高压隔离直流电压电流变送器的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种高压隔离直流电压电流变送器。该专利由南京国电南自轨道交通工程有限公司申请，并于2016年1月4日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及诸如地铁、轻轨的高压直流系统的电压、电流的测量装置，尤其涉及一种高压隔离直流电压电流变送器。

发明背景

随着地铁、轻轨等轨道交通的发展，直流系统的应用越来越广泛，由此带来直流电压和电流的测量问题。直流模拟信号通过线性光耦隔离时，成本比较高，同时隔离电压有限，不能满足安全要求。如CN201928261U一种用于隔离模拟信号的电路中，线性三角波是通过555电路生成锯齿波的方法，锯齿波是通过对方波的滤波实现的，由于电容的充放电特性的存在，会导致产生的锯齿波不是线性的，这将导致后续的PWM的占空比也不是线性的，从而为系统引入误差。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过占空比的调整，对一个具体模拟信号的电平进行编码。只要频宽足够，任何模拟信号都可以使用PWM进行编码。特别适用在直流电压转换方面，可通过调整占空比来控制输出电压的大小。PWM信号是完全的数字信号，可以方便地实现信号的隔离。但是在PWM编码及PWM转直流电压的电路中，其PWM的占空比及其输出电压对应的数值，通常呈现非线性的状态，而此非线性的状态，将导致PWM在工作时的精度下降。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高压隔离直流电压电流变送器。

本发明的技术方案为：一种高压隔离直流电压电流变送器，包括变送器主体和信号处理电路，所述信号处理电路由固定频率脉冲生成电路、线性三角波生成电路采样信号调制放大电路、光电隔离电路、DAC转换电路及V/I转换电路。所述固定频率脉冲生成电路与线性三角波生成电路相连；所述三角波生成电路和采样信号调制放大电路分别与比较器相连，形成PWM波；PWM波与光电隔离电路相连；光电隔离电路通过施密特触发器与DAC转换电路相连；DAC转换电路的一路电压输出与V/I转换电路相连接。

上述的高压隔离直流电压电流变送器，其进一步特征在于：所述线性三角波生成电路，是在生成的固定频率方波的基础上，利用恒流源，控制电容充电速度，在充电后期，在固定频率方波的作用下，快速放电，从而实现的。

再进一步特征在于：所述DAC转换电路是双路PWM输入的DAC芯片，实现PWM到1-5V电压输出和4-20mA的电流输出。

本发明实现了采样的±60mV的采样信号，转换成1-5V或4-20mA的标准控制信号，根据隔离等级和要求选择对应的隔离光耦和电源，最高可实现10KV的隔离。同时减小了信号输出的延时，减少系统的误差，使测量结果更准确。