CN104914287B - 一种电压测量电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压测量电路，属于电子技术领域。所述电压测量电路包括：包括振荡电路、光耦隔离器、频率计数器和输出模块，振荡电路的输入端与被测电源电连接，振荡电路的输出端与光耦隔离器电连接；振荡电路包括：限流电阻、储能电容、稳压二极管、放大三极管、正反馈电路和输出三极管，储能电容、限流电阻与被测电源串联，稳压二极管与储能电容并联，放大三极管的基极和发射极均连接在储能电容与稳压二极管的阳极之间，且放大三极管的发射极与储能电容之间接地，放大三极管的基极通过正反馈电路与输出三极管的集电极电连接，放大三极管的集电极与输出三极管的基极电连接，输出三极管的基极和发射极均连接在储能电容与稳压二极管的阴极之间。

Description

一种电压测量电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种电压测量电路。

背景技术

随着数字化技术的提高，人们在诸如电动汽车等很多领域都需要对电源的电压进行隔离测量。现有隔离测量电路中，通常是采用振荡电路和隔离器将信号输出到测量仪器上。

在现有技术中，振荡电路通常采用集成电路(英文Integrated Circuit，简称IC)芯片等器件实现，工作过程中要给振荡电路提供外接电源，且隔离测量电路的测量范围有限。

发明内容

为了解决现有技术要给隔离测量电路提供外接电源且隔离测量电路的测量范围有限的问题，本发明实施例提供了一种电压测量电路。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种电压测量电路，包括振荡电路、光耦隔离器、频率计数器和输出模块，所述振荡电路的输入端与被测电源电连接，所述振荡电路的输出端与所述光耦隔离器电连接，所述频率计数器用于测量所述光耦隔离器输出的信号频率，所述输出模块用于将所述频率计数器测得的信号频率转换为电压值并输出；

所述振荡电路包括：限流电阻、储能电容、稳压二极管、放大三极管、正反馈电路和输出三极管，所述储能电容、所述限流电阻与所述被测电源串联，所述稳压二极管与所述储能电容并联，所述放大三极管的基极和发射极均连接在所述储能电容与所述稳压二极管的阳极之间，且所述放大三极管的发射极与所述储能电容之间接地，所述放大三极管的基极通过所述正反馈电路与所述输出三极管的集电极电连接，所述放大三极管的集电极与所述输出三极管的基极电连接，所述输出三极管的基极和发射极均连接在所述储能电容与所述稳压二极管的阴极之间，所述输出三极管的集电极与所述光耦隔离器电连接。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述正反馈电路包括电容和第一电阻，所述电容和所述第一电阻串联。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述振荡电路还包括第二电阻，所述第二电阻与所述稳压二极管串联，所述储能电容的两端连接在所述第二电阻和所述稳压二极管的两端。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述振荡电路还包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻连接在所述输出三极管的基极和发射极之间，所述第四电阻连接在所述放大三极管的基极和发射极之间。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述振荡电路还包括第五电阻，所述第五电阻连接在所述放大三极管的集电极与所述输出三极管的基极之间。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述振荡电路还包括二极管，所述二极管连接在所述输出三极管的集电极与所述光耦隔离器之间。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述放大三极管为NPN型三极管，所述输出三极管为PNP型三极管。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过待测电源给储能电容充电，当储能电容上的电压超过基准电压(稳压二极管为基准元件，其击穿电压加上放大三极管的压降)后，放大三极管微导通，放大三极管、输出三极管之间，通过正反馈电路的正反馈的作用，放大三极管、输出三极管过渡到饱和导通状态(当基极电流增加，而集电极电流不再增加时)，储能电容上储存的电荷通过输出三极管给负载提供较大电流，由于负载的消耗，储能电容上的电压将下降。当储能电容上电压下降到一定程度时，正反馈电路上的电流下降使得原导通状态无法维持，放大三极管、输出三极管退出饱和导通状态，由于正反馈电路的作用，转变为加速截止的正反馈，使得放大三极管、输出三极管快速关闭。此后储能电容上的电压又重新开始上升，如此反复，从而形成脉冲输出。

