一种直流母线电压隔离检测电路制造技术

本发明专利技术公开了一种直流母线电压隔离检测电路包括高阻分压电路、差分运算电路、隔离运算电路、过压保护电路；从直流母线正负极铜排两端引出导线作为高阻分压电路的正负极输入，通过高阻分压电路将母线电压转换为低压信号作为差分运算电路的输入，由差分运算电路将输入差分信号进行比例调节输出，再经隔离运算电路隔离后将检测到的电压信号输出至MCU模拟信号处理模块和过压保护电路，通过与设置的过压阈值比较从而输出保护信号。具有电路结构简单、检测精度高，使用成本低廉，且电压网络隔离具有较好抗干扰能力。

A DC Bus Voltage Isolation Detection Circuit

【技术实现步骤摘要】
一种直流母线电压隔离检测电路
本专利技术属于电压检测
，更为具体地讲，涉及一种直流母线电压隔离检测电路。
技术介绍
在各种工业控制应用领域，母线电压是个非常重要的参数，对母线电压的有效检测，事关器件安全和控制效果。尤以电动汽车中的电机控制领域为例，电动汽车正常运行时需要实时检测直流母线电压，以实现对控制系统输入电压的监测和过压保护等功能。由于直流母线电压的电压等级较高，对控制回路干扰较大，基于器件安全角度出发，一般要求直流母线电压检测电路具备隔离功能。现有的电动汽车直流母线电压检测电路，多采用霍尔式电压传感器，其电路结构简单，但价格高昂，使用成本太高，不利于大范围商用推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直流母线电压隔离检测电路，解决现有技术中电动汽车直流母线电压检测电路价格高昂，使用成本太高，不利于大范围商用推广的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种直流母线电压隔离检测电路，其特征在于，包括：高阻分压电路、差分运算电路、隔离运算电路和过压保护电路；所述高阻分压电路包括正负两路电路，其中，正路电路由相同高阻值高耐压的电阻Rc1～Rc4依次串联构成，负路电路由相同高阻值高耐压的电阻Rc5～Rc8依次串联构成；待测直流母线电压正极通过接线端与电阻Rc1相连作为高阻分压电路的正端输入，待测直流母线电压负极通过接线端与电路Rc5相连作为高阻分压电路的负端输入；待检测的直流母线两端高压通过高阻分压电路转化为低压信号输出作为后级差分运算电路的输入；所述差分运算电路包括第一级运算放大器U1B、电阻R9、电阻R10、电容C1、电容C2；主要用于对高阻分压电路输出后的差分信号进行比例调节，转换为与后级电路电压等级匹配的单输出电压信号；第一运算放大器U1B的正输入端与高阻分压电路的Rc4正输出端相连，同时与网络地间并联一个电阻R9；第一运算放大器U1B的负输入端与高阻分压电路的Rc8负输出端相连，同时通过电阻R10与该运算放大器输出端相连；在电阻R9和电阻R10的两端分别同时并联有电容C1和电容C2，用于滤去直流母线带来的高频干扰，滤除信号上的尖峰和毛刺；第一运算放大器U1B的输出Vo1作为隔离运算电路的输入；所述隔离运算电路主要用于将输入端一侧电源网络与输出端一侧MUC电源网络进行隔离，防止待检测母线端高压信号对后级电路的干扰，并将差分运算电路输出的电压值Vol通过比例运算进一步转换为与MCU模拟信号处理模块电压等级相匹配的电压值；隔离运算电路主要包括电阻R11～R13，电容C3～C7，第二运算放大器U1A、第三运算放大器U2A，线性光耦芯片U4，肖特基势垒二极管Q1；第二运算放大器U1A的正输入端连接网络地，第二运算放大器U1A的负输入端通过电阻R11与所述差分运算电路的输出Vo1相连，同时第二运算放大器U1A的负输入端与线性光耦芯片U4的3号引脚相连；第二运算放大器U1A输出端通过电容C4与其自身负输入端相连，同时通过电阻R12与线性光耦芯片U4的1号引脚相连；线性光耦芯片U4的2号引脚连接供电电源V1；线性光耦芯片U4的4号引脚连接网络地；线性光耦芯片U4的6号引脚连接第三运算放大器U2A的负输入端；线性光耦芯片U4的5号引脚连接第三运算放大器U2A的正输入端并同时连接MCU模拟信号隔离电源地；第三运算放大器U2A的电源输入端连接隔离电源V2，同时通过去耦电容C5和隔离电源地连接；第三运