一种自供电直流电压测量控制电路及测量装置

技术领域

本发明属于电压测量技术领域，尤其涉及一种自供电直流电压测量控制电路及测量装置。

背景技术

在大功率直流电源应用中，系统需要对直流高压进行隔离测量及控制。目前直流电压测量装置主要采用磁平衡原理、磁调制原理、光电隔离、数字隔离等方法实现直流高压的隔离测量，这些方法都需要提供单独的标准供电电源；标准供电电源的引入将增加系统的成本及复杂程度，特别在既有现场的改造中，由于结构的限制增加标准供电电源及供电电源连接线是比较困难的，这限制了这类传感器的应用。

目前已有的无源直流电压测量装置存在温飘系数大、机械振动性能差等缺陷，且由于无源直流电压测量装置采用单路电阻分压，振荡电路消耗电流会限制其测量精度及测量范围。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种测量精度高、测量范围大、温漂小、安全性高等特点的自供电直流电压测量控制电路及测量装置。

本发明的目的在于提供一种自供电直流电压测量控制电路，包括：原边模块，用于根据输入的高压信号产生相应的电流信号，并输出电流信号和振荡信号；变压模块，与所述原边模块连接，并根据所述振荡信号将高压信号转换为低压信号；输出模块，与所述变压模块连接，用于将所述低压信号整流滤波后输出；其中，所述原边模块包括第一分压电路、第二分压电路以及振荡电路，所述第二分压电路分别与所述第一分压电路以及振荡电路相连接，且所述第二分压电路为所述振荡电路供电。

在上述的一种自供电直流电压测量控制电路中，还包括补偿模块，所述补偿模块包括：

温度补偿电路，用于对所述原边模块进行温度补偿；

线圈补偿电路，用于对所述变压模块进行线性补偿。

在上述的一种自供电直流电压测量控制电路中，所述第一分压电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R8、电阻R9以及稳压二极管VS2；

所述电阻R1的一端分别与高压输入端HT+和所述第二分压电路相连接，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端相连接，所述电阻R2的另一端连接所述温度补偿电路的一端，所述温度补偿电路的另一端与所述稳压二极管VS2的负极相连接，所述稳压二极管VS2的正极连接所述电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端与所述电阻R8的一端相连接，所述电阻R8的另一端分别连接高压输入端HT-和所述第二分压电路。

在上述的一种自供电直流电压测量控制电路中，所述第二分压电路包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、稳压二极管VS1；

所述电阻R4的一端与所述第一分压电路相连接，所述电阻R4的另一端与所述电阻R5相连接，所述电阻R5远离所述电阻R4的一端连接所述稳压二极管VS1的负极，所述稳压二极管VS1的正极与所述电阻R6相连接，所述电阻R6远离所述稳压二极管VS1的一端与所述电阻R7的一端相连接，所述电阻R7的另一端与所述第一分压电路相连接。

在上述的一种自供电直流电压测量控制电路中，所述振荡电路包括振荡器N1和MOS管Q1，所述振荡器N1输入端并联于所述稳压二极管VS1的两端，所述振荡器N1的输出端与所述MOS管Q1的栅极相连接，所述MOS管Q1的源极与所述第一分压电路相连接，所述MOS管Q1的漏极连接所述变压模块。

在上述的一种自供电直流电压测量控制电路中，所述变压模块包括变压器T1，所述变压器T1的第一端口与所述稳压二极管VS2的负极相连，所述变压器T1的第二端口连接所述MOS管Q1的漏极，所述变压器T1的第三端口和第四端口均连接所述输出模块。

在上述的一种自供电直流电压测量控制电路中，所述输出模块包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C2、电容C3、二极管VD1以及二极管VD2；

所述二极管VD1的正极与所述变压器T1的第三端口相连接，所述二极管VD1的负极分别与所述电阻R11和所述二极管VD2的负极相连接，所述二极管VD2的正极与所述变压器T1的第四端口连接，所述电阻R11远离所述二极管VD1的一端连接所述电阻R12，所述电阻R11连接所述电阻R12的一端通过所述电容C2连接低压输出端V-，所述电阻R12远离所述电阻R11的一端连接低压输出端V+，所述电阻R12连接电阻低压输出端V+的一端通过所述电容C3连接低压输出端V-，所述电阻R13并联于所述电容C3的两端。

本发明的目的还在于提供一种自供电直流电压测量装置，包括：壳体，所述壳体内部通过隔板分割成依次相连的第一腔体、第二腔体以及第三腔体，其中，所述第一腔体内放置有原边电路板，且所述原边电路板上包括所述一种自供电直流电压测量控制电路的原边模块；所述第二腔体内放置有变压器，且所述变压器上包括所述的一种自供电直流电压测量控制电路的变压模块；所述第三腔体内放置有输出电路板，且所述输出电路板上包括所述的一种自供电直流电压测量控制电路的输出模块；所述变压器通过连接线分别与所述原边电路板和所述输出电路板相连接。

