专利名称：无源直流电压传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电压传感器，尤其是一种接线简单、安装方便、占用空间小且精度及安全性高的无源直流电压传感器。
背景技术：
在轨道交通、电力电网及工业自动化等多个领域，需要对高电压进行测量和控制。常规的方法是采用电压转换设备将高电压按比例变换成标准低电压(如IOV或20mA)，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化。现有的电压转换设备有电磁式电压互感器、电压变换器和电压传感器等。传统的电磁式电压互感器只能通过电磁感应原理测量交流电压信号，对于直流电压信号则无法进行测量转换，其使用范围较窄；电压变换器是利用原边电压通过电阻分压原理转换，分压后的电压作为次边供电电源(无需额外供电)，但是原边高压输入和次边输出之间并没有实现真正隔离，容易发生高压窜入低压端引起低压端的输出设备损毁，安全性较差；电压传感器一般通过霍尔隔离放大、磁调制或者光电隔离放大等原理进行电压转换，虽然能测量直流电压信号且可隔离高压，但应用时需要额外引入二次供电电源，为原边、次边进行信号放大、处理提供工作电源，引入二次电源不仅加大安装空间，而且也增加了接线麻烦，更主要的是很多场合并无法提供(特别如轨道交通行业只使用的750V以上的直流电压)二次电源，限制了它的应用。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种接线简单、安装方便、占用空间小且精度及安全性高的无源直流电压传感器。本发明的技术解决方案是一种无源直流电压传感器，其特征在于主要由分压电路、多抽头高频变压器组成的振荡电路及精密整流电路构成，分压电路将所输入的高压直流电压分压，经多抽头高频变压器组成的振荡电路转换隔离，再经过精密整流电路输出与所输入的高压直流信号成比例的电压或电流信号；经分压电路所得的分压信号为多抽头高频变压器组成的振荡电路提供工作电源。还设有取样于分压电路的分压信号和多抽头高频变压器组成的振荡电路的振荡信号的补偿电路，所述经分压电路所得的分压信号和振荡电路的信号为补偿电路提供工作电源。所述精密整流电路主要由高频变压器和场效应管元件组成，实现信号的精密整流。补偿电路内含有微分电路、积分电路及比较电路，为振荡电路转换信号和信号输出负载变化提供调整、反馈补偿，使输出的信号更稳定、更准确。所述分压电路是由电阻分压，同时设有由稳压管或/和二极管构成的保护电路。设有底板，在底板上固定有内封多抽头高频变压器组成的振荡电路及整流电路的信号转换�？榧靶藕攀涑龆俗樱诘装寤菇佑邢虏阒С胖吧喜阒С胖谙虏阒С胖隙斯潭ㄓ械缏钒澹缏钒迳嫌蟹盅沟缏芳靶藕攀淙攵俗樱谏喜阒С胖隙斯潭ㄓ蟹阑ぐ�。所述精密整流电路由多抽头高频变压器Tl的次级绕组Tl-ci、T1-C2、三极管Q4、场效应管Q2、Q7、电感L2、电容C3及电阻R13构成，多抽头高频变压器Tl的次级绕组Tl-Cl的两端分别与场效应管Q2及场效应管Q7相接，场效应管Q2与场效应管Q7相接，多抽头高频变压器Tl的次级绕组Tl-Cl中间抽头与三极管Q4的基极和集电极相接，三极管Q4的发射极与场效应管Q2和场效应管Q7的接点相接；多抽头高频变压器Tl的次级绕组T1-C2的两端分别与场效应管Q2及场效应管Q7相接，多抽头高频变压器Tl的次级绕组T1-C2中间抽头与电感L2相接，电感L2通过电容C3与场效应管Q2和场效应管Q7的接点相接，电感L2与电容C3的接点与电阻R13相接。