算放大器U2A的负输入端与输出端之间以并联形式连接电阻R13和电容C6；第三运算放大器U2A输出端同时通过限流电阻R14与MCU模拟信号处理端口Vout相连；MCU模拟信号处理端口通过一个电容C7连接MCU模拟信号隔离电源地，MCU模拟信号处理端口同时连接肖特基势垒二极管Q1的第3引脚，肖特基势垒二极管Q1的第1、第2引脚分别连接MCU模拟信号隔离电源地和MCU芯片电源；第三运算放大器U2A的输出Vo2作为后级过压保护电路的输入；所述过压保护电路主要用于监测待检测的母线电压高于设置阈值时输出器件安全保护信号；过压保护电路主要包括过压阈值设置电阻R15～R18、电阻R19～R20、电容C8～C11和比较器U3A；比较器U3A的电源输入端连接隔离电源V2，同时通过去耦电容C10与MCU模拟信号隔离电源地相连；电容C8、C9、C11作为旁路电容依次连接在比较器U3A的负输入端、正输入端以及输出端和MCU模拟信号隔离电源地GND_MCU之间；过压阈值设置电阻R15～R18依次串联连接，MCU电源V_MCU与电阻R18一端相连作为该串联电路的电压输入，R15一端连接MCU模拟信号隔离电源地，从电阻R17和R16连接端引出分压支路作为过压保护电路的阈值参考电压，其电压值为Vref，再与比较器U3A的正输入端相连；所述隔离运算电路中第三运放U2A的输出Vo2作为所述过压保护电路的输入，通过电阻R19与比较器U3A负输入端相连，比较器U3A的输出端通过上拉电阻R20连接MCU电源V_MCU，同时该输出端输出过压信号OVP给相关的过压处理模块；直流母线电压隔离检测电路的工作原理为：直流母线的正极输出端和负极输出端分别与高阻分压电路的正极输入端和负极输入端电连，通过高阻分压电路将母线电压转换为低压信号输出；高阻分压电路的输出端与差分运算电路连接，通过差分运算电路将输入的低压差分信号进行比例调节，转换为与隔离运算电路电压等级匹配的单输出电压信号，再输入至隔离运算电路，然后通过隔离运算电路将单输出电压信号进行隔离处理，同时将单输出电压信号通过比例运算进一步转换为与MCU模拟信号处理模块电压等级相匹配的电压值，然后将电压值Vout输入至MCU模拟信号处理模块，将电压信号Vo2输入至过压保护电路，最后通过过压保护电路的输出端输出保护信号给过压保护装置。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术一种直流母线电压隔离检测电路包括高阻分压电路、差分运算电路、隔离运算电路、过压保护电路；从直流母线正负极铜排两端引出导线作为高阻分压电路的正负极输入，通过高阻分压电路将母线电压转换为低压信号作为差分运算电路的输入，由差分运算电路将输入差分信号进行比例调节输出，再经隔离运算电路隔离后将检测到的电压信号输出至MCU模拟信号处理模块和过压保护电路，通过与设置的过压阈值比较从而输出保护信号。具有电路结构简单、检测精度高，使用成本低廉，且电压网络隔离具有较好抗干扰能力。附图说明图1是本专利技术一种直流母线电压隔离检测电路原理图；图2是本专利技术一种直流母线电压隔离检测电路在额定电压状态的仿真图；图3是本专利技术一种直流母线电压隔离检测电路在触发过压保护的仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是本专利技术一种直流母线电压隔离检测电路原理图。在本实施例中，如图1所示，本专利技术一种直流母线电压隔离检测电路，包括：高阻分压电路1、差分运算电路2、隔离运算电路3和过压保护电路4；高阻分压电路1包括多个依次串联的相同高阻值高耐压的电阻Rc1～Rc8，其中，正路电路由相同高阻值高耐压的电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流母线电压隔离检测电路，其特征在于，包括：高阻分压电路、差分运算电路、隔离运算电路和过压保护电路；所述高阻分压电路包括正负两路电路，其中，正路电路由相同高阻值高耐压的电阻Rc1～Rc4依次串联构成，负路电路由相同高阻值高耐压的电阻Rc5～Rc8依次串联构成；待测直流母线电压正极通过接线端与电阻Rc1相连作为高阻分压电路的正端输入，待测直流母线电压负极通过接线端与电路Rc5相连作为高阻分