[发明专利]一种多量程电压采集装置的输入保护电路

说明书

本发明公开一种多量程电压采集装置的输入保护电路，包括整流器、恒流源模块以及浮动电源；整流器的一个交流端连接信号输入端，整流器的另一个交流端连接信号输出端；恒流源模块的电流输入端与整流器的共阴极连接，恒流源模块的供电端与整流器的共阳极连接；浮动电源连接在恒流源模块的电流输出端和整流器的共阳极之间，且浮动电源的负极连接恒流源模块的电流输出端，浮动电源的正极连接整流器的共阳极。正常工作时低阻抗使信号容易通过，不明显降低信噪比和带宽，过压时高阻状态保护后续的电路不被损坏；正向过压和负向过压被整流桥整流，二极管的导通和截止自动切换，恒流源电流一直维持恒定值，没有检测和反馈机构造成的延时。

技术领域

本发明实施例涉及保护电路技术领域，尤其涉及一种多量程电压采集装置的输入保护电路。

背景技术

电压采集装置，为了适应宽广的输入电压范围同时又需要足够的分辨率，将装置的输入范围划分为多个量程。举例说明：一个交流电压表量程可以是 1V、10V、100V、1000V，假设表头的量程是10V，则装置中包含量程切换电路、衰减电路、放大电路，对于1V量程放大10倍，10V量程放大1倍，100V 量程衰减10倍，1000V量程衰减100倍。现有技术使用多抽头电阻分压器，开关选择不同抽头得到不同衰减倍数，然后信号到可变增益放大器，电阻分压器比和放大器增益组合得到所需的幅度变换倍数。当使用者错误操作选择小量程测量高电压，或较小的信号中偶尔受到干扰出现高电压时，放大器中半导体器件容易被高电压击穿损坏。

现有技术方案公开了两种技术方案去解决上述问题；方案一，如图1所示，是在电阻分压器抽头与放大器输入端之间串联电阻限流电阻，放大器输入端有电压钳位电路，过压时串联电阻限制输入电流，钳位电路限制放大器输入电压；方案二是通过使用两个反向串联的MOSFET，再串联电流检测电阻，三极管检测电流检测电阻的电压反馈到MOSFET的栅极，未过压时驱动 MOSFET导通，处于低阻抗，过压时首先是输入电流增大，在电流检测电阻上电压上升，使三极管导通将MOSFET栅极电压拉低，使MOSFET进入恒流模式或截止。

上述两种技术方案均存在不同的技术缺陷，具体的，方案一，需要串联高阻值电阻，放大器不可避免存在输入电容，串联的电阻与输入电容形成低通滤波器，限制了输入带宽，并且电阻的热噪声与阻值平方根成正比，此热噪声与输入信号叠加，导致信噪比降低。例如放大器输入钳位电压为15V，输入1000V，要将输入电流限制在2mA以下，则串联电阻至少492.5kΩ，假设放大器输入电容为20pF，带宽约为16kHz。

方案二，未过压时MOSFET导通，串联电阻很低，对带宽影响小，但是该方案存在检测和反馈控制电路，过压时回路先出现过电流，再被检测反馈到MOSFET栅极，此过程存在延时，并且高压MOSFET栅极电容较大，栅极电压降低不够迅速，快速增大的过电压MOSFET不能及时关断，从而可能造成保护失效，另外该方案复杂，所用元件数量多，需要两路浮动电源产生正负电压，元件越多可靠性越低，通常产生浮动电源的电路复杂，两路浮动电源需要更多元件和占用更多PCB面积，这些浮动的电路与PCB上信号地是存在杂散电容的，元件越多面积越大杂散电容就越大，此杂散电容并联在输入回路，增大了输入电容，对高频高速信号测量不利。

发明内容

本发明提供一种多量程电压采集装置的输入保护电路，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种多量程电压采集装置的输入保护电路，设置在信号输入端和信号输出端之间，包括整流器、恒流源模块以及浮动电源；

所述整流器的一个交流端连接所述信号输入端，所述整流器的另一个交流端连接所述信号输出端；

所述恒流源模块的电流输入端与所述整流器的共阴极连接，所述恒流源模块的供电端与所述整流器的共阳极连接；