一种天平电桥的放大器供电电路及电桥放大电路的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种天平电桥的放大器供电电路及放大器电路。


背景技术：

2.天平电桥（如惠斯通电桥）是一种高精度的测量电桥，在各种测量领域有广泛的应用，是一种重要的测量电路。
3.现有的天平电桥（如惠斯通电桥）的放大器一般放在采集侧，集中供电；如需前置到天平电桥端，需要单独供电。如图1所示的传统电桥放大电路，电桥输出通过低噪声程控放大器（ad8221）放大输出，从而减少信号在传输中的干扰及误差；其供电电源需要两组电源：电桥激励与信号地，放大器电源 vs、-vs、信号地；这样不但供电复杂，而且由于放大器电源与电桥电源共地时，两个电源地电平不一致，会出现环路电流，引起测量误差。
4.因此，如何能够简化电桥放大电路的电路复杂度和供电电源数量，避免环路电流的出现，提高测量准确度，是现今急需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种天平电桥的放大器供电电路及放大器电路，以简化电桥放大电路的电路复杂度和供电电源数量，避免环路电流的出现，提高测量准确度。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种天平电桥的放大器供电电路，包括：输入端与天平电桥的电桥激励电源连接的隔离开关电源电路，用于利用所述开关电源电路的隔离开关电源，对所述天平电桥的电桥激励进行升压，得到升压电能；输入端与所述隔离开关电源电路的输出端连接的线性稳压电路，用于对所述升压电能进行线性稳压，得到预设数量组的供电电能，并利用所述供电电能对所述天平电桥连接的放大器进行供电。
7.可选的，所述隔离开关电源电路，包括：扼流圈；其中，所述电桥激励电源的接地端和输出端分别与所述扼流圈的第一输入端和第二输入端连接，所述扼流圈的第一输出端和第二输出端分别与所述隔离开关电源的负输入端和正输入端连接。
8.可选的，所述隔离开关电源电路，还包括：第一电容、第二电容和第一电解电容；其中，所述电桥激励电源的第一输出端和所述扼流圈的第一输入端相连的公共端与所述第一电容的第一端连接，所述电桥激励电源的第二输出端和所述扼流圈的第二输入端相连的公共端与所述第一电容的第二端连接；所述第二电容的第一端与所述扼流圈的第一输出端连接，所述第二电容的第一端和所述扼流圈的第一输出端相连的公共端与所述第一电解电容的阴极连接，所述第一电解电容的阴极与所述隔离开关电源的负输入端连接；所述第二电容的第二端与所述扼流圈的第二输出端连接，所述第二电容的第二端和所述扼流圈的第二输出端相连的公共端与所述第一电解电容的阳极连接，所述第一电解电容的阳
极与所述隔离开关电源的正输入端连接。
9.可选的，所述隔离开关电源电路，还包括：第三电容、第四电容、第二电解电容、第三电解电容和第一磁珠；其中，所述第三电容的第一端与所述第一电解电容的阴极连接，所述第三电容的第一端和所述第一电解电容的阴极相连的公共端与所述第二电解电容的阴极连接，所述第二电解电容的阴极与所述隔离开关电源的负输入端连接；所述第四电容的第一端与所述第一电解电容的阳极连接，所述第四电容的第一端和所述第一电解电容的阳极相连的公共端与所述第三电解电容的阳极连接，所述第二电解电容的阳极与所述隔离开关电源的正输入端连接；所述第三电容的第二端与所述第四电容的第二端连接，所述第二电解电容的阳极与所述第三电解电容的阴极连接，所述第三电容的第二端与所述第二电解电容的阳极连接，所述第三电容的第二端和所述第二电解电容的阳极相连的公共端接入系统地，系统地通过所述第一磁珠接地。
10.可选的，该放大器供电电路，还包括：电源极性检测电路；其中，所述电源极性检测电路包括限流电阻和二极管；所述二极管的阴极与所述扼流圈的第二输出端连接，所述二极管的阳极通过所述限流电阻与所述扼流圈的第一输出端连接。
11.可选的，所述预设数量为2时，所述线性稳压电路包括：第二磁珠、第一稳压芯片、第二稳压芯片、第三稳压芯片、第四稳压芯片、第一分压电路和第二分压电路；其中，所述隔离开关电源的接地端通过所述第二磁珠接入模拟地，所述隔离开关电源的正输出端与所述第一稳压芯片的输入端连接，所述隔离开关电源的负输出端与所述第二稳压芯片的输入端连接；所述第一稳压芯片的输出端通过所述第一分压电路与所述第三稳压芯片的阳极连接，所述第二稳压芯片的输出端通过所述第二分压电路与所述第四稳压芯片的阴极连接；所述第一稳压芯片的接地端、所述第二稳压芯片的接地端、所述第三稳压芯片的阴极和所述第四稳压芯片的阳极均接入模拟地；所述第一稳压芯片的输出端和所述第一分压电路相连的公共端以及所述第二稳压芯片的输出端和所述第二分压电路相连的公共端输出一组的供电电能，所述第三稳压芯片的阳极和所述第一分压电路相连的公共端以及所述第四稳压芯片的阴极和所述第二分压电路相连的公共端输出另一组的供电电能。
