阅读说明：本技术 一种多通道高精度高压检测电路及检测方法 (Multi-channel high-precision high-voltage detection circuit and detection method ) 是由 李君明 于鑫 苏海南 张方 李林 李春 于笑辰 王迪 范孟哲 周涵 司洪孝 于 2020-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多通道高精度高压检测电路及检测方法,其结构为,多通道高精度高压检测电路包括依次连接的继电器测量选择电路、精密电阻分压电路、信号调理电路、高精度模数转换电路和微控制器；继电器测量选择电路采用光耦继电器进行高压测量通道的选择,光耦继电器通过微控制器的IO引脚进行控制,高精度模数转换电路与微控制器之间设有隔离供电和通讯电路。精密电路分压电路包括精密电阻和光耦继电器,精密电阻采用0.1%精度以上的电阻,光耦继电器控制采用共阳极的控制,精密电阻R1、R2、R3构成分压电路。电路能够采用较低的成本实现多通道高精度高压检测,通道经过校准后,电压测量精度可以达到0.1%以内,测量路数理论上可进行无限拓展。(The invention discloses a multi-channel high-precision high-voltage detection circuit and a detection method, and the structure is that the multi-channel high-precision high-voltage detection circuit comprises a relay measurement selection circuit, a precision resistance voltage division circuit, a signal conditioning circuit, a high-precision analog-to-digital conversion circuit and a microcontroller which are sequentially connected; the relay measurement selection circuit adopts an optical coupling relay to select a high-voltage measurement channel, the optical coupling relay is controlled through an IO pin of the microcontroller, and an isolation power supply and communication circuit is arranged between the high-precision analog-to-digital conversion circuit and the microcontroller. The precision circuit voltage division circuit comprises a precision resistor and an optocoupler relay, wherein the precision resistor adopts a resistor with the precision of more than 0.1%, the optocoupler relay adopts common anode control, and the precision resistors R1, R2 and R3 form the voltage division circuit. The circuit can realize multi-channel high-precision high-voltage detection with lower cost, the voltage measurement precision can reach within 0.1% after the channel is calibrated, and the measurement path number can be infinitely expanded theoretically.)

一种多通道高精度高压检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，具体涉及一种多通道高精度高压检测电路及检测方法。

背景技术

在进行高压检测时，使用光耦作为隔离测量手段时，会有光耦信号可能失真，导致测量结果不准的问题；若不进行隔离，则有高压串入系统，影响甚至损坏系统其它元件的风险。同时为了保证测量精度，应使用高精度16位以上的AD芯片。但如果需要测量多个高压值，使用高精度多通道AD芯片又会使成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提出了一种全隔离测量，使用单通道高精度AD芯片的多路高压检测电路，解决了现有技术中检测精度和检测成本不能同时兼顾的问题。

本发明的另一目的在于提供一种多通道高精度高压检测电路的检测方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种多通道高精度高压检测电路，包括依次连接的继电器测量选择电路、精密电阻分压电路、信号调理电路、高精度模数转换电路和微控制器；继电器测量选择电路采用光耦继电器进行高压测量通道的选择，光耦继电器通过微控制器的IO引脚进行控制，高精度模数转换电路与微控制器之间设有隔离供电和通讯电路。

优选地，精密电阻分压电路包括精密电阻和光耦继电器，精密电阻采用0.1%精度的电阻，光耦继电器控制采用共阳极的控制，精密电阻R1、R2、R3构成分压电路。

优选地，信号调理电路包括两级运算放大器。

优选地，高精度模数转换电路包括AD采集芯片，信号调理电路的输出电压经AD采集芯片进行转换，微控制器读取转换结果，并计算出最终的电压值。

优选地，光耦继电器选用AQY216、AQV258HC8高压光耦继电器，运算放大器选用OPA2277、OPA2188双通道高精度运算放大器，AD采集芯片选用ADS1118、ADS1246高精度AD采集芯片。

多通道高精度高压检测电路的检测方法包括下述步骤：

使用前，进行每个通道的增益校准，并将每个通道的校准值保存在微控制器内；测量时，微控制器打开相应的测量通道，同时关闭其他的测量通道，分压后的电压进入高精度模数转换电路，微控制器通过数字隔离通讯将采集到的原始值读回，并根据校准后的增益，计算出实际电压值；待该通道测量完毕后，关闭该通道，开启下一通道的测量，直至所有通道测量完成。

本发明具有如下有益效果：

多通道高精度高压检测电路能够采用较低的成本实现多通道高精度高压检测，通道经过校准后，电压测量精度可以达到0.1%以内，测量路数理论上可进行无限拓展。

附图说明

图1为多通道高精度高压检测电路框图；

图2为多通道高精度高压检测电路图；

图3为继电器测量选择电路及精密电阻分压电路；

图4为信号调理电路；

图5为高精度模数转换电路、隔离供电和通讯电路以及微控制器；

图6为多通道高精度高压检测电路测量流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

结合图1和图2，多通道高精度高压检测电路，包括依次连接的继电器测量选择电路、精密电阻分压电路、信号调理电路、高精度模数转换电路和微控制器；继电器测量选择电路采用光耦继电器进行高压测量通道的选择，光耦继电器通过微控制器的IO引脚进行控制，高精度模数转换电路与微控制器之间设有隔离供电和通讯电路。

精密电阻分压电路包括精密电阻和光耦继电器，精密电阻采用0.1%精度或0.1%精度以上的电阻，光耦继电器控制采用共阳极的控制，以减小控制电路的复杂程度，精密电阻R1、R2、R3构成分压电路，所述的精密电阻R1包括精密电阻R1.1- R1.N，不同的测量通道可使用不同的分压电阻R1，如果一个电阻不便构成理想的分压值，可使用多个电阻，如图3中R1.6-1和R1.6-2。

信号调理电路包括两级运算放大器，如图4所示，双运放芯片对分压后的电压做2级跟随，高压部分的干扰起到缓冲和隔离，保护后端采集转换电路。为了保证在低压部分的测量准确，可使用正负电源供电的运放保证在0值附近的准确性。若想使用单电源供电，可选择轨到轨运放保证低压测量的准确性。

高精度模数转换电路包括AD采集芯片，如图5所示，信号调理电路的输出电压经AD采集芯片（如ADS1118）进行转换，MCU将转换结果通过特定的通讯（ADS1118使用SPI通讯）读取回来，并经过一系列换算，计算出最终的电压值。可用±5V的DCDC产生高压部分的±5V供电，用ISO7241或ADUM1411等隔离通讯芯片进行隔离通讯，彻底将系统的高低压部分进行隔离。

光耦继电器选用AQY216、AQV258HC8高压光耦继电器，运算放大器选用OPA2277、OPA2188双通道高精度运算放大器，模数转换器选用ADS1118、ADS1246高精度AD采用芯片。

如图6所示，正式使用前，可进行每个通道的增益校准，并将每个通道的校准值保存在MCU内。测量时，MCU打开相应的测量通道，同时关闭其他的测量通道，分压后的电压经跟随器之后进入模数转换器，MCU通过数字隔离通讯将采集到的原始值读回，并根据校准后的增益，计算出实际电压值。待该通道测量完毕后，关闭该通道，开启下一通道的测量，直至所有通道测量完成。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。