰减电路、钳位电路、第一电压跟随器、采集输出端、雷电电流正峰值采集电路、电流正峰值输出端、雷电电流负峰值采集电路及电流负峰值输出端；其中，衰减电路的输入端与电流采集输入电路的输出端连接，衰减电路的输出端与钳位电路的输入端连接；钳位电路的输出端与第一电压跟随器的电压输入端连接；第一电压跟随器的电压输出端与米集输出端连接；第一电压跟随器的正电源输入端与第一工作电压输入端连接，第一电压跟随器的负电源输入端与第二工作电压输入端连接；钳位电路的第一电源输入端与第一工作电压输入端连接，钳位电路的第二电源输入端与第二工作电压输入端连接；雷电电流正峰值采集电路的输入端与第一电压跟随器的电压输出端连接；雷电电流正峰值采集电路的输出端与电流正峰值输出端连接；雷电电流负峰值采集电路的输入端与第一电压跟随器的电压输出端连接；雷电电流负峰值采集电路的输出端与电流负峰值输出端连接。本实施例雷电电流采集电路能够实现对由直击雷、传导雷、感应雷以及开关过电压而产生的雷击电流或浪涌电流进行采集，并且，本实施例还具有响应速度高、抗干扰能力强、采集精度高、电路结构简单及易实现的优点。
[0069]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种雷电电流采集电路，其特征在于，所述雷电电流采集电路包括第一工作电压输入端、第二工作电压输入端、用于对雷电环境中的雷电电流信号进行采集并将所述雷电电流信号转换为第一雷电电压信号的电流采集输入电路、用于对所述第一雷电电压信号进行衰减并输出第二雷电电压信号的衰减电路、用于对所述第二雷电电压信号进行钳位并输出第三雷电电压信号的钳位电路、用于增加对所述第三雷电电压信号的驱动能力并输出第四雷电电压信号的第一电压跟随器以及用于输出所述第四雷电电压信号的采集输出端；其中， 所述衰减电路的输入端与所述电流采集输入电路的输出端连接，所述衰减电路的输出端与所述钳位电路的输入端连接；所述钳位电路的输出端与所述第一电压跟随器的电压输入端连接；所述第一电压跟随器的电压输出端与所述采集输出端连接；所述第一电压跟随器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，所述第一电压跟随器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；所述钳位电路的第一电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，所述钳位电路的第二电源输入端与所述第二工作电压输入端连接。
2.根据权利要求1所述的雷电电流采集电路，其特征在于，所述雷电电流采集电路还包括雷电电流正峰值采集电路和电流正峰值输出端；其中， 所述雷电电流正峰值采集电路的输入端与所述第一电压跟随器的电压输出端连接；所述雷电电流正峰值采集电路的输出端与所述电流正峰值输出端连接。
3.根据权利要求2所述的雷电电流采集电路，其特征在于，所述雷电电流采集电路还包括雷电电流负峰值采集电路和电流负峰值输出端；其中， 所述雷电电流负峰值采集电路的输入端与所述第一电压跟随器的电压输出端连接；所述雷电电流负峰值采集电路的输出端与所述电流负峰值输出端连接。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的雷电电流采集电路，其特征在于，所述雷电电流采集电路还包括限流电阻；所述限流电阻的第一端与所述钳位电路的输出端连接，所述限流电阻的第二端与所述第一电压跟随器的电压输入端连接。
5.根据权利要求4所述的雷电电流采集电路，其特征在于，所述电流采集输入电路包括罗氏线圈和隔直通交电容；其中， 所述罗氏线圈的第一端与所述隔直通交电容的第一端连接，所述罗氏线圈的第二端接地；所述隔直通交电容的第二端与所述衰减电路的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的雷电电流采集电路，其特征在于，所述衰减电路包括第一阻容电路和第二阻容电路；所述第一阻容电路包括第一电阻及第一电容；所述第二阻容电路包括第二电阻及第二电容；其中， 所述第一电阻的第一端与隔直通交电容的第二端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端接地；所述第一电容与所述第一电阻并联；所述第二电容与所述第二电阻并联。
7.根据权利要求6所述的雷电电流采集电路，其特征在于，所述钳位电路包括第一二极管和第二二极管；其中， 所述第一二极管的阴极与所述第一工作电压输入端连接，所述第一二极管的阳极与所述第一电阻的第二端连接，所述第一二极管的阳极还分别与所述第二二极管的阴极及所述限流电阻的第一端连接；所述第二二极管的阳极接地。
8.根据权利要求7所述的雷电电流采集电路，其特征在于，所述雷电电流采集电路还包括第三电阻、第三电容及第四电容；其中， 所述第三电阻的第一端与所述第一电压跟随器的电压输出端连接，所述第三电阻的第二端接地；所述第三电容的第一端与所述第一电压跟随器的正电源输入端连接，所述第三电容的第二端接地；所述第四电容的第一端与所述第一电压跟随器的负电源输入端连接，所述第四电容的第二端接地。