压电路的负端输入；待检测的直流母线两端高压通过高高阻分压电路转化为低压信号输出作为后级差分运算电路的输入；所述差分运算电路包括第一级运算放大器U1B、电阻R9、电阻R10、电容C1、电容C2；主要用于对高阻分压电路输出后的差分信号进行比例调节，转换为与后级电路电压等级匹配的单输出电压信号；第一运算放大器U1B的正输入端与高阻分压电路的Rc4正输出端相连，同时与网络地间并联一个电阻R9；第一运算放大器U1B的负输入端与高阻分压电路的Rc8负输出端相连，同时通过电阻R10与该运算放大器输出端相连；在电阻R9和电阻R10的两端分别同时并联有电容C1和电容C2，用于滤去直流母线带来的高频干扰，滤除信号上的尖峰和毛刺；第一运算放大器U1B的输出Vo1作为隔离运算电路的输入；所述隔离运算电路主要用于将输入端一侧电源网络与输出端一侧MUC电源网络进行隔离，防止待检测母线端高压信号对后级电路的干扰，并将差分运算电路输出的电压值Vol通过比例运算进一步转换为与MCU模拟信号处理模块电压等级相匹配的电压值；隔离运算电路主要包括电阻R11～R13，电容C3～C7，第二运算放大器U1A、第三运算放大器U2A，线性光耦芯片U4，肖特基势垒二极管Q1；第二运算放大器U1A的正输入端连接网络地，第运算放大器U1A的负输入端通过电阻R11与所述差分运算电路的输出Vo1相连，同时第二运算放大器U1A的负输入端与线性光耦芯片U4的3号引脚相连；第二运算放大器U1A输出端通过电容C4与其自身负输入端相连，同时通过电阻R12与线性光耦芯片U4的1号引脚相连；线性光耦芯片U4的2号引脚连接供电电源V1；线性光耦芯片U4的4号引脚连接网络地；线性光耦芯片U4的6号引脚连接第三运算放大器U2A的负输入端；线性光耦芯片U4的5号引脚连接第三运算放大器U2A的正输入端并同时连接MCU模拟信号隔离电源地；第三运算放大器U2A的电源输入端连接隔离电源V2，同时通过去耦电容C5和隔离电源地连接；第三运算放大器U2A的负输入端与输出端之间以并联形式连接电阻R13和电容C6；第三运算放大器U2A输出端同时通过限流电阻R14与MCU模拟信号处理端口Vout相连；MCU模拟信号处理端口通过一个电容C7连接MCU模拟信号隔离电源地，MCU模拟信号处理端口同时连接肖特基势垒二极管Q1的第3引脚，肖特基势垒二极管Q1的第1、第2引脚分别连接MCU模拟信号隔离电源地和MCU芯片电源；第三运算放大器U2A的输出Vo2作为后级过压保护电路的输入；所述过压保护电路主要用于监测待检测的母线电压高于设置阈值时输出器件安全保护信号；过压保护电路主要包括过压阈值设置电阻R15～R18、电阻R19～R20、电容C8～C11和比较器U3A；比较器U3A的电源输入端连接隔离电源V2，同时通过去耦电容C10与MCU模拟信号隔离电源地相连；电容C8、C9、C11作为旁路电容依次连接在比较器U3A的负输入端、正输入端以及输出端和MCU模拟信号隔离电源地GND_MCU之间；过压阈值设置电阻R15～R18依次串联连接，MCU电源V_MCU与电阻R18一端相连作为该串联电路的电压输入，R15一端连接MCU模拟信号隔离电源地，从电阻R17和R16连接端引出分压支路作为过压保护电路的阈值参考电压，其电压值为Vref，再与比较器U3A的正输入端相连；所述隔离运算电路中第三运放U2A的输出Vo2作为所述过压保护电路的输入，通过电阻R19与比较器U3A负输入端相连，比较器U3A的输出端通过上拉电阻R20连接MCU电源V_MCU，同时该输出端输出过压信号OVP给相关的过压处理模块；直流母线电压隔离检测电路的工作原理为：直流母线的正极输出端和负极输出端分别与高阻分压电路的正极输入端和负极输入端电连，通过高阻分压电路将母线电压转换为低压信号输出；高阻分压电路的输出端与差分运算电路连接，通过差分运算电路将输入的低压差分信号进行比例调节，转换为与隔离运算电路电压等级匹配的单输出电压信号，再输入至隔离运算电路，然后通过隔离运算电路将单输出电压信号进行隔离处理，同时将单输出电压信号通过比例运算进一步转换为与MCU模拟信号处理模块电压等级相匹配的电压值，然后将电压值输入至MCU模拟信号处理模块，将电压信号Vo2输入至过压保护电路，最后通过过压保护电路的输出端输出保...