所述多抽头高频变压器组成的振荡电路设有相串联的稳压管D2、二极管Dl及电容C4，与电容C4并联有电阻R14，电容C4与电阻R14的接点通过电阻R6、场效应管Q3与多抽头高频变压器Tl的原边绕组Tl-Yl的一端相接，电阻R14通过电阻R12、场效应管Ql与多抽头高频变压器Tl的原边绕组Tl-Yl的另一端相接，场效应管Q3与场效应管Ql相接，电 阻R12还通过电阻R9与多抽头高频变压器Tl原边绕组T1-Y2的一端相接，原边绕组T1-Y2的另一端和电阻R6与场效应管Q3的接点相接。所述补偿电路设有运算放大器NI，运算放大器NI的第一输入端与电阻R5及电阻R8相接，电阻R5依次通过电阻R1、电阻R2与运算放大器NI的第二输入端相接，运算放大器NI的第二输入端与输出端之间相接有电容C2，运算放大器NI的输出端通过电阻R7与场效应管Q5相接,场效应管Q5的输出一路与相串联的电阻R11、稳压管D6相接,另一路与电感LI、电容Cl及电阻R3相接，电容Cl的另一端与二极管Dl相接，电阻R3的另一端通过电阻R4接于电容Cl与二极管Dl的接点，电阻R3与电阻R4的接点与运算放大器NI的负电源端相接，运算放大器NI的正电源端与场效应管Q6及电阻RlO相接，与运算放大器NI还相接有电阻R20。本发明由分压电路将所输入的高压直流电压分压，经多抽头高频变压器组成的振荡电路转换隔离，再经过精密整流电路输出与所输入的高压直流信号成比例的电压或电流信号，通过多抽头高频变压器精确信号调制，不仅有效的实现了原次边电压的隔离，防止高压窜入低压端引起低压端的输出设备损毁，而且转换精度较高；可直接借用测量端的原边部分的电压进行工作，无需用额外增加供电电源，接线简单、安装方便、占用空间小。尤其是所设置的补偿电路可用来补偿负载变化引起的输出损失和高频变压器非线性的补偿，可进一步提高输出信号的精度。
图I是本发明实施例I的原理框图。图2是本发明实施例2的原理框图。图3是本发明实施例3的电路图。图4、5是本发明实施例I的结构示意图。
具体实施例方式实施例I :如图I所示由分压电路、多抽头高频变压器组成的振荡电路及精密整流电路构成，分压电路将所输入的高压直流电压分压，经多抽头高频变压器组成的振荡电路转换隔离，再经过整流电路输出与所输入的高压直流信号成比例的电压或电流信号；经分压电路所得的分压信号为多抽头高频变压器组成的振荡电路提供工作电源。实施例2:
如图2所示在实施例I的基础上还设有取样于分压电路的分压信号和多抽头高频变压器组成的振荡电路的振荡信号的补偿电路，所述经分压电路所得的分压信号和振荡电路的信号为补偿电路提供工作电源，分压信号经过补偿电路补偿后送至多抽头高频变压器组成的振荡电路。补偿电路内含有微分电路、积分电路及比较电路，主要用以补偿负载变化引起的输出损失和高频变压器非线性的补偿，可进一步提高输出信号的精度，使输出的信号更稳定、更准确。分压电路由电阻分压，同时设有由稳压管或/和二极管构成的保护电路。 精密整流电路主要由高频变压器和场效应管元件组成，实现信号的精密整流。 实施例3
如图3所示高压输入端为INTPUT+、INTPUT-，低压输出端为JPl。分压电路由接于高压输入端子INTPUT+端的限流电阻Rbl Rbn、接于高压输入端子INTPUT-端的限流电阻Ral Ran构成，相并联的电阻Rcl、稳压管D4、二极管D3构成保护电路，分压电路的正、负输出端分别为UI、U2。补偿电路设有运算放大器NI，运算放大器NI的第一输入端与电阻R5及电阻R8相接，电阻R5依次通过电阻R1、电阻R2与运算放大器NI的第二输入端相接，运算放大器NI的第二输入端与输出端之间相接有电容C2，运算放大器NI的输出端通过电阻R7与场效应管Q5相接，场效应管Q5的输出一路与相串联的电阻Rl I、稳压管D6相接,另一路与电感LI、电容Cl及电阻R3相接，电容Cl的另一端与二极管Dl相接，电阻R3的另一端通过电阻R4接于电容Cl与二极管Dl的接点，电阻R3与电阻R4的接点与运算放大器NI的负电源端相接，运算放大器NI的正电源端与场效应管Q6及电阻RlO相接，与运算放大器NI还相接有电阻R20。