上述过程中，被测电源提供的电压可以满足整个电路工作需要，不需要提供外接电源，且工作电压范围宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电压测量电路的电路图；

图2是本发明实施例提供的一种振荡电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1提供了一种电压测量电路的电路图，参见图1，该电压测量电路包括振荡电路100、光耦隔离器200、频率计数器300和输出模块400，振荡电路100的输入端与被测电源500电连接，振荡电路100的输出端与光耦隔离器200电连接，频率计数器300用于测量光耦隔离器200输出的信号频率，输出模块400用于将频率计数器300测得的信号频率转换为电压值并输出。

图2提供了一种振荡电路的电路图，参见图2，振荡电路100包括：限流电阻R1、储能电容C1、稳压二极管Z1、放大三极管Q1、正反馈电路101、输出三极管Q2。储能电容C1、限流电阻R1与被测电源500串联，稳压二极管Z1与储能电容C1并联，放大三极管Q1的基极和发射极均连接在储能电容C1与稳压二极管Z1的阳极之间，且放大三极管Q1的发射极与储能电容C1接地，放大三极管Q1的基极通过正反馈电路101与输出三极管Q2的集电极电连接，放大三极管Q1的集电极与输出三极管Q2的基极电连接，输出三极管Q2的基极和发射极均连接在储能电容C1与稳压二极管Z1的阴极之间，输出三极管Q2的集电极与光耦隔离器200电连接。

下面对电压测量电路的工作过程进行说明：待测电源500经过限流电阻R1给储能电容C1充电，当储能电容C1上的电压超过基准电压(稳压二极管Z1为基准元件，其击穿电压加上放大三极管Q1的压降即为基准电压)后，放大三极管Q1微导通，放大三极管Q1、输出三极管Q2之间，通过正反馈电路101的正反馈的作用，放大三极管Q1、输出三极管Q2过渡到饱和导通状态(基极电流增加、而集电极电流不再增加时即为导通状态)，储能电容C1上储存的电荷通过输出三极管Q2给负载提供较大电流，由于负载的消耗，储能电容C1上的电压将下降。当储能电容C1上电压下降到一定程度时，正反馈电路101上的电流下降使得原导通状态无法维持，放大三极管Q1、输出三极管Q2退出饱和导通状态，由于正反馈电路101的作用，转变为加速截止的正反馈，使得放大三极管Q1、输出三极管Q2快速关闭。此后储能电容C1上的电压又重新开始上升，如此反复，从而形成脉冲输出。

上述过程中，被测电源500提供的电压可以满足整个电路工作需要，不需要提供外接电源，且工作电压范围宽。具体地，由于在工作过程中储能电容C1可以存储能量，然后通过放大三极管Q1放大，因此即使被测电源提供的电压很小，也可以进行正常测量，且工作电压范围宽，输出电流峰值和输入电流值之间的倍率可以达到5个数量级以上；另外，由于输出电流峰值和输入电流值之间的倍率高，而测量时只需要根据输出电流峰值进行测量即可，所以输入较小电流即可实现测量，电路功耗低；该电路可以将输入电压的幅值准确地转换为频率，然后根据频率实现对电压的准确测量，精度高；光电耦合器可以对信号进行隔离传递，方便地实现高电压隔离检测电路的微型化和低成本化，实现了数字化的隔离电压检测功能。

具体地，正反馈电路101包括电容C2和第一电阻R5，电容C2和第一电阻R5串联。当然，上述正反馈电路101的结构仅为举例，本发明实施例对此不做限制。

进一步地，振荡电路100还包括第二电阻R2，第二电阻R2与稳压二极管Z1串联，储能电容C1的两端连接在第二电阻R2和稳压二极管Z1的两端。第二电阻R2的作用是提高放大三极管Q1基极的外部阻抗，使得电路正反馈作用加强。

