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一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置

阅读：893发布：2021-02-27

IPRDB可以提供一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，包括：输入隔离单元、信号调理单元、线性隔离单元和输出隔离单元。其中，输入隔离单元提供两个接收电压互感器的输入信号接口，输入信号接口联接到电压跟随器，以获取电压互感器传入的两路输入信号。信号调理单元包含差分放大单元，且信号调理单元联接到输入隔离单元的输出端，以获取输入隔离单元的输入信号，并传送到差分放大单元，形成一路差分放大信号。线性隔离单元包含线性光耦，其中线性光耦与信号调理单元的输出端联接，接收信号调理单元输出的差分放大信号，并形成与输入隔离单元接收的电压互感器没有电气耦合的信号。输出隔离单元将线性隔离单元所形成的信号输出。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，包括输入隔离单元(100)、信号调理单元(200)、线性隔离单元(300)和输出隔离单元(400)，其特征在于，输入隔离单元(100)包含两个接收电压互感器的输入信号接口(110A、110B)，两个输入信号接口(110A、110B)联接到电压跟随器(120)，以获取电压互感器传入的两路输入信号；

信号调理单元(200)包含差分放大单元(210)，且信号调理单元(200)联接到输入隔离单元(100)的输出端；

线性隔离单元(300)包含线性光耦(310)，其中线性光耦(310)与信号调理单元(200)的输出端联接；

输出隔离单元(400)与线性隔离单元(300)的输出端联接。

2.根据权利要求1所述的适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，其特征在于，输入隔离单元(100)的两个接收电压互感器的输入信号接口(110A、110B)中的一个接地。

3.根据权利要求1所述的适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，其特征在于，输出隔离单元(400)由与输入信号的电路独立的单路直流供电。

4.一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，包括输入隔离单元(100)、信号调理单元(200)、线性隔离单元(300)和输出隔离单元(400)，其特征在于，输入隔离单元(100)包含两个接收电压互感器的输入信号接口(110A、110B)，两个输入信号接口(110A、110B)联接到电压跟随器(120)，以获取电压互感器传入的两路输入信号；

信号调理单元(200)包含差分放大单元(210)，且信号调理单元(200)联接到输入隔离单元(100)的输出端；

线性隔离单元(300)包含隔离放大器(320)，其中隔离放大器(320)与信号调理单元(200)的输出端联接；

输出隔离单元(400)与线性隔离单元(300)的输出端联接。

5.根据权利要求4所述的适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，其特征在于，输入隔离单元(100)提供两个接收电压互感器的输入信号接口(110A、110B)中的一个接地。

6.根据权利要求4所述的适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，其特征在于，输出隔离单元(400)由与输入信号的电路独立的单路直流供电。

7.一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，包括输入隔离单元(100)、信号调理单元(200)、线性隔离单元(300)和输出隔离单元(400)，其特征在于，输入隔离单元(100)包含两个接收电压互感器的输入信号接口(110A、110B)，两个输入信号接口(110A、110B)联接到电压跟随器(120)，以获取电压互感器传入的两路输入信号；

信号调理单元(200)包含差分放大单元(210)，且信号调理单元(200)联接到输入隔离单元(100)的输出端，以获取输入隔离单元(100)的输入信号；

线性隔离单元(300)包含电磁隔离器(330)，其中电磁隔离器(330)与信号调理单元(200)的输出端联接；

输出隔离单元(400)与线性隔离单元(300)的输出端联接。

8.根据权利要求7所述的适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，其特征在于，输入隔离单元(100)的两个接收电压互感器的输入信号接口(110A、110B)中的一个接地。

9.根据权利要求7所述的适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，其特征在于，输出隔离单元(400)由与输入信号的电路独立的单路直流供电。

说明书全文

一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及电测量技术领域，更特别地，涉及一种适用于中高压(尤其是10Kv及以下)信号传感的差分信号线性隔离变换装置。

背景技术

[0002] PT(Potential Transformer，电压互感器)是电力系统中不可或缺的设备。电子式PT的原理有很多种，例如光电转换式(光学互感器)、电阻分压式、电容分压式、阻容分压式等等。但是，作为电力线系统的FTU(Feeder Terminal Unit，馈线终端装置)、MCU(Micro Controller Unit，微控制器)以及其它二次控制设备，却不能直接将这些信号接入控制设备的ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)接口。一方面是控制设备电路安全性不够高。例如，正常情况下输入信号的幅度只有6.5V；但是现场的环境处在中高压(例如是10kV及以下)环境，依据电力行业的要求，控制设备必须能够承受严酷程度四级的电磁干扰。显然直接接入控制设备的ADC，会导致电路损坏。因此，必须采用线性隔离电路。另一方面，实际使用的时候，输入信号虽然通常可能是相电压，但是也有可能是线电压。也就是说控制设备必须具备相电压信号输入和线电压信号输入两种模式。而线电压可由相电压做差分运算得到，因此电路也最好具备有差分运算功能。

