阅读说明：本技术 一种采样与取电复用电路 (Sampling and power-taking multiplexing circuit ) 是由 吴志祥 彭颖 许清泉 黄文生 史建平 蔡纪鹤 鞠金涛 许泽刚 朱益利 方晓毅 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种采样与取电复用电路,包括一个主要的限流电阻器,限流电阻器一端连接于直流母线电压或交流电整流之后的脉动直流电压端,另一端连接于MCU电路的A/D输出端,连接于取样电阻器的一端,还连接于一个导向二极管阳极。取样电阻器的另一端连接于MCU电路的一个I/O端口。导向二极管的阴极与MCU电路的电源端连接,与电容器的一端连接,与限幅稳压管的阴极连接。滤波电容器的另一端接地,限幅稳压管的阳极接地。本发明将采样电路与MCU电路所需的电源电路合二为一,充分简化电路结构,降低生产成本,特别适合线路板面积极小、最求产品成本低廉和低功耗等场合。(The invention discloses a sampling and power-taking multiplexing circuit which comprises a main current-limiting resistor, wherein one end of the current-limiting resistor is connected to a pulsating direct-current voltage end after direct-current bus voltage or alternating current rectification, and the other end of the current-limiting resistor is connected to an A/D output end of an MCU circuit, is connected to one end of a sampling resistor and is also connected to the anode of a guide diode. The other end of the sampling resistor is connected to one I/O port of the MCU circuit. The cathode of the guide diode is connected with the power supply end of the MCU circuit, connected with one end of the capacitor and connected with the cathode of the amplitude limiting voltage-stabilizing tube. The other end of the filter capacitor is grounded, and the anode of the amplitude limiting voltage regulator tube is grounded. The invention combines the power supply circuit required by the sampling circuit and the MCU circuit into a whole, fully simplifies the circuit structure, reduces the production cost, and is particularly suitable for occasions with extremely small circuit board area, low product cost, low power consumption and the like.)

一种采样与取电复用电路

技术领域

本发明涉及电源技术、测控技术领域，尤其涉及一种采样与取电复用电路。

背景技术

在电子产品日益小型化过程中，如何简化电路结构是个重要问题；在便携式测控仪器仪表中，如何降低整体电路功耗，直接关系到电池使用寿命问题；在有限的线路板面积里面完成预定的功能设计，必须考虑减少元件数量的问题等，减少元件数量，优化电路结构，不仅降低产品成本，还是提高产品整体可靠性的必要措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有常规测控方案中独立的电源供电电路和独立的采样电路共存、元件数量多，电路结构复杂等缺点，应用尽可能少的元器件实现采样与取电复用的复合功能。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明公开的一种采样与取电复用电路，包括一个主要的限流电阻器，限流电阻器一端连接于直流母线电压或交流电整流之后的脉动直流电压端，另一端连接于MCU电路的A/D输出端，连接于取样电阻器的一端，还连接于一个导向二极管阳极。取样电阻器的另一端连接于MCU电路的一个I/O端口。导向二极管的阴极与MCU电路的电源端连接，与电容器的一端连接，与限幅稳压管的阴极连接。滤波电容器的另一端接地，限幅稳压管的阳极接地。

本发明中，上电瞬间，MCU电路因无工作电压各端口都处在高阻状态，直流母线电压或交流电整流之后的脉动直流电压VP通过限流电阻器限流、二极管导向之后向电容器充电，直至建立MCU电路所需的工作电压，MCU复位启动工作。之后，MCU电路的I/O端口转变为输出低电平，取样电阻的一端相当于接地，其二端电压值SA正比于VP电压值，MCU电路通过A/D端口将电压值SA转变为数字值，供内部程序作处理。转换结束，MCU电路的I/O端口转变为高阻状态(不输入电流，相当于断开状态)，VP经限流电阻由二极管导向继续向电容器充电，如此重复，实现了一个电阻器完成采样与取电的复用功能。

更进一步的，一个限流电阻器的一端与直流母线电压或交流电整流之后的脉动直流电压VP连接，另一端与MCU电路的A/D输出端、取样电阻器的一端和一个导向二极管阳极相连接。

更进一步的，取样电阻器的另一端连接于MCU电路的一个I/O端口；取样电阻二端电压信号代表VP之大小。

更进一步的，导向二极管的阴极与MCU电路的电源端连接，与电容器的一端连接，与限幅稳压管的阴极连接；电容器的另一端和限幅稳压管的阳极接地；电容器上储存额的电压为MCU电路提供工作电源，与电容器并联的限幅稳压管限制电容器充电电压值为一定电压幅度。

