阅读说明：本技术 一种高精度高动态隔离型电压变送器 (High-precision high-dynamic isolation type voltage transmitter ) 是由 冯广义 张巨龙 潘亚菲 赵盼 李宁斌 于 2020-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高精度高动态隔离型电压变送器,以解决传统隔离型电压变送器采用霍尔或磁阻元件实现隔离,在需要高精度、高动态的场合无法满足要求的问题。该电压变送器包括隔离供电单元,以及依次电连接的电阻分压单元、信号调理单元、AD转换单元、数字转换单元、数字隔离单元、数字信号解析单元。电阻分压单元将输入的高电压等比例缩小,信号调理单元对缩小后的电压信号进行调理,AD转换单元将电压信号转换为数字信号,数字转换单元将数字信号转换为高速串行数字信号,数字隔离单元将高速串行数字信号转换为数字光信号并进行传输,再将数字光信号转换为数字电信号,数字信号解析单元对接收的数字电信号进行解析,并输出供用户直接使用。(The invention relates to a high-precision high-dynamic isolation type voltage transmitter, which aims to solve the problem that the traditional isolation type voltage transmitter adopts a Hall or a magnetic resistance element to realize isolation and cannot meet the requirement in the occasions requiring high precision and high dynamics. The voltage transducer comprises an isolation power supply unit, and a resistance voltage division unit, a signal conditioning unit, an AD conversion unit, a digital isolation unit and a digital signal analysis unit which are electrically connected in sequence. The resistance voltage dividing unit reduces input high voltage in an equal proportion, the signal conditioning unit conditions the reduced voltage signal, the AD conversion unit converts the voltage signal into a digital signal, the digital conversion unit converts the digital signal into a high-speed serial digital signal, the digital isolation unit converts the high-speed serial digital signal into a digital optical signal and transmits the digital optical signal, the digital optical signal is converted into a digital electric signal, and the digital signal analysis unit analyzes the received digital electric signal and outputs the digital electric signal for direct use by a user.)

一种高精度高动态隔离型电压变送器

技术领域

本发明涉及一种高精度高动态隔离型电压变送器。

背景技术

传统的隔离型电压变送器通常采用霍尔或磁阻元件实现隔离，存在精度低，温漂大，模拟信号输出指标及动态指标差等缺点，在需要高精度、高动态的场合无法满足要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的传统隔离型电压变送器采用霍尔或磁阻元件实现隔离，存在精度低，温漂大，模拟信号输出指标、动态指标差等缺点，在需要高精度、高动态的场合无法满足要求的问题，而提供了一种高精度高动态隔离型电压变送器。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高精度高动态隔离型电压变送器，其特殊之处在于：

包括隔离供电单元，以及依次电连接的电阻分压单元、信号调理单元、AD转换单元、数字转换单元、数字隔离单元和数字信号解析单元；

所述隔离供电单元用于向信号调理单元、AD转换单元、数字转换单元、数字隔离单元及数字信号解析单元供电；

所述电阻分压单元用于将输入的电压等比例缩小，并传输至信号调理单元；

所述信号调理单元用于对缩小后的电压信号进行调理，得到与AD转换单元匹配的电压信号，并传输至AD转换单元；

所述AD转换单元用于将接收的电压信号转换为数字信号，并传输至数字转换单元；

所述数字转换单元用于将接收的数字信号转换为高速串行数字信号，并传输至数字隔离单元；

所述数字隔离单元用于将接收的高速串行数字信号转换为数字光信号进行传输，再将数字光信号转换为数字电信号，并传输至数字信号解析单元；

所述数字信号解析单元用于对接收的数字电信号进行解析，并输出供用户直接使用。

进一步地，所述电阻分压单元包括多个串行连接的电阻器，电阻分压单元取其中一个电阻器上的电压值，以差分方式传输至信号调理单元；

所述信号调理单元为仪用运算放大器构成的信号调理电路；

所述AD转换单元包括AD转换器和电压基准，所述电压基准为AD转换器提供电压参考基准；

所述数字隔离单元包括光纤驱动器、光纤发送器、光缆以及光纤接收器；所述光纤驱动器的输入端连接数字转换单元的输出端，光纤驱动器的输出端连接光纤发送器的输入端，光纤发送器的输出端通过光缆连接光纤接收器的输入端，光纤接收器的输出端连接数字信号解析单元的输入端；

所述数字信号解析单元将接收的数字电信号解析复原后，以标准SPI接口的形式输出。

进一步地，所述电阻分压单元的输入电压大于1000V，所述电阻器的数量大于等于7。

进一步地，所述电阻器的精度误差不大于0.1％，且温漂为-5～5ppm/℃；

所述仪用运算放大器的电压失调不大于25uV，失调漂移不大于0.3uv/℃，偏置电流不大于0.4nA，压摆率不小于2V/us，带宽不小于800kHz，共模抑制比不小于90dB；