[0003] 由于控制设备接受的输入信号幅度很小，只有AC6.5V，甚至AC3.752V；因此，一般的信号处理装置并没有做隔离防护，或者说不会去实现耐压达到AC2500V的隔离防护。某些模块化的装置虽然做了小信号输入线性隔离处理，但是却只是单路输入单路输出，不适用与两个信号的减法运算；而且在低温或高温环境下(例如工作温度需要在零下40℃至70℃之间)，这类模块化的装置精度变差，满足不了实际应用需求。实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种适用于中高压(尤其是10Kv及以下)信号传感的差分信号线性隔离变换装置，同时实现输入信号的隔离保护和两路信号差分变换处理的目的。

[0005] 为了实现上述目的，本实用新型提出一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，包括输入隔离单元、信号调理单元、线性隔离单元和输出隔离单元。其中，输入隔离单元提供两个接收电压互感器的输入信号接口，输入信号接口联接到电压跟随器，并提供较高的输入阻抗，以将电压互感器传入的两路输入信号“取出”而不影响电压互感器本身的电气性能。信号调理单元包含差分放大单元，且信号调理单元联接到输入隔离单元的输出端，以获取输入隔离单元的输入信号；并传送到差分放大单元，形成一路差分放大信号。需要补充说明的是，差分放大单元不仅得到交流信号的幅度差，还得到了相位差。线性隔离单元包含线性光耦，其中线性光耦与信号调理单元的输出端联接，接收信号调理单元输出的差分放大信号，并形成与解除电气耦合的信号。输出隔离单元将线性隔离单元所形成的，解除电气耦合的信号隔离输出，从而不会因为后一级的电路而影响到本电路的电气性能。

[0006] 优选地，输入隔离单元提供的两个接收电压互感器的输入信号接口中的一个可以接地，从而实现零序电压或者相电压测量。

[0007] 优选地，输出隔离单元由与输入信号的电路独立的单路直流供电，从而降低装置的成本，且简化了相关单元的电路设计。

[0008] 作为本实用新型的进一步改进，为了解决输出负电压的问题，可将基于输出隔离单元单路直流供电的可用模拟信号叠加在直流信号上。这样可以保证隔离输出的信号不失真。若需要后续ADC采样，控制人员再滤除信号中直流分量即可。

[0009] 本实用新型还提出一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，包括输入隔离单元、信号调理单元、线性隔离单元和输出隔离单元。其中，输入隔离单元提供两个接收电压互感器的输入信号接口，输入信号接口联接到电压跟随器，并提供较高的输入阻抗，以将电压互感器传入的两路输入信号“取出”而不影响电压互感器本身的电气性能。信号调理单元包含差分放大单元，且信号调理单元联接到输入隔离单元的输出端，以获取输入隔离单元的输入信号；并传送到差分放大单元，形成一路差分放大信号。需要补充说明的是，差分放大单元不仅得到交流信号的幅度差，还得到了相位差。线性隔离单元包含隔离放大器，其中隔离放大器作为线性隔离放大器，与信号调理单元的输出端联接。隔离放大器接收信号调理单元输出的差分放大信号，并形成解除电气耦合的信号。输出隔离单元将线性隔离单元所形成的，解除电气耦合的信号隔离输出，从而不会因为后一级的电路而影响到本电路的电气性能。

[0010] 优选地，输入隔离单元提供的两个接收电压互感器的输入信号接口中的一个可以接地，从而实现零序电压或者相电压测量。

[0011] 优选地，输出隔离单元由与输入信号的电路独立的单路直流供电，从而降低装置的成本，且简化了相关单元的电路设计。

[0012] 作为本实用新型的进一步改进，为了解决输出负电压的问题，可将基于输出隔离单元单路直流供电的可用模拟信号叠加在直流信号上。这样可以保证隔离输出的信号不失真。若需要后续ADC采样，控制人员再滤除信号中直流分量即可。