9.根据权利要求2所述的雷电电流采集电路，其特征在于，所述雷电电流正峰值采集电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第三二极管、第四二极管、第五二极管、NPN三极管、第一运算放大器、第二电压跟随器、第三电压跟随器及第一控制信号输入端；其中， 所述第四电阻的第一端与所述采集输出端连接，所述第四电阻的第二端与第一运算放大器的正输入端连接；所述第一运算放大器的负输入端经第五电容与第五电阻的第一端连接；所述第五电阻的第二端与第四电阻的第二端连接；所述第一运算放大器的输出端与第四二极管的阳极连接；所述第一运算放大器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，所述第一运算放大器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；所述第四二极管的阴极分别与第三二极管的阴极及第五二极管的阳极连接；所述第三二极管的阳极接地；所述第五二极管的阴极与第二电压跟随器的电压输入端连接；所述第二电压跟随器的电压输入端还经第八电阻与NPN三极管的集电极连接；所述NPN三极管的发射极接地，所述NPN三极管的基极分别与第九电阻的第一端及第十电阻的第一端连接；所述第九电阻的第二端与第一控制信号输入端连接；所述第十电阻的第二端接地；所述第七电容的一端与NPN三极管的集电极连接，所述第七电容的另一端接地；所述第二电压跟随器的电压输出端经第十一电阻与第三电压跟随器的电压输入端连接；第一运算放大器的负输入端还经第七电阻与第二电压跟随器的电压输出端连接；所述第六电容与第七电阻并联；所述第二电压跟随器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，第二电压跟随器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；第八电容的第一端与第二电压跟随器的正电源输入端连接，第八电容的第二端接地；所述第三电压跟随器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，第三电压跟随器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接，所述第三电压跟随器的电压输出端与电流正峰值输出端连接。
10.根据权利要求3所述的雷电电流采集电路，其特征在于，所述雷电电流负峰值采集电路包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第九电容、第十电容、第十一电容、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第二运算放大器、第三运算放大器、第四电压跟随器、光耦及第二控制信号输入端；其中， 所述第十二电阻的第一端与所述采集输出端连接，所述第十二电阻的第二端与所述第二运算放大器的正输入端连接；所述第二运算放大器的负输入端经所述第九电容与所述第十三电阻的第一端连接；所述第十三电阻的第二端与所述第十二电阻的第二端连接；所述第二运算放大器的输出端与所述第七二极管的阴极连接；所述第二运算放大器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，所述第二运算放大器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；所述第七二极管的阳极分别与所述第六二极管的阳极及所述第八二极管的阴极连接；所述第六二极管的阴极接地；所述第八二极管的阳极与所述第四电压跟随器的电压输入端连接；所述第四电压跟随器的电压输入端还经第十六电阻与光耦中三极管的发射极连接；所述光耦中三极管的发射极还经第十一电容接地，所述光耦中三极管的集电极接地，所述光耦中发光二极管的阴极接地，所述光耦中发光二极管的阳极经第十七电阻与第二控制信号输入端连接；第二运算放大器的负输入端还经第十五电阻与所述第四电压跟随器的电压输出端连接；所述第十电容与所述第十五电阻并联；所述第四电压跟随器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接；所述第四电压跟随器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接；所述第四电压跟随器的电压输出端还经第十八电阻与第三运算放大器的负输入端连接；第三运算放大器的负输入端还经第二十电阻与第三运算放大器的输出端连接，第三运算放大器的正输入端经第十九电阻接地，第三运算放大器的正电源输入端与所述第一工作电压输入端连接，第三运算放大器的负电源输入端与所述第二工作电压输入端连接，第三运算放大器的输出端经第二十一电阻与所述电流负峰值输出端连接。
【文档编号】G01R19/00GK203949966SQ201420360045
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】刘宁, 吴玉芹 申请人:深圳市科威电子测试有限公司