【技术特征摘要】
1.一种直流母线电压隔离检测电路，其特征在于，包括：高阻分压电路、差分运算电路、隔离运算电路和过压保护电路；所述高阻分压电路包括正负两路电路，其中，正路电路由相同高阻值高耐压的电阻Rc1～Rc4依次串联构成，负路电路由相同高阻值高耐压的电阻Rc5～Rc8依次串联构成；待测直流母线电压正极通过接线端与电阻Rc1相连作为高阻分压电路的正端输入，待测直流母线电压负极通过接线端与电路Rc5相连作为高阻分压电路的负端输入；待检测的直流母线两端高压通过高高阻分压电路转化为低压信号输出作为后级差分运算电路的输入；所述差分运算电路包括第一级运算放大器U1B、电阻R9、电阻R10、电容C1、电容C2；主要用于对高阻分压电路输出后的差分信号进行比例调节，转换为与后级电路电压等级匹配的单输出电压信号；第一运算放大器U1B的正输入端与高阻分压电路的Rc4正输出端相连，同时与网络地间并联一个电阻R9；第一运算放大器U1B的负输入端与高阻分压电路的Rc8负输出端相连，同时通过电阻R10与该运算放大器输出端相连；在电阻R9和电阻R10的两端分别同时并联有电容C1和电容C2，用于滤去直流母线带来的高频干扰，滤除信号上的尖峰和毛刺；第一运算放大器U1B的输出Vo1作为隔离运算电路的输入；所述隔离运算电路主要用于将输入端一侧电源网络与输出端一侧MUC电源网络进行隔离，防止待检测母线端高压信号对后级电路的干扰，并将差分运算电路输出的电压值Vol通过比例运算进一步转换为与MCU模拟信号处理模块电压等级相匹配的电压值；隔离运算电路主要包括电阻R11～R13，电容C3～C7，第二运算放大器U1A、第三运算放大器U2A，线性光耦芯片U4，肖特基势垒二极管Q1；第二运算放大器U1A的正输入端连接网络地，第运算放大器U1A的负输入端通过电阻R11与所述差分运算电路的输出Vo1相连，同时第二运算放大器U1A的负输入端与线性光耦芯片U4的3号引脚相连；第二运算放大器U1A输出端通过电容C4与其自身负输入端相连，同时通过电阻R12与线性光耦芯片U4的1号引脚相连；线性光耦芯片U4的2号引脚连接供电电源V1；线性光耦芯片U4的4号引脚连接网络地；线性光耦芯片U4的6号引脚连接第三运算放大器U2A的负输入端；线性光耦芯片U4的5号引脚连接第三运算放大器U2A的正输入端并同时连接MCU模拟信号隔离电源地；第三运算放大器U2A的电源输入端连接隔离电源V2，同时通过去耦电容C5和隔离电源地连接；第三运算放大器U2A的负输入端与输出端之间以并联形式连接电阻R13和电容C6；第三运算放大器U2A输出端同时通过限流电阻R14与MCU模拟信号处理端口Vout相连；MCU模拟信号处理端口通过一个电容C7连接MCU模拟信号隔离电源地，MCU模拟信号处理端口同时连接肖特基势垒二极管Q1的第3引脚，肖特基势垒二极管Q1的第1、第2引脚分别连接MCU模拟信号隔离电源地和MCU芯片电源；第三运算放大器U2A的输出Vo2作为后级过压保护电...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛晓帅，钱超，邹见效，徐红兵，颉宏宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51