一种采样电路和电源系统的制作方法

1.本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种采样电路和电源系统。


背景技术：

2.目前，移动直流电源有两种方式产生：一为柴油机驱动交流电励磁发电机，经不控整流成直流电，电压调节器直接对直流信号采样，使直流电压恒定。二为柴油机驱动交流永磁发电机，经ac/dc变换器进行电压恒定控制。
3.柴油机驱动交流永磁发电机，经ac/dc变换器进行电压恒定控制的方案造价高、电磁兼容性差。
4.柴油机驱动交流电励磁发电机，经整流电路整流成直流电，电压调节器直接对直流信号采样，根据采样的直流信号的采样信号进行稳压控制，而直流电源为提高纹波性能，其后端通常并接了大容量滤波电容和蓄电池等滤波器件，使其瞬态响应差、稳态电压调整率差。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的目的是提供一种采样电路和电源系统，提高对电源系统输出电压采样的响应能力和采样精度，提高电源系统的响应速度和输出精度，提高电源性能。
6.本发明一方面提供一种采样电路，用于对电源系统中的电源进行采样获得补偿采样信号，所述补偿采样信号用于所述电源系统的稳压控制，其特征在于，包括：交流采样模块，用于根据所述电源系统中的交流电源提供第一采样信号；直流采样模块，用于根据所述电源系统中的直流电源提供第二采样信号；输出模块，用于根据所述第一采样信号和所述第二采样信号的并联量提供所述补偿采样信号；其中，在所述交流采样模块中，包括对所述交流电源进行低通滤波和绝对值整流处理。
7.可选地，所述交流采样模块包括：第一降压单元，用于根据所述交流电源获得第一电信号；第一放大单元，用于根据所述第一电信号获得第二电信号；低通滤波单元，用于根据所述第二电信号获得第三电信号；绝对值整流单元，用于根据所述第三电信号获得第四电信号；第二放大单元，用于根据所述第四电信号获得所述第一采样信号，其中，所述第一降压单元包括电压互感器、第一电阻器和第二电阻器，所述第一电阻器和所述第二电阻器分别串联至所述电压互感器的原边绕组的两端，以通过所述第一电阻器和所述第二电阻器接入所述交流电源，所述电压互感器的副边绕组的一端接地，所述第一降压单元在所述电压互感器的副边绕组的另一端提供所述第一电信号。
8.可选地，所述第一放大单元包括第一运算放大器、第三电阻器和第一电容器，其
中，所述第三电阻器和所述第一电容器分别串联在所述第一运算放大器的输出端至负输入端之间；所述第一运算放大器的正输入端接地；所述第一放大单元在所述第一运算放大器的负输入端接入所述第一电信号，在所述第一运算放大器的输出端提供所述第二电信号。
9.可选地，所述低通滤波单元包括第二运算放大器、第四电阻器、第五电阻器、第六电阻器、第二电容器、第三电容器和第四电容器，其中，所述第四电阻器、所述第五电阻器和所述第六电阻器依次串联至所述第二运算放大器的正输入端；所述第二电容器串联在所述第四电阻器与所述第五电阻器的中间节点至地之间；所述第三电容器串联在所述第五电阻器与所述第六电阻器的中间节点至所述第二运算放大器的负输入端之间；所述第四电容器串联在所述第二运算放大器的正输入端与地之间；所述第二运算放大器的负输入端与输出端连接；所述低通滤波单元通过所述第四电阻器接入所述第二电信号，在所述第二运算放大器的输出端提供所述第三电信号。
10.可选地，所述绝对值整流单元包括第三运算放大器、第七电阻器、第八电阻器、第九电阻器、第十电阻器和二极管，其中，所述二极管的阳极连接至所述第三运算放大器的输出端；所述第七电阻器的一端连接至第三运算放大器的输入端，另一端用于接入所述第三电信号；所述第八电阻器串联在所述第三运算放大器的负输入端与所述二极管的阴极之间；所述第九电阻器串联在所述第三运算放大器的正输入端与地之间；所述第十电阻器串联在所述二极管的阴极与地之间；所述绝对值整流单元在所述二极管的阴极提供所述第四电信号。