[0013] 本实用新型还提出一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，包括输入隔离单元、信号调理单元、线性隔离单元和输出隔离单元。其中，输入隔离单元提供两个接收电压互感器的输入信号接口，输入信号接口联接到电压跟随器，并提供较高的输入阻抗，以将电压互感器传入的两路输入信号“取出”而不影响电压互感器本身的电气性能。信号调理单元包含差分放大单元，且信号调理单元联接到输入隔离单元的输出端，以获取输入隔离单元的输入信号；并传送到差分放大单元，形成一路差分放大信号。需要补充说明的是，差分放大单元不仅得到交流信号的幅度差，还得到了相位差。线性隔离单元包含电磁隔离器，其中电磁隔离器与信号调理单元的输出端联接，接收信号调理单元输出的差分放大信号，并形成解除电气耦合的信号。输出隔离单元将线性隔离单元所形成的，解除电气耦合的信号隔离输出，从而不会因为后一级的电路而影响到本电路的电气性能。

[0014] 优选地，输入隔离单元提供的两个接收电压互感器的输入信号接口中的一个可以接地，从而实现零序电压或者相电压测量。

[0015] 优选地，输出隔离单元由与输入信号的电路独立的单路直流供电，从而降低装置的成本，且简化了相关单元的电路设计。

[0016] 作为本实用新型的进一步改进，为了解决输出负电压的问题，可将基于输出隔离单元单路直流供电的可用模拟信号叠加在直流信号上。这样可以保证隔离输出的信号不失真。若需要后续ADC采样，控制人员再滤除信号中直流分量即可。

[0017] 本实用新型的有益效果为：通过本实用新型提供差分信号线性隔离变换装置，隔离两侧耐压值可达到AC2500V，而且可兼容双路输入和单路输入两种输入模式，且幅度误差控制在0.5％以内，相位误差控制在10'以内。

附图说明

[0018] 以下的本实用新型的说明书参照附图，其中：

[0019] 图1所示为本实用新型提出一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置系统结构图；

[0020] 图2所示为差分信号线性隔离变换装置的信号调理单元部分的示例电路图；

[0021] 图3所示为差分信号线性隔离变换装置的线性隔离单元部分的示例供电电路图；

[0022] 图4所示为差分信号线性隔离变换装置的差分放大单元的示例电路图。

具体实施方式

[0023] 以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本实用新型的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。

[0024] 需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”或“联接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本实用新型中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本实用新型各组成部分的相互位置关系来说的。

[0025] 参照图1所示的差分信号线性隔离变换装置系统结构图，本实用新型提出的一种适用于中高压信号传感的差分信号线性隔离变换装置，包括输入隔离单元100、信号调理单元200、线性隔离单元300和输出隔离单元400。其中，输入隔离单元100提供两个接收电压互感器的输入信号接口110A和110B，输入信号接口110A和110B联接到电压跟随器120，并提供较高的输入阻抗，以将电压互感器传入的两路输入信号“取出”而不影响电压互感器本身的电气性能。信号调理单元200包含差分放大单元210(图中未示出)，且信号调理单元200联接到输入隔离单元100的输出端，以获取输入隔离单元100的输入信号；并传送到差分放大单元210，形成一路差分放大信号。需要补充说明的是，差分放大单元210不仅得到交流信号的幅度差，还得到了相位差。线性隔离单元300包含线性光耦310，其中线性光耦310与信号调理单元200的输出端联接，接收信号调理单元200输出的差分放大信号，并形成解除电气耦合的信号。因此实现了与输入与输出回路的电气隔离。输出隔离单元400将线性隔离单元300所形成的，解除电气耦合的信号隔离输出，从而不会因为后一级的电路而影响到本电路的电气性能。

[0026] 具体地，参照图2所示的差分信号线性隔离变换装置的信号调理单元部分的示例电路图，线性光耦310将输入的电信号变成光信号，并通过内部的发光原件和感光元件实现信号的传递。感光元件再将光信号变为电信号，此时的电信号就与输入的电信号没有电气耦合。

[0027] 在基于本实用新型的上述装置中，输入隔离单元100提供两个接收电压互感器的输入信号接口中的一个可以接地。这意味着输入信号接口110A和110B中只有一路有信号输入，从而实现零序电压或者相电压测量。

[0028] 参照图3所示的差分信号线性隔离变换装置的线性隔离单元部分的示例供电电路图，在本实用新型的一个优选实施例中，输出隔离单元400由与输入信号的电路独立的单路直流供电，从而降低装置的成本，且简化了相关单元的电路设计。整个差分放大单元的电路可参考附图4。

[0029] 进一步地，为了解决输出负电压的问题，可将基于输出隔离单元400单路直流供电的可用模拟信号叠加在直流信号上。这样可以保证隔离输出的信号不失真。若需要后续ADC采样，控制人员再滤除信号中直流分量即可。