在上述的一种自供电直流电压测量装置中，所述第一腔体和所述第二腔体内填充有第一胶体，所述第三腔体内填充有第二胶体，且所述第一胶体与所述第二胶体之间存在高度差。

在上述的一种自供电直流电压测量装置中，所述壳体上设置有用于连接输入高压的原边螺杆和用于输出低压的输出螺杆，其中，所述原边螺杆与所述原边电路板相连接，所述输出螺杆与所述输出电路板相连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种自供电直流电压测量控制电路，采用双路分压电路，通过第二分压电路单独为振荡电路供电，实现了自供电功能，无需额外外接电源，大大减少了使用成本和空间，同时也避免了振荡电路电流消耗对整体测量精度及测量范围的影响，提升了测量精度及测量范围；

2、本发明提供的一种自供电直流电压测量装置，结构上采用分区隔离装配、灌胶隔离固定，电路上使用温度补偿电路，降低了分压电路温升对输出模块的影响，大大减小了测量温漂，提升了测量精度。

附图说明

图1是本发明的电路图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明填充胶体后的结构示意图。

图中，100、壳体；110、第一腔体；111、原边电路板；112、第一支撑柱；120、第二腔体；130、第三腔体；131、输出电路板；132、第二支撑柱；140、第一胶体；150、第二胶体；160、原边螺杆；170、输出螺杆；T1、变压器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1至图3所示，本发明提供了一种自供电直流电压测量控制电路，包括：原边模块，用于根据输入的高压信号产生相应的电流信号，并输出电流信号和振荡信号；变压模块，与所述原边模块连接，并根据所述振荡信号将高压信号转换为低压信号；输出模块，与所述变压模块连接，用于将所述低压信号整流滤波后输出；其中，所述原边模块包括第一分压电路、第二分压电路以及振荡电路，所述第二分压电路分别与所述第一分压电路以及振荡电路相连接，且所述第二分压电路为所述振荡电路供电。

本发明提供的一种自供电直流电压测量控制电路，采用双路分压电路，通过第二分压电路单独为振荡电路供电，实现了自供电功能，无需额外外接电源，大大减少了使用成本和空间，同时也避免了振荡电路电流消耗对整体测量精度及测量范围的影响，提升了测量精度及测量范围。

优选地，如图1至图3所示，包括补偿模块，所述补偿模块包括：

温度补偿电路，用于对所述原边模块进行温度补偿；

线圈补偿电路，用于对所述变压模块进行线性补偿。

在本实施例中，温度补偿电路包括热敏电阻R3，所述热敏电阻的一端与所述电阻R2相连接，另一端与所述稳压二极管VS2相连。所述温度补偿电路用于在第一分压电路因温度变化导致电阻阻值变化时，对第一分压电路整体的阻值进行补偿，使得第一分压电路的阻值保持稳定，进而保证电压与电流的等比例转换；所述线圈补偿电路包括电阻R10和电容C1，所述电阻R10的一端连接所述变压器T1的第一端口，所述电阻R10的另一端连接所述电容C1，所述电容C1远离电阻R10的一端连接变压器T1的第一端口。所述线圈补偿电路与所述变压器T1的初级线圈构成谐振电路，用于补偿不同测量电压引起的所述变压器T1非线性变化及为线圈提供能量泄放通路，提高测量精度。在MOS管Q1关断时，所述线圈补偿电路为变压器T1的初级线圈提供释能通路，避免过电压对变压器T1的初级线圈造成损害，在MOS管Q1导通时，可对所述线圈补偿电路进行充电，同时调节变压器T1的初级线圈中的电流。

优选地，如图1至图3所示，所述第一分压电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R8、电阻R9以及稳压二极管VS2；

所述电阻R1的一端分别与高压输入端HT+和所述第二分压电路相连接，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端相连接，所述电阻R2的另一端连接所述温度补偿电路的一端，所述温度补偿电路的另一端与所述稳压二极管VS2的负极相连接，所述稳压二极管VS2的正极连接所述电阻R9的一端，所述电阻R9的另一端与所述电阻R8的一端相连接，所述电阻R8的另一端分别连接高压输入端HT-和所述第二分压电路。

在本实施例中，所述第一分压电路通过电阻将输入高压等比例转换为电流，同时，还通过稳压二极管VS2对MOS管Q1进行保护，在MOS管Q1断开时，所述第一分压电路可降低浪涌冲击和共模干扰对MOS管Q1造成的损伤，还通过稳压二极管VS2的导通对MOS管Q1进行限流。

优选地，如图1至图3所示，所述第二分压电路包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、稳压二极管VS1；

所述电阻R4的一端与所述第一分压电路相连接，所述电阻R4的另一端与所述电阻R5相连接，所述电阻R5远离所述电阻R4的一端连接所述稳压二极管VS1的负极，所述稳压二极管VS1的正极与所述电阻R6相连接，所述电阻R6远离所述稳压二极管VS1的一端与所述电阻R7的一端相连接，所述电阻R7的另一端与所述第一分压电路相连接。