更进一步的，MCU电路的电源端与导向二极管的阴极相连，MCU电路的负端接地(GND)。MCU电路中，包括主要元件和必要的***元件，主要元件可以是单片机(SCM)、片上系统(SoC)、CPLD、FPGA或ARM及DSP等。本发明的有益效果是，在克服了现有测控方案中电源电路和采样电路相互独立，整体功耗大，电路结构复杂，元件数量多，成本高等问题，提供一种电路简单、元件数量少、成本低廉、功耗极低且易于实现的采样与取电复用电路方案。

附图说明

图1是本发明一种采样与取电复用电路的原理图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明中，限流电阻器分时复用，某一时刻通过导向二极管向储能电容器充电，充电电压即为MCU电路工作电源；另一时刻与采样电阻一起组成分压电路，分压值SA表征母线电压的高低。

本发明中，MCU电路控制I/O端口状态，需要采样母线电压时，将I/O端口设置为输出低电平状态，流经采样电阻二端的电压通过A/D转变为数字值供程序作进一步处理。转换结束，MCU电路将将I/O端口设置高阻状态，流经限流电阻的电流由隔离二极管向电容器充电。

本发明中，A/D转换采用MCU电路内部的参考电压，如3V，从而使得转换精度不受MCU电路供电电压之影响。

本发明中，利用MCU电路内部低电压(如4.1V)复位侦测功能，如在数十毫秒内生产了低电压复位，则在充电——采样——充电的循环过程中，尽可能缩短采样阶段的时间，相反，如在几百毫秒内未生产低电压复位，则逐步加长采样时间。利用复位侦测功能，并和母线电压值相有机结合运算，缩短或加长采用周期时间，起到自动调节电容器充电——MCU电路电压的作用。

进一步地，为充分降低MCU电路功耗，MCU电路中的程序可以设置为以看门狗唤醒的工作方式“间隙”地运行，如设置看门狗定时唤醒时间为1ms，每到1ms时刻，看门狗唤醒CPU执行采样程序并作相关如输入输出控制处理等之后，再次进入休眠模式，这种间隙工作方式在绝大多数场合，既能满足实时性控制要求，又能最大限度地降低CPU工作电流，CPU平均工作电流往往不超过100uA。以检测交流220V电压为例，考虑电压波动及检测较低电压等因素，取其110V为算例，全波整流之后的电压值VP＝110×0.9(整流系数)＝99V，MCU电路工作电压设为5V，则R1＝(99V-5V)/100uA＝0.94MΩ，取标称值910KΩ。考虑交流220V电压波动范围为±20％，最大值为264V，整流后的全波脉动电压幅值为264V*0.9≈238V，A/D转换采用CPU内部的3V参考电压，则R2＝3×910/(238-3)≈11.6KΩ，取标称值11.5KΩ。

一种采样与取电复用电路，包括一个主要的限流电阻器，限流电阻器一端连接于直流母线电压，或交流电整流之后的脉动直流电压端，另一端连接于MCU电路的A/D输出端，连接于取样电阻器的一端，还连接于一个导向二极管阳极。取样电阻器的另一端连接于MCU电路的一个I/O端口。导向二极管的阴极与MCU电路的电源端连接，与电容器的一端连接，与限幅稳压管的阴极连接。滤波电容器的另一端接地，限幅稳压管的阳极接地。

结合下面的附图1，说明一种采样与取电复用电路主要部分的实施方式。

附图1中，限流电阻器R1的一端连接于被监控的直流母线电压或或交流电整流之后的脉动直流电压端，此电压定义为VP，另一端连接于MCU电路的A/D输如端，连接于取样电阻器R2的一端，连接于隔离二极管D1的阳极。D1的阴极连接于MCU电路的供电端，连接于充电储能电容器C1的一端，连接于限幅稳压管Z1的阴极。C1的另一端和Z1的阳极接地。MCU电路的公共负端接地。R2的另一端接MCU电路的I/O口线。上电瞬间，MCU电路因无工作电压各端口都处在高阻状态，VP电压R1限流、D1导向之后向C1充电，直至建立MCU电路所需的工作电压，如3.3V，5V等，MCU复位启动工作。复位之后，MCU中的程序控制I/O端口转变为输出低电平，R2与I/O连接的一端相当于接地，R2二端电压值SA正比于VP电压值，MCU中的程序通过A/D端口将电压值SA转变为数字值，供内部程序作处理。转换结束，MCU电路的I/O端口转变为高阻状态(不输入电流，相当于断开状态)，VP经R1限流由二极管导向继续向C1充电，如此重复，实现了一个电阻器完成采样与取电的复用功能。为防止C1充电意外过高，设置限幅稳压管Z1限制C1的最高充电电压。

综上所述，本发明将采样电路与MCU电路所需的电源电路合二为一，充分简化电路结构，降低生产成本，特别适合线路板面积极小、最求产品成本低廉和低功耗等场合。

以上述依据本发明的思想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。