[0030] 在一个优选的实施例中，差分信号线性隔离变换装置包括输入隔离单元100、信号调理单元200、线性隔离单元300和输出隔离单元400。其中，输入隔离单元100提供两个接收电压互感器的输入信号接口110A和110B，输入信号接口110A和110B联接到电压跟随器120，并提供较高的输入阻抗，以将电压互感器传入的两路输入信号“取出”而不影响电压互感器本身的电气性能。信号调理单元200包含差分放大单元210，且信号调理单元200联接到输入隔离单元100的输出端，以获取输入隔离单元100的输入信号；并传送到差分放大单元210，形成一路差分放大信号。需要补充说明的是，差分放大单元210不仅得到交流信号的幅度差，还得到了相位差。线性隔离单元300包含隔离放大器320，其中隔离放大器320与信号调理单元200的输出端联接，接收信号调理单元200输出的差分放大信号，并形成解除电气耦合的信号。因此实现了与输入与输出回路的电气隔离。输出隔离单元400将线性隔离单元300所形成的，解除电气耦合的信号隔离输出，从而不会因为后一级的电路而影响到本电路的电气性能。

[0031] 在基于本实用新型的上述装置中，输入隔离单元100提供两个接收电压互感器的输入信号接口中的一个可以接地。这意味着输入信号接口110A和110B中只有一路有信号输入，从而实现零序电压或者相电压测量。

[0032] 在上述优选实施例中，输出隔离单元400由与输入信号的电路独立的单路直流供电，从而降低装置的成本，且简化了相关单元的电路设计。

[0033] 进一步地，为了解决输出负电压的问题，可将基于输出隔离单元400单路直流供电的可用模拟信号叠加在直流信号上。这样可以保证隔离输出的信号不失真。若需要后续ADC采样，控制人员再滤除信号中直流分量即可。

[0034] 在另一个优选的实施例中，差分信号线性隔离变换装置包括输入隔离单元100、信号调理单元200、线性隔离单元300和输出隔离单元400。其中，输入隔离单元100提供两个接收电压互感器的输入信号接口110A和110B，输入信号接口110A和110B联接到电压跟随器120，并提供较高的输入阻抗，以将电压互感器传入的两路输入信号“取出”而不影响电压互感器本身的电气性能。信号调理单元200包含差分放大单元210，且信号调理单元200联接到输入隔离单元100的输出端，以获取输入隔离单元100的输入信号；并传送到差分放大单元
210，形成一路差分放大信号。需要补充说明的是，差分放大单元210不仅得到交流信号的幅度差，还得到了相位差。线性隔离单元300包含电磁隔离器330，其中电磁隔离器330与信号调理单元200的输出端联接，接收信号调理单元200输出的差分放大信号，并形成解除电气耦合的信号。因此实现了与输入与输出回路的电气隔离。输出隔离单元400将线性隔离单元
300所形成的，解除电气耦合的信号隔离输出，从而不会因为后一级的电路而影响到本电路的电气性能。

[0035] 在基于本实用新型的上述装置中，输入隔离单元100提供两个接收电压互感器的输入信号接口中的一个可以接地。这意味着输入信号接口110A和110B中只有一路有信号输入，从而实现零序电压或者相电压测量。

[0036] 在上述优选实施例中，输出隔离单元400由与输入信号的电路独立的单路直流供电，从而降低装置的成本，且简化了相关单元的电路设计。

[0037] 进一步地，为了解决输出负电压的问题，可将基于输出隔离单元400单路直流供电的可用模拟信号叠加在直流信号上。这样可以保证隔离输出的信号不失真。若需要后续ADC采样，控制人员再滤除信号中直流分量即可。

[0038] 以上，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。在本实用新型的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

标题	发布/更新时间	阅读量
差分信号电缆-专利编号CN108288517A	2020-05-13	942
差分信号驱动器-专利编号CN103389768B	2020-05-12	51
差分信号接收器-专利编号CN101009478B	2020-05-11	626
差分信号连接器-专利编号CN105896189B	2020-05-13	471
差分信号驱动器-专利编号CN103389768A	2020-05-12	64
差分信号的生成-专利编号CN102859876A	2020-05-11	430
差分信号接收器-专利编号CN101009478A	2020-05-12	872
差分信号的生成-专利编号CN102859876B	2020-05-11	244
差分信号电缆-专利编号CN108091429A	2020-05-11	262
差分信号迹线-专利编号CN107710404A	2020-05-13	62

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