在本实施例中，第二分压电路将输入电压分压限流后为振荡电路提供供电电源，无需额外外接电源，节省了使用空间和成本，大大提高了直流电压测量装置的适用性。

优选地，如图1至图3所示，所述振荡电路包括振荡器N1和MOS管Q1，所述振荡器N1输入端并联于所述稳压二极管VS1的两端，所述振荡器N1的输出端与所述MOS管Q1的栅极相连接，所述MOS管Q1的源极与所述第一分压电路相连接，所述MOS管Q1的漏极连接所述变压模块。

进一步优选地，所述变压模块包括变压器T1，所述变压器T1的第一端口与所述稳压二极管VS2的负极相连，所述变压器T1的第二端口连接所述MOS管Q1的漏极，所述变压器T1的第三端口和第四端口均连接所述输出模块。

进一步优选地，所述振荡器N1为低耗方波振荡器。

在本实施例中，通过低耗方波振荡器N1产生一定频率的方波信号，该方波信号通过控制变压模块信号的转换，实现测量信号的线性传递。当方波信号为高电平信号时，MOS管Q1导通，电流信号经变压器T1的初级线圈流经MOS管Q1，稳压二极管VS2不导通，即变压器T1中流经大电流；当方波信号为低电平信号时，MOS管Q1断开，电流经稳压二极管VS2流出，变压器T1的初级线圈流经的电流减小且电流流入线圈补偿电路。低耗方波振荡器N1通过不断产生交替变化的方波信号，在变压器T1的初级线圈中产生交流信号，变压器T1根据高压交流信号在变压器T1的次级线圈产生相应的低压信号，并将低压信号传输到输出模块，通过对低压信号的测量实现对高压信号的测量控制。

优选地，如图1至图3所示，所述输出模块包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C2、电容C3、二极管VD1以及二极管VD2；

所述二极管VD1的正极与所述变压器T1的第三端口相连接，所述二极管VD1的负极分别与所述电阻R11和所述二极管VD2的负极相连接，所述二极管VD2的正极与所述变压器T1的第四端口连接，所述电阻R11远离所述二极管VD1的一端连接所述电阻R12，所述电阻R11连接所述电阻R12的一端通过所述电容C2连接低压输出端V-，所述电阻R12远离所述电阻R11的一端连接低压输出端V+，所述电阻R12连接电阻低压输出端V+的一端通过所述电容C3连接低压输出端V-，所述电阻R13并联于所述电容C3的两端。

在本实施例中，输出模块对变压器T1的次级线圈产生的低压交流信号进行整流滤波后输出低压直流信号，从而实现直流高压信号的隔离测量。

本发明还提供了一种自供电直流电压测量装置，其特征在于，包括：壳体100，所述壳体100内部通过隔板分割成依次相连的第一腔体110、第二腔体120以及第三腔体130，其中，所述第一腔体110内放置有原边电路板111，且所述原边电路板111包括所述一种自供电直流电压测量控制电路的原边模块，所述第二腔体120内放置有变压器T1，且所述变压器T1包括所述一种自供电直流电压测量控制电路的变压模块，所述第三腔体130内放置有输出电路板131，且所述输出电路板131包括所述一种自供电直流电压测量控制电路的输出模块，所述变压器T1通过连接线分别与所述原边电路板111和所述输出电路板131相连接。

进一步优选地，所述壳体100内设置有用于支撑所述原边电路板111的第一支撑柱112和用于支撑所述输出电路板131的第二支撑柱132。

在本实施例中，通过在壳体100内部设置相互隔开的三个腔体，将原边电路板111、变压器T1以及输出电路板131分别放置于三个腔体内，还通过支撑柱固定原边电路板111和输出电路板131，相互绝缘固定，通过连接线相连，避免了相互接触导致的短路等不良现象。

优选地，如图1至图3所示，所述第一腔体110和所述第二腔体120内填充有第一胶体140，所述第三腔体130内填充有第二胶体150，且所述第一胶体140与所述第二胶体150之间存在高度差。

进一步优选地，所述第一胶体140为有机硅胶，第二胶体150为环氧胶。

在本实施例中，在原边电路板111和变压器T1所在腔体内填充导热性良好的有机硅胶，在固定的同时也便于原边电路板111和变压器T1在工作过程中的散热，在输出电路板131所在腔体内填充导热性差的环氧硅胶，在固定输出电路板131的同时也减少了第一腔体110和第二腔体120内的温升对输出电路板131的的影响。另外，两侧胶体的填充高度存在高度差，一方面可以避免热量传递，另一方面还可以便于实现胶体浇注的自动化。

优选地，如图1至图3所示，所述壳体100上设置有用于连接输入高压的原边螺杆160和用于输出低压的输出螺杆170，其中，所述原边螺杆160与所述原边电路板111相连接，所述输出螺杆170与所述输出电路板131相连接。

在本实施例中，所述原边螺杆160通过连接线与所述原边电路板111相连接，用于接入输入高压，所述输出螺杆170通过连接线与所述输出电路板131相连接，用于输出低压信号，在测量时，仅需将高压输入端与原边螺杆160相连接，测量端与输出螺杆170相连接，即可对直流高压进行隔离测量，便于操作，安全性高。

需要说明的是，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。