11.可选地，所述第二放大单元包括第四运算放大器和第十一电阻器，其中，所述第四运算放大器的负输入端与输出端连接；所述第十一电阻器的第一端连接至所述第四运算放大器的输出端；所述第二放大单元在所述第四运算放大器的正输入端接入所述第四电信号，在所述第十一电阻器的第二端提供所述第一采样信号。
12.可选地，所述直流采样模块包括：第二降压单元，用于根据所述直流电源提供第五电信号；第三放大单元，用于根据所述第五电信号提供所述第二采样信号，其中，所述第二降压单元包括第十二电阻器、第十三电阻器和第五电容器，所述第十二电阻器和所述第十三电阻器依次串联在所述直流电源的正输出端与地之间，所述第五电容器串联在所述第十二电阻器和所述第十三电阻器的中间节点与地之间，所述第二降压单元在所述第十二电阻器和所述第十三电阻器的中间节点提供所述第五电信号。
13.可选地，所述第三放大单元包括第五运算放大器、第十四电阻器、第十五电阻器、第十六电阻器、第十七电阻器和第十八电阻器，其中，所述第十四电阻器的一端连接至所述第五运算放大器的正输入端；所述第十五电阻器串联在所述第五运算放大器的正输入端与地之间；所述第十六电阻器串联在所述第五运算放大器的负输入端与地之间；所述第十七电阻器串联在所述第五运算放大器的输出端与负输入端之间；所述第十八电阻器的一端连接至所述第五运算放大器的输出端；所述第三放大单元在所述第十四电阻器的另一端接入所述第五电信号，在所述第十八电阻器的另一端提供所述第二采样信号。
14.可选地，所述输出模块包括电位器和第十九电阻器，其中，所述电位器的输入端接入所述第一采样信号和所述第二采样信号的并联量，输出端通过所述第十九电阻器接地，所述输出模块在所述电位器的选择端提供所述补偿采样信号。
15.根据本发明的另一方面，提供一种电源系统，包括根据本发明上述提供的采样电路。
16.本发明提供的采样电路设置交流采样模块和直流采样模块，可同时对电源系统中的交流电源和直流电源进行采样，分别获得第一采样信号和第二采样信号，并根据第一采样信号和第二采样信号的并联量获得补偿采样信号，该补偿采样信号同时响应于电源系统中的交流电源和直流电源的状态，在电源系统中的交流电源和直流电源任意一个的输出状态发生变化时，均可精确捕捉，进而可提高根据该补偿采样信号对电源系统进行的稳压控制的响应速度和调节精度，提高电源系统性能。其中，在所述交流采样模块中，包括对所述交流电源进行低通滤波和绝对值整流处理，可滤除滤除柴油机驱动交流电励磁发电机的供电源头产生的高频干扰信号，提高采样的准确性，并通过绝对值整流处理，将提供的第一采样信号处理为直流信号，可降低处理端出现负电压，产生回流而损伤采样电路的风险，提高采样电路的采样可靠性。
17.本发明提供的电源系统包括本发明提供的采样电路，其补偿采样信号对电源系统的状态响应速度快、精度高，有效提高了电源系统的稳压控制的响应速度和精度，提高了电源系统性能。
附图说明
18.图1为本发明实施例中采样电路的结构示意图；主要元件符号说明：如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
19.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
20.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.请参阅图1，所示为本发明实施例中的采样电路。
23.在本实施例的采样电路100中，包括交流采样模块110和直流采样模块120，以及有第十九电阻器r19和电位器r20组成的输出模块，交流采样模块110根据交流电源ac采样提供第一采样信号v1，直流采样模块120根据直流电源dc采样提供第二采样信号v2，第一采样信号v1和第二采样信号v2并联至电位器r20的输入端，电位器r20的输出端通过第十九电阻器r19接地，在电位器r20的选择端提供补偿采样信号vout输出。