所述AD转换器的分辨率不小于18位，信噪比不小于95dB、转换速率不小于1Msps；

所述电压基准的精度误差不大于0.02％，且温漂不大于1ppm/℃。

进一步地，所述数字转换单元进行串行数字通讯的波特率不低于30Mbps；

所述光纤驱动器、光纤发送器、光缆以及光纤接收器所承载信号的波特率均不低于50Mbps。

进一步地，所述隔离供电单元包括相互隔离的两组输出，一组为信号调理单元、AD转换单元、数字转换单元及数字隔离单元供电；另一组为数字隔离单元及数字信号解析单元供电。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明提供的高精度高动态隔离型电压变送器，可以将模拟电压信号直接转换为数字信号，通过数字隔离方式实现高精度、高动态、隔离型的电压变送，适用于需要高精度、高动态、高隔离等级的场合，便于直接与数字微处理器进行连接。

附图说明

图1是本发明高精度高动态隔离型电压变送器的原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的高精度高动态隔离型电压变送器作进一步详细说明。

本发明提供的高精度高动态隔离型电压变送器包括隔离供电单元，以及依次电连接的电阻分压单元、信号调理单元、AD转换单元、数字转换单元、数字隔离单元、数字信号解析单元，其工作工作原理如图1所示。

电阻分压单元用于将高电压等比例缩小，并传输至信号调理单元。电阻分压单元采用多个高精度、低温漂的电阻器串行连接，取某一个电阻器上的电压值，以差分方式送至信号调理单元。具体来说，电阻器的精度误差不大于0.1％，且温漂为-5～5ppm/℃。如果需采集的电压范围较大，比如1000V以上，通常需要7个以上的电阻器进行分压，避免单一电阻器上的电压值较高造成电阻器失效。

信号调理单元用于对缩小后的电压信号进行调理，得到与AD转换单元匹配的电压信号，并传输至AD转换单元。信号调理单元采用具有低温漂、低零偏、高动态、高共模抑制比特点的仪用运算放大器构成信号调理电路，对电阻分压单元输出的电压信号进行调理，获得合适电压范围的信号，与AD转换器合理匹配。具体来说，仪用运算放大器的电压失调不大于25uV，失调漂移不大于0.3uv/℃，偏置电流不大于0.4nA，压摆率不小于2V/us，带宽不小于800kHz，共模抑制比不小于90dB。

AD转换单元用于将接收的电压信号转换为数字信号，并传输至数字转换单元。AD转换单元采用高精度、高信噪比、高转换速率等特点的AD转换器，且需要有高精度、低温漂的电压基准与之匹配使用。具体来说，AD转换器的分辨率不小于18位，信噪比不小于95dB、转换速率不小于1Msps；电压基准的精度误差不大于0.02％，且温漂不大于1ppm/℃。

数字转换单元用于将接收的数字信号经过重新组合、变换后，转换为便于高速传输的高速串行数字信号，并传输至数字隔离单元。数字转换单元进行串行数字通讯的波特率不低于30Mbps。

数字隔离单元用于将接收的高速串行数字信号转换为数字光信号进行传输，再将数字光信号转换为数字电信号，并传输至数字信号解析单元。数字隔离单元包括光纤驱动器、光纤发送器、光缆以及光纤接收器，光纤驱动器的输入端连接数字转换单元的输出端，光纤驱动器的输出端连接光纤发送器的输入端，光纤发送器输出数字光信号，光纤发送器的输出端通过光缆连接光纤接收器的输入端，光缆传送数字光信号，光纤接收器再将数字光信号转换为数字电信号，光纤接收器的输出端连接数字信号解析单元的输入端，这样就以数字光信号的方式实现了数字信号的隔离传输。光纤驱动器、光纤发送器、光缆以及光纤接收器所承载信号的波特率均不低于50Mbps。

数字信号解析单元用于对接收的数字电信号进行解析，并输出供用户直接使用。数字信号解析单元将接收的数字电信号解析复原后，以标准SPI接口的形式输出，便于直接与数字微处理器进行连接。

隔离供电单元有两组输出，一组为信号调理单元、AD转换单元、数字转换单元、数字隔离单元供电；另一组为数字隔离单元、数字信号解析单元供电。由于数字隔离单元有两组隔离的接口，因此需要两组隔离的供电。隔离供电单元的两组输出之间是隔离的，需要满足耐压要求，比如5000VDC。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。