电阻R8与Ul端相接，电阻R5与U2端相接。多抽头高频变压器组成的振荡电路设有相串联的稳压管D2、二极管Dl及电容C4，与电容C4并联有电阻R14，电容C4与电阻R14的接点通过电阻R6、场效应管Q3与多抽头高频变压器Tl的原边绕组Tl-Yl的一端相接，电阻R14通过电阻R12、场效应管Ql与多抽头高频变压器Tl的原边绕组Tl-Yl的另一端相接，场效应管Q3与场效应管Ql相接，电阻R12还通过电阻R9与多抽头高频变压器Tl原边绕组T1-Y2的一端相接，原边绕组T1-Y2的另一端和电阻R6与场效应管Q3的接点相接。多抽头高频变压器Tl由多抽头绕组构成，有相应的同名端，分为原边绕组和次边绕组，原次边分开绕制，起着高低压隔离的作用。电容C4与电阻R14的并接点与Ul端及稳压管D6相接，场效应管Q3与场效应管Ql的相接点与电感LI相接。精密整流电路由多抽头高频变压器Tl的次级绕组Tl-Cl、T1-C2、三极管Q4、场效应管Q2、Q7、电感L2、电容C3及电阻R13构成，多抽头高频变压器Tl的次级绕组Tl-Cl的两端分别与场效应管Q2及场效应管Q7相接，场效应管Q2与场效应管Q7相接，多抽头高频变压器Tl的次级绕组Tl-Cl中间抽头与三极管Q4的基极和集电极相接，三极管Q4的发射极与场效应管Q2和场效应管Q7的接点相接；多抽头高频变压器Tl的次级绕组T1-C2的两端分别与场效应管Q2及场效应管Q7相接，多抽头高频变压器Tl的次级绕组T1-C2中间抽头与电感L2相接，电感L2通过电容C3与场效应管Q2和场效应管Q7的接点相接，电感L2与电容C3的接点与电阻R13相接。实施例4
本发明结构如图4、5所示设有底板1，在底板I上固定有内封多抽头高频变压器组成的振荡电路及整流电路的信号转换�？�2及信号输出端子3，在底板I还接有下层支撑柱4及上层支撑柱5，在下层支撑柱4上端通过螺钉11固定有电路板6，电路板6上有分压电路及信号输入端子7，在上层支撑柱4上端通过螺钉11固定有防护板8，电路板6通过接线9与位于信号转换�？�2上的接线端子(10)相接。工作原理 被测的高压直流信号从高压输入端输入，经过分压电路限流分压后，得到与输入端成比例的低电压信号(如50V左右);分压电路所输出的分压信号分别为补偿电路、多抽头高频变压器组成的振荡电路提供工作电源；补偿电路主要用来补偿负载变化引起的输出损失和高频变压器非线性的补偿；多抽头高频变压器组成的振荡电路的输出信号经整流电路将振荡转换成直流信号，并经过滤波，最终由低压输出端输出平滑的与原边电压信号成比例的低压直流电压信号。可根据负载情况更改电压输出为电流输出。
权利要求
1.一种无源直流电压传感器，其特征在于主要由分压电路、多抽头高频变压器组成的振荡电路及精密整流电路构成，分压电路将所输入的高压直流电压分压，经多抽头高频变压器组成的振荡电路转换隔离，再经过精密整流电路输出与所输入的高压直流信号成比例的电压或电流信号；经分压电路所得的分压信号为多抽头高频变压器组成的振荡电路提供工作电源。
2.根据权利要求I所述的无源直流电压传感器，其特征在于还设有取样于分压电路的分压信号和多抽头高频变压器组成的振荡电路的振荡信号的补偿电路，所述经分压电路所得的分压信号和振荡电路的信号为补偿电路提供工作电源。
3.根据权利要求I所述的无源直流电压传感器，其特征在于所述精密整流电路主要由高频变压器和场效应管元件组成，实现信号的精密整流。
4.根据权利要求2所述的无源直流电压传感器，其特征在于所述补偿电路内含有微分电路、积分电路及比较电路，为振荡电路转换信号和信号输出负载变化提供调整、反馈补偿，使输出的信号更稳定、更准确。
5.根据权利要求I或2所述的无源直流电压传感器，其特征在于所述分压电路是由电阻分压，同时设有由稳压管或/和二极管构成的保护电路。