24.本实施例的采样电路100同时对电源系统中的相互关联的交流电源和直流电源（直流电源根据交流电源整流获得）的输出进行采样，并将采样获得的两个采样信号并联补偿，根据其并联量得到的补偿采样信号可同时响应于电源系统中的交流电源和直流电源的输出状态的变化，在电源系统中的交流电源和直流电源中任意一个的输出状态发生变化时，均可及时精确捕捉，使得该补偿采样信号与电源系统的总输出状态的同步性高。
25.根据该补偿采样信号对电源系统进行稳压控制，其控制的响应速度快，精度高，且无需对电源系统的整流系统进行调整。
26.交流采样模块110包括依次设置的第一降压单元111、第一放大单元112、低通滤波单元113、绝对值整流单元114、第二放大单元115。
27.第一降压单元111包括电压互感器t1、第一电阻器r1和第二电阻器r2，第一电阻器r1和第二电阻器r2分别串联至电压互感器t1的原边绕组的两端，以通过第一电阻器r1和第二电阻器r2接入交流电源ac，电压互感器t1的副边绕组的一端接地，第一降压单元111在电压互感器t1的副边绕组的另一端提供第一电信号。
28.第一降压单元111将高压的交流电源ac转换为小电流的第一电信号，对后续处理电路的高压性能需求低，可降低系统实现难度和实现成本。
29.第一放大单元112包括第一运算放大器u1、第三电阻器r3和第一电容器c1。
30.其中，第三电阻器r3和第一电容器c1分别串联在第一运算放大器u1的输出端至负输入端之间；第一运算放大器u1的正输入端接地；第一放大单元112在第一运算放大器u1的负输入端接入第一电信号，在第一运算放大器u1的输出端提供第二电信号。
31.第一放大单元112对小电流的第一电信号进行放大，得到与第一电信号等比例的交流低压的第二电信号。
32.低通滤波单元113包括第二运算放大器u2、第四电阻器r4、第五电阻器r5、第六电阻器r6、第二电容器c2、第三电容器c3和第四电容器c4。
33.其中，第四电阻器r4、第五电阻器r5和第六电阻器r6依次串联至第二运算放大器u2的正输入端；第二电容器c2串联在第四电阻器r4与第五电阻器r5的中间节点至地之间；第三电容器c3串联在第五电阻器r5与第六电阻器r6的中间节点至第二运算放大器u2的负输入端之间；第四电容器c4串联在第二运算放大器u2的正输入端与地之间；第二运算放大器u2的负输入端与输出端连接；低通滤波单元113通过第四电阻器r4接入第二电信号，在第二运算放大器u2的输出端提供第三电信号。
34.本实施例的低通滤波单元113为三阶低通滤波电路，滤除第二电信号中的高频干扰信号，获得第三电信号。
35.绝对值整流单元114包括第三运算放大器u3、第七电阻器r7、第八电阻器r8、第九电阻器r7、第十电阻器r10和二极管d1。
36.其中，二极管d1的阳极连接至第三运算放大器u3的输出端；第七电阻器r7的一端连接至第三运算放大器u3的输入端，另一端用于接入第三电信号；第八电阻器r8串联在第三运算放大器u3的负输入端与二极管d1的阴极之间；第九电阻器r9串联在第三运算放大器u3的正输入端与地之间；第十电阻器r10串联在二极管d的阴极与地之间；绝对值整流单元114在二极管d1的阴极提供第四电信号。
37.第二放大单元115包括第四运算放大器u4和第十一电阻器r11。
38.其中，第四运算放大器u4的负输入端与输出端连接；第十一电阻器r11的第一端连接至第四运算放大器u4的输出端；第二放大单元115在第四运算放大器u4的正输入端接入第四电信号，在第十一电阻器r11的第二端提供第一采样信号。
39.绝对值整流单元114将第三电信号转换为直流的第四电信号，第四电信号再通过第二放大单元115进一步处理得到第一采样信号。
40.直流采样模块120包括：第二降压单元121，用于根据直流电源dc提供第五电信号；第三放大单元122，用于根据第五电信号提供第二采样信号。
