一种直流电压信号线性隔离采样方法

技术领域

本发明涉及电压信号采样方法技术领域，具体是指一种直流电压信号线性隔离采样方法。

背景技术

为了满足电源产品的市场需要，输入输出隔离、交直流隔离或功率电路与控制电路的隔离越来越多被设计人员采用。电池电压或母线电压等直流电压信号的隔离采样对电源产品的性能、控制系统的抗干扰、甚至一些电路拓扑的应用，产品设计方案的实现都有着重要的意义。

通常，现有的电气隔离采样方案有以下几种：

采用线性光耦

该方案存成本高、电路复杂等缺点。线性光耦自身价格不菲，必须搭配的外围运算放大器等电路元件也增加了使用成本和电路复杂程度。

采用隔离运算放大器

该方案采用了半导体领域较新颖的隔离运算放大器(隔离运放)，与线性光耦相比，应用电路较为简洁。但正是因为新兴起的器件，隔离运放价格高昂，采购周期长，不利于推广使用；且隔离运放输出的静态电压通常为一个固定值，对于采样直流电压而言，这个静态输出电压浪费了AD通道的分辨率，降低了采样的精度。

采用自激振荡电路

该方案运用隔离变压器的饱和特性，使三极管交替导通，用变压器初侧两个绕组分别传送能量及实现磁复位。该方案主要缺点是采样线性度及温度特性差；又因为在运行中变压器会饱和，为了使三极管不过流，需要在输入端串联限流电阻。当需要采样较高电压时，该限流电阻功耗大，发热严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种直流电压信号线性隔离采样方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种直流电压信号线性隔离采样方法，包括以下步骤：

步骤一：将待测电压VDC经R26,R29分压后衰减成低电压，送到U4的调光输入口，其中U4为调光芯片，VDC为待测电压信号；

步骤二：U4根据送入到5脚的电压值，在6脚输出相对比占空比的方波；

步骤三：方波信号驱动光耦U5，在U5的3脚实现采样信号的隔离传输；

步骤四：采样信号Vs引入到MCU CAP口进行时间计算，算出方波战空比，或经过低通滤后转换成直流电压直接送到AD通道，即可采样到VDC的实际电压值。

本发明与现有技术相比的优点在于：1、在直流电压的隔离采样领域具有很宽广的适用性，只要选择合适的分压电阻，将电压衰减成调光IC的输入电压范围内即可，即可实际任何电压的直流信号的采集；

2、输出信号与采样信号线性相关，具有很好的采样精度和温度稳定性；

3、具有元件极少、简单易用、寿命长、抗干扰性强、隔离电压高、成本低等优点。

附图说明

图1是本发明一种直流电压信号线性隔离采样方法的电路图。

具体实施方式

下面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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种直流电压信号线性隔离采样方法，包括以下步骤：

步骤一：将待测电压VDC经R26,R29分压后衰减成低电压，送到U4的调光输入口，其中U4为调光芯片，VDC为待测电压信号；

步骤二：U4根据送入到5脚的电压值，在6脚输出相对比占空比的方波；

步骤三：方波信号驱动光耦U5，在U5的3脚实现采样信号的隔离传输；

步骤四：采样信号Vs引入到MCU CAP口进行时间计算，算出方波战空比，或经过低通滤后转换成直流电压直接送到AD通道，即可采样到VDC的实际电压值。

随着LED照明在生活中越来越广泛的使用，各种配套的LED驱动电源也被设计出来，而调光成为LED电源的一种基本功能。目前，市面上有很多廉价可靠的调光芯片可供选择，可根据不同的输出电压，输出占空比变化的PWM波，并且在一定范围内具有比较可观的线性度。

本发明正是基于调光芯片输入电压与输出PWM波占空比的线性关系而提出。将需要采样的直流电压用高精度电阻分压后引到调光芯片，芯片输出的方波再连接到光耦初级，可不失真的传递到光耦次级，实现电气隔离；隔离后的方波信号可送到MCU等信号处理芯片的捕获单元(CAP单元)，直接计算方波的占空比，或者用阻容低通滤波成直流信号送到MCU的模数转化通道(AD能道)，通过算占空比或电压值以实现对直流电压的电气隔离采样。

调光芯片输出的PWM波频率通常可设置在较低频率，因此对隔离光耦没有特殊要求，最普通的低速光耦即可满足设计需要；且输出为数字信号，抗干拔能力强；温度的变化正相关的影响着PWM波的频率和高电平的时间，虽然频率会有温漂，但占空比基本不随温度变化，因此具有很好的温度特性。

摒弃传统的价格昂贵的线性光耦或隔离运算放大器，而采用了成本低廉的调光芯片和普通光耦实现采样：利用调光芯片输入电压与输出方波占空比之间的线性关系，将待采样的直流电压分压成小信号后送入到调光IC，将再IC输出的方波用光耦隔离还原，用MCU软件计算的方法可得到精确的采样值，因而可用极少量的价格低廉的元器件实现直流电压的线性隔离采样。

电路中的调光芯片市面上有很多种选择，且性能稳定、价格低廉；光耦只用于低速的数字信号的隔离，因此无特别要求，最普通的光耦即可满足要求。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。