进一步地，振荡电路100还包括第三电阻R3和第四电阻R6，第三电阻R3连接在输出三极管Q2的基极和发射极之间，第四电阻R6连接在放大三极管Q1的基极和发射极之间。第三电阻R3和第四电阻R6是为了提高本电路的抗干扰能力，当储能电容C1上的电压小于基准电压时，外部干扰被第三电阻R3和第四电阻R6吸收，使电路不易出现误触发，提高电路的工作稳定性和精度。当然，在本发明实施例的其他实现方式中，该振荡电路100也可以只包括第三电阻R3和第四电阻R6中的一个。

进一步地，振荡电路100还包括第五电阻R4，第五电阻R4连接在放大三极管Q1的集电极与输出三极管Q2的基极之间，用于形成封闭的正反馈环路，以实现环路振荡。

进一步地，振荡电路100还包括二极管D1，二极管D1连接在输出三极管Q2的集电极与光耦隔离器200之间。二极管D1的作用是提高输出三极管Q2的输出负载阻抗，由于二极管D1的非线性特性，小电流是呈现较高阻抗，大电流是呈现较低阻抗，因此当输出三极管Q2微导通时，二极管D1的存在使得电路的正反馈幅度增加。

具体地，在本发明实施例中，放大三极管Q1为NPN型三极管，输出三极管Q2为PNP型三极管。

在其他实施例中，放大管三极管Q1还可以为PNP型三极管，输出三极管Q2可以为NPN型三极管。在放大管三极管Q1为PNP型三极管、输出三极管Q2为NPN型三极管时，其在电路中的连接方式会相应改变，这里不做赘述。

在本发明实施例中，输出模块400根据频率计数器300测得的信号频率转换为电压值，这里信号频率与电压值的对应关系可以通过事先测算得到，本发明对此不做赘述。

在本发明实施例中，各个电器元件的参数可以根据实际应用场合进行选择，这里对此不做限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电压测量电路，包括振荡电路、光耦隔离器、频率计数器和输出模块，所述振荡电路的输入端与被测电源电连接，所述振荡电路的输出端与所述光耦隔离器电连接，所述频率计数器用于测量所述光耦隔离器输出的信号频率，所述输出模块用于将所述频率计数器测得的信号频率转换为电压值并输出，所述振荡电路包括：限流电阻和储能电容，所述储能电容、所述限流电阻与所述被测电源串联；其特征在于，

所述振荡电路还包括：稳压二极管、放大三极管、正反馈电路和输出三极管，所述稳压二极管与所述储能电容并联，所述放大三极管的基极和发射极均连接在所述储能电容与所述稳压二极管的阳极之间，且所述放大三极管的发射极与所述储能电容之间接地，所述放大三极管的基极通过所述正反馈电路与所述输出三极管的集电极电连接，所述放大三极管的集电极与所述输出三极管的基极电连接，所述输出三极管的基极和发射极均连接在所述储能电容与所述稳压二极管的阴极之间，所述输出三极管的集电极与所述光耦隔离器电连接。

2.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，所述正反馈电路包括电容和第一电阻，所述电容和所述第一电阻串联。

3.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，所述振荡电路还包括第二电阻，所述第二电阻与所述稳压二极管串联，所述储能电容的两端连接在所述第二电阻和所述稳压二极管的两端。

4.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，所述振荡电路还包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻连接在所述输出三极管的基极和发射极之间，所述第四电阻连接在所述放大三极管的基极和发射极之间。

5.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，所述振荡电路还包括第五电阻，所述第五电阻连接在所述放大三极管的集电极与所述输出三极管的基极之间。

6.根据权利要求1所述的电压测量电路，其特征在于，所述振荡电路还包括二极管，所述二极管连接在所述输出三极管的集电极与所述光耦隔离器之间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电压测量电路，其特征在于，所述放大三极管为NPN型三极管，所述输出三极管为PNP型三极管。