41.其中，第二降压单元121包括第十二电阻器r12、第十三电阻器r13和第五电容器c5，第十二电阻器r12和第十三电阻器r13依次串联在直流电源dc的正输出端与地之间，第五电容器c5串联在第十二电阻器r12和第十三电阻器r13的中间节点与地之间，第二降压单元121在第十二电阻器r12和第十三电阻器r13的中间节点提供第五电信号。
42.第二降压单元121将高压的直流电源ac分压处理得到第五电压信号，并通过第五电容器c5稳定第五电压信号的值，可初步滤除接入的直流电源中的高频干扰信号，提高第五电信号的可靠性。
43.第三放大单元122包括第五运算放大器u5、第十四电阻器r14、第十五电阻器r15、第十六电阻器r16、第十七电阻器r17和第十八电阻器r18。
44.其中，第十四电阻器r14的一端连接至第五运算放大器u5的正输入端；第十五电阻器r15串联在第五运算放大器u5的正输入端与地之间；第十六电阻器r16串联在第五运算放大器u5的负输入端与地之间；第十七电阻器r17串联在第五运算放大器u5的输出端与负输入端之间；第十八电阻器r18的一端连接至第五运算放大器u5的输出端；第三放大单元122在第十四电阻器r14的另一端接入第五电信号，在第十八电阻器r18的另一端提供第二采样
信号。
45.本发明上述实施例的采样电路100的整体电路简单、成本低、电磁兼容性好，可适用于包括柴油机驱动交流电励磁发电机等高功率的发电机的电源系统，以提高其电源系统的稳压控制性能，提高电源稳压输出质量。
46.本发明还提供一种电源系统，其包括本发明上述提供的采样电路，以根据该采样电路提供的补偿采样信号对电源系统进行稳压控制，其稳压控制的响应速度快、精度高。且整体电路实现简单、成本低、电磁兼容性好。
47.综上所述，本发明的采样电路的电路简单、成本低、电磁兼容性好，可有效提升电源系统的稳压控制性能，具有良好的实用前景。
48.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
49.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种采样电路，用于对电源系统中的电源进行采样获得补偿采样信号，所述补偿采样信号用于所述电源系统的稳压控制，其特征在于，包括：交流采样模块，用于根据所述电源系统中的交流电源提供第一采样信号；直流采样模块，用于根据所述电源系统中的直流电源提供第二采样信号；输出模块，用于根据所述第一采样信号和所述第二采样信号的并联量提供所述补偿采样信号；其中，在所述交流采样模块中，包括对所述交流电源进行低通滤波和绝对值整流处理。2.根据权利要求1所述的采样电路，其特征在于，所述交流采样模块包括：第一降压单元，用于根据所述交流电源获得第一电信号；第一放大单元，用于根据所述第一电信号获得第二电信号；低通滤波单元，用于根据所述第二电信号获得第三电信号；绝对值整流单元，用于根据所述第三电信号获得第四电信号；第二放大单元，用于根据所述第四电信号获得所述第一采样信号，其中，所述第一降压单元包括电压互感器、第一电阻器和第二电阻器，所述第一电阻器和所述第二电阻器分别串联至所述电压互感器的原边绕组的两端，以通过所述第一电阻器和所述第二电阻器接入所述交流电源，所述电压互感器的副边绕组的一端接地，所述第一降压单元在所述电压互感器的副边绕组的另一端提供所述第一电信号。3.根据权利要求2所述的采样电路，其特征在于：所述第一放大单元包括第一运算放大器、第三电阻器和第一电容器，其中，所述第三电阻器和所述第一电容器分别串联在所述第一运算放大器的输出端至负输入端之间；所述第一运算放大器的正输入端接地；所述第一放大单元在所述第一运算放大器的负输入端接入所述第一电信号，在所述第一运算放大器的输出端提供所述第二电信号。4.