一种电压变送器

技术领域

本发明涉及充电桩领域，尤其涉及一种高精度电压变送器。

背景技术

在生活中，我们能看到很多工业设备，只要有工业设备的场合，就要了解电压等参数，以新能源充电桩为例，新能源充电桩要为新能源汽车充电，现有的新能源车大多都是锂电池为主的能源存储，但锂电池对于电压要求极其苛刻，其中新能源车就要求与所需求电压不得超出10V的范围，而输出电压常见750V。但往往实际比这个要苛刻很多，因为10V是最大上限值，实际上检测到的电压与实际电压不能有1V的变化，显然这是不可能的，因为1V的变化对于750V来讲，精度都是0.133％的存在，这么高的精度在工业干扰如此大的场合，现有技术是无法完成的。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了提供一种电压变送器，可输出精度高、可靠性强的直流电压信号，成本低。

本发明实施例提供一种电压变送器，所述电压变送器包括电压输入模块，电压补偿模块，DC/DC隔离电源、光耦和第一运算放大器，所述电压输入模块的输出端连接电压补偿模块的输入端，所述电压补偿模块的输出端连接光耦的输入端，所述光耦的输出端连接第一运算放大器的输入端，所述DC/DC隔离电源的输入端的电源端作为所述光耦输出端的电源端，所述光耦的输出端与所述DC/DC隔离电源输入端的接地端连接。

可选地，所述电压补偿模块包括相互连接的降压电路和滤波电路，降压电路的输入端与电压输入模块连接，电压输入模块的输入信号通过降压电路的降压处理并通过滤波电路进行滤波处理后输入所述电压补偿模块的输入端。

可选地，所述电压补偿模块包括第二运算放大器和TL431芯片，第二运算放大器的同相输入端和输出端均连接光耦的输出端。

可选地，还包括限流电阻，所述TL431芯片的输出端连接限流电阻的第一端，所述电阻的第二端通过一电阻连接第二运算放大器的输出端。

可选地，所述光耦采用HCNR200光耦合器。

可选地，所述HCNR200光耦合器的输出端分别连接第一运算放大器的同相输入端和反相输入端。

可选地，所述第一运算放大器为反向倍数加法器。

可选地，所述电压输入模块还包括保险丝和防反接模块。

可选地，所述电压输入模块还包括用于防止EMI干扰的磁珠。

本发明实施例提供的技术方案中，所述电压变送器包括电压输入模块，电压补偿模块，DC/DC隔离电源、光耦和第一运算放大器，所述电压输入模块的输出端连接电压补偿模块的输入端，所述电压补偿模块的输出端连接光耦的输入端，所述光耦的输出端连接第一运算放大器的输入端，所述DC/DC隔离电源的输入端的电源端作为所述光耦输出端的电源端，所述光耦的输出端与所述DC/DC隔离电源输入端的接地端连接，本发明相对于现有技术，电压补偿模块对输入的电压进行电压补偿，采用高精度光耦可防止高压损坏设备，采用运算放大器对输出电压进行失调补偿，增益补偿和零点校准等，使得达到较高的电压精度。

附图说明

图1为本发明一种电压变送器的电路结构示意图；

图2为本发明一种电压变送器的电压补偿模块的电路示意图；

图3为本发明一种电压变送器的光耦合器的IPD1输出曲线图；

图4为本发明一种电压变送器的TL431芯片的电路示意图；

图5为本发明一种电压变送器的第一运算放大器的U6A的电路示意图；

图6为本发明一种电压变送器的第一运算放大器的U6B的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

电压变送器是一种将被测交流电压、直流电压、脉冲电压转换成按线性比例输出直流电压或直流电流并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。现有的电压变送器可实现对高压(500-1000V)电压的测量，但是精确度不够高，本发明提供一种高精度电压变送器，精确度可以达到0.1％。

本发明提供一种电压变送器，所述电压变送器包括电压输入模块，电压补偿模块，DC/DC隔离电源、光耦和第一运算放大器，所述电压输入模块的输出端连接电压补偿模块的输入端，所述电压补偿模块的输出端连接光耦的输入端，所述光耦的输出端连接第一运算放大器的输入端，所述DC/DC隔离电源的输入端的电源端作为所述光耦输出端的电源端，所述光耦的输出端与所述DC/DC隔离电源输入端的接地端连接。