6.根据权利要求I所述的无源直流电压传感器，其特征在于设有底板(1)，在底板(I)上固定有内封多抽头高频变压器组成的振荡电路及整流电路的信号转换�？�(2)及信号输出端子(3)，在底板(I)还接有下层支撑柱(4)及上层支撑柱(5)，在下层支撑柱(4)上端固定有电路板(6)，电路板(6)上有分压电路及信号输入端子(7)，在上层支撑柱(4)上端固定有防护板(8)。
7.根据权利要求2所述的无源直流电压传感器，其特征在于所述精密整流电路由多抽头高频变压器Tl的次级绕组Tl-Cl、T1-C2、三极管Q4、场效应管Q2、Q7、电感L2、电容C3及电阻R13构成，多抽头高频变压器Tl的次级绕组Tl-Cl的两端分别与场效应管Q2及场效应管Q7相接，场效应管Q2与场效应管Q7相接，多抽头高频变压器Tl的次级绕组Tl-Cl中间抽头与三极管Q4的基极和集电极相接，三极管Q4的发射极与场效应管Q2和场效应管Q7的接点相接；多抽头高频变压器Tl的次级绕组T1-C2的两端分别与场效应管Q2及场效应管Q7相接，多抽头高频变压器Tl的次级绕组T1-C2中间抽头与电感L2相接，电感L2通过电容C3与场效应管Q2和场效应管Q7的接点相接，电感L2与电容C3的接点与电阻R13相接。
8.根据权利要求5所述的无源直流电压传感器，其特征在于所述多抽头高频变压器组成的振荡电路设有相串联的稳压管D2、二极管Dl及电容C4，与电容C4并联有电阻R14，电容C4与电阻R14的接点通过电阻R6、场效应管Q3与多抽头高频变压器Tl的原边绕组Tl-Yl的一端相接，电阻R14通过电阻R12、场效应管Ql与多抽头高频变压器Tl的原边绕组Tl-Yl的另一端相接，场效应管Q3与场效应管Ql相接，电阻R12还通过电阻R9与多抽头高频变压器Tl原边绕组T1-Y2的一端相接，原边绕组T1-Y2的另一端和电阻R6与场效应管Q3的接点相接。
9.根据权利要求6所述的无源直流电压传感器，其特征在于所述补偿电路设有运算放大器NI，运算放大器NI的第一输入端与电阻R5及电阻R8相接，电阻R5依次通过电阻R1、电阻R2与运算放大器NI的第二输入端相接，运算放大器NI的第二输入端与输出端之间相接有电容C2，运算放大器NI的输出端通过电阻R7与场效应管Q5相接，场效应管Q5的输出一路与相串联的电阻R11、稳压管D6相接，另一路与电感LI、电容Cl及电阻R3相接，电容Cl的另一端与二极管Dl相接，电阻R3的另一端通过电阻R4接于电容Cl与二极管Dl的接点，电阻R3与电阻R4的接点与运算放大器NI的负电源端相接，运算放大器NI的正电源端与场效应管Q6及电阻RlO相接，与运算放大器NI还相接有电阻R20。·
全文摘要
本发明公开一种无源直流电压传感器，由分压电路、多抽头高频变压器组成的振荡电路及整流电路构成，分压电路将所输入的高压直流电压分压，经多抽头高频变压器组成的振荡电路转换隔离，再经过精密整流电路输出与所输入的高压直流信号成比例的电压或电流信号；经分压电路所得的分压信号为多抽头高频变压器组成的振荡电路提供工作电源。通过多抽头高频变压器精确信号调制，不仅有效的实现了原次边电压的隔离，防止高压窜入低压端引起低压端的输出设备损毁，而且振荡部分加有补偿电路转换精度较高，响应速度快，可直接借用测量端的原边部分电压进行工作，无需用额外增加供电电源，接线简单、安装方便、占用空间小。
文档编号G01R19/00GK102944719SQ201210461510
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者占伟红, 冯善军 申请人:大连丰和日丽电气有限公司
专业数控铣床产品供应商
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