根据权利要求2所述的采样电路，其特征在于，所述低通滤波单元包括第二运算放大器、第四电阻器、第五电阻器、第六电阻器、第二电容器、第三电容器和第四电容器，其中，所述第四电阻器、所述第五电阻器和所述第六电阻器依次串联至所述第二运算放大器的正输入端；所述第二电容器串联在所述第四电阻器与所述第五电阻器的中间节点至地之间；所述第三电容器串联在所述第五电阻器与所述第六电阻器的中间节点至所述第二运算放大器的负输入端之间；所述第四电容器串联在所述第二运算放大器的正输入端与地之间；所述第二运算放大器的负输入端与输出端连接；所述低通滤波单元通过所述第四电阻器接入所述第二电信号，在所述第二运算放大器的输出端提供所述第三电信号。5.根据权利要求2所述的采样电路，其特征在于，所述绝对值整流单元包括第三运算放大器、第七电阻器、第八电阻器、第九电阻器、第十电阻器和二极管，其中，所述二极管的阳极连接至所述第三运算放大器的输出端；所述第七电阻器的一端连接至第三运算放大器的输入端，另一端用于接入所述第三电
信号；所述第八电阻器串联在所述第三运算放大器的负输入端与所述二极管的阴极之间；所述第九电阻器串联在所述第三运算放大器的正输入端与地之间；所述第十电阻器串联在所述二极管的阴极与地之间；所述绝对值整流单元在所述二极管的阴极提供所述第四电信号。6.根据权利要求2所述采样电路，其特征在于，所述第二放大单元包括第四运算放大器和第十一电阻器，其中，所述第四运算放大器的负输入端与输出端连接；所述第十一电阻器的第一端连接至所述第四运算放大器的输出端；所述第二放大单元在所述第四运算放大器的正输入端接入所述第四电信号，在所述第十一电阻器的第二端提供所述第一采样信号。7.根据权利要求1所述的采样电路，其特征在于，所述直流采样模块包括：第二降压单元，用于根据所述直流电源提供第五电信号；第三放大单元，用于根据所述第五电信号提供所述第二采样信号，其中，所述第二降压单元包括第十二电阻器、第十三电阻器和第五电容器，所述第十二电阻器和所述第十三电阻器依次串联在所述直流电源的正输出端与地之间，所述第五电容器串联在所述第十二电阻器和所述第十三电阻器的中间节点与地之间，所述第二降压单元在所述第十二电阻器和所述第十三电阻器的中间节点提供所述第五电信号。8.根据权利要求7所述的采样电路，其特征在于，所述第三放大单元包括第五运算放大器、第十四电阻器、第十五电阻器、第十六电阻器、第十七电阻器和第十八电阻器，其中，所述第十四电阻器的一端连接至所述第五运算放大器的正输入端；所述第十五电阻器串联在所述第五运算放大器的正输入端与地之间；所述第十六电阻器串联在所述第五运算放大器的负输入端与地之间；所述第十七电阻器串联在所述第五运算放大器的输出端与负输入端之间；所述第十八电阻器的一端连接至所述第五运算放大器的输出端；所述第三放大单元在所述第十四电阻器的另一端接入所述第五电信号，在所述第十八电阻器的另一端提供所述第二采样信号。9.根据权利要求1所述的采样电路，其特征在于，所述输出模块包括电位器和第十九电阻器，其中，所述电位器的输入端接入所述第一采样信号和所述第二采样信号的并联量，输出端通过所述第十九电阻器接地，所述输出模块在所述电位器的选择端提供所述补偿采样信号。10.一种电源系统，其特征在于，包括根据权利要求1至9任一项所述的采样电路。

技术总结
本发明提供一种采样电路和电源系统，该电源系统包括该采样电路，该采样电路对电源系统的交流电源和直流电源同时进行采样，并根据获得的第一采样信号和第二采样信号的并联量提供补偿采样信号。本发明的采样电路和电源系统中的补偿采样信号对电源系统的交流电源和直流电源的输出状态同时响应，对电源系统的输出状态的的变化的响应速度快、精度高，可有效提升根据该补偿采样信号进行稳压控制的电源系统的稳压控制的响应速度和精度，提高电源性能。能。能。


技术研发人员：饶智芳 刘少明
受保护的技术使用者：江西清华泰豪三波电机有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/7/22