请参考图1所示，电压变送器包括电压输入模块10，电压补偿模块20，DC/DC隔离电源，光耦30和第一运算放大器40，电压输入模块10的输出端连接电压补偿模块20的输入端，电压补偿模块20的输出端连接光耦30的输入端，光耦30的输出端连接第一运算放大器40的输入端，DC/DC隔离电源的输入端的电源端作为光耦30输出端的电源端，光耦30的输出端与DC/DC隔离电源输入端的接地端连接。

本发明电压补偿模块对输入的电压进行电压补偿，采用高精度光耦可防止高压损坏设备，采用运算放大器对输出电压进行失调补偿，增益补偿和零点校准等，使得达到较高的电压精度。

在本发明的其中一实施例中，请参考图2所示，电压补偿模块包括相互连接的降压电路和滤波电路，降压电路的输入端与电压输入模块连接，电压输入模块的输入信号通过降压电路的降压处理并通过滤波电路进行滤波处理后输入所述电压补偿模块的输入端。电压输入模块输入0-1000V范围的电压，经过电压补偿模块和DC/DC隔离电源处理后降压为1-5V，经第一运算放大器放大后放大预设的倍数提高输出的驱动能力。

电压补偿模块包括第二运算放大器U5和TL431芯片U10，第二运算放大器U5采用TP2604芯片，第二运算放大器U5包括U5A和U5B，U5B的输出端分别连接电阻R31和电阻R32的第一端，电阻R31和电阻R32的第二端分别连接电阻R34，电阻R35和U5B的反相输入端，U5B的反相输入端分别连接电阻R40和电容C30的第一端，电阻R40和电容C30的第二端分别连接电阻R31和电阻R32的第一端，U5A的反相输入端连接电容C25的第一端，U5A的同向输入端连接电容C27，电阻R34，电阻R35的第二端分别连接电阻R38，R39的第一端，电阻R38的第二端连接电容C31的第一端，电阻R39的第二端连接电容C31的第二端，电容C31的第一端连接TL431芯片U10的的输出端，电容C31的第二端连接TL431芯片的输入端，U5A的同向输入端通过电阻R43连接TL431芯片U10的输入端。

上述实施例中，光耦采用HCNR200光耦合器。请参考图3所示为光耦合器的IPD1输出曲线图，根据图3所示，在零点的时候，有个很小的非线性曲线，在这时，通过TL431输入大于5uA的电流，可以校准HCNR200的零点非线性区。

请参考图4所示，电阻R21为限流电阻，TL431芯片的输出端连接限流电阻R21的第一端。限流电阻R21的阻值为390K。

本发明第一运算放大器U6包括U6A和U6B，光耦合器HCNR200的输出端分别连接U6A的同相输入端和反相输入端，U6A的输出端连接U6B的反相输入端，具体请参考图5所示。2.5V的TL431输出再除以390K的电阻R21，可以算出电流为6.4uA，然后输入到光电耦合器HCNR2000，经过U6A放大100倍，输出电压为0.6410V。

请参考图6所示为U6B的电路示意图，U6B为反向倍数加法器，U6B的同相输入端连接电阻R20的第一端，电阻R20的另一端接地。U6B的反相输入端分别连接电阻R11，电阻R15，滑动变阻器R13和电容C17的第一端，滑动变阻器R13的第二端接电阻R9的第一端，电阻R9的第二端和电容C17的第二端均连接U6B的输出端，电阻R15的第二端连接滑动变阻器R14，滑动变阻器R14的第一端连接TL431的输出端，TL431的输入端接地。滑动变阻器R14的第二端连接电阻R19的第一端，电阻R19的第二端接地。其中，滑动变阻器R13用于调节幅度，电阻R19用于调节零点。

上述实施例中，因为前级调零有个6.4uA的输出，导致后面经过放大，增益之后有一个1.27V的输出，这时，图中TL431作为零点补偿，经过滑动变阻器R14和电阻R19分压，经过跨阻放大，会得到一个0.27V的输出，这时候会抵消前级电压0.27V，导致零点处于1V的状态。图中调节滑动变阻器R13可以调节增益，调节滑动变阻器R14，可以调节零点。

在本发明的其中一实施例中，电压输入模块10还包括保险丝和防反接模块。电压输入模块10还包括用于防止EMI干扰的磁珠。

本发明通过电压补偿模块进行电压失调补偿，通过TL431芯片进行电压零点校准，同时采用高精度电阻温漂补偿，电压反向检测等一系列的精度校准，大大提高了检测的精确度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。