12.可选的，所述线性稳压电路，还包括：第一电感、第二电感、第五电容、第六电容、第四电解电容和第五电解电容；其中，所述隔离开关电源的正输出端通过所述第一电感与所述第一稳压芯片的输入端连接，所述第一电感和所述第一稳压芯片的输入端相连的公共端与所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第一端和所述第一稳压芯片的输入端相连的公共端与所述第四电解电容的阳极连接；所述隔离开关电源的负输出端通过所述第二电感与所述第二稳压芯片的输入端连接，所述第二电感和所述第二稳压芯片的输入端相连的公共端与所述第六电容的第一端连接，所述第六电容的第一端和所述第二稳压芯片的输入端相连的公共端与所述第五电解电容的阴极连接；所述第五电容的第二端、所述第六电容的第二端、所述第四电解电容的阴极和所述第五电解电容的阳极均接入模拟地。
13.可选的，所述线性稳压电路，还包括：第七电容、第八电容、第六电解电容和第七电
解电容；其中，所述第三稳压芯片的阳极和所述第一分压电路相连的公共端与所述第七电容的第一端连接，所述第七电容的第一端和所述第三稳压芯片的阳极相连的公共端与所述第六电解电容的阳极连接；所述第四稳压芯片的阴极和所述第二分压电路相连的公共端与所述第八电容的第一端连接，所述第八电容的第一端和所述第四稳压芯片的阴极相连的公共端与所述第七电解电容的阳极连接；所述第七电容的第二端、所述第八电容的第二端、所述第六电解电容的阴极和所述第七电解电容的阳极均接入模拟地。
14.可选的，所述第一分压电路和所述第二分压电路均为三个电阻器并联的分压电路。
15.本发明还提供了一种电桥放大电路，包括：天平电桥、与所述天平电桥连接的放大器和如上述所述的天平电桥的放大器供电电路。
16.本发明所提供的一种天平电桥的放大器供电电路，包括：输入端与天平电桥的电桥激励电源连接的隔离开关电源电路，用于利用开关电源电路的隔离开关电源，对天平电桥的电桥激励进行升压，得到升压电能；输入端与隔离开关电源电路的输出端连接的线性稳压电路，用于对升压电能进行线性稳压，得到预设数量组的供电电能，并利用供电电能对天平电桥连接的放大器进行供电；可见，本发明采用隔离电源 线性稳压方式，直接从电桥激励电源取电为天平电桥的放大器供电，使得放大器无需外部供电，降低了天平电桥的放大器供电难度，简化了电桥放大电路的电路复杂度和供电电源数量；并且能够利用隔离开关电源，减少对电桥激励电源的影响，避免环路电流的出现，提高测量准确度。此外，本发明还提供了一种电桥放大电路，同样具有上述有益效果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
18.图1为传统的电桥放大电路的电路示意图；图2为本发明实施例所提供的一种天平电桥的放大器供电电路的示意图；图3为本发明实施例所提供的另一种天平电桥的放大器供电电路的隔离开关电源电路的电路示意图；图4为本发明实施例所提供的另一种天平电桥的放大器供电电路的电源极性检测电路的电路示意图；图5为本发明实施例所提供的另一种天平电桥的放大器供电电路的线性稳压电路的电路示意图。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种天平电桥的放大器供电电路的示意图。该放大器供电电路可以包括：输入端与天平电桥的电桥激励电源连接的隔离开关电源电路10，用于利用开关电源电路10的隔离开关电源，对天平电桥的电桥激励进行升压，得到升压电能；输入端与隔离开关电源电路10的输出端连接的线性稳压电路20，用于对升压电能进行线性稳压，得到预设数量组的供电电能，并利用供电电能对天平电桥连接的放大器进行供电。
21.可以理解的是，若直接采用线性稳压的方式，利用电桥激励稳压供给天平电桥的放大器电源，而电桥激励电源一般只有8~12v（单边供电），线性稳压压损一般在1~3v，稳压后电压较低，不容易满足放大器的电源需求；另一方面没有共地点，如果强行将中点虚地，一旦电流不均衡就会造成虚地点不稳，影响放大器电路的工作点；并且放大器往往需要多组供电，直接采用线性稳压往往电源效率极低。因此，本实施例采用隔离开关电源 线性稳压的方式，将电桥激励通过隔离开关电源，形成天平电桥的放大器所需隔离电源，再线性稳压供给放大器电源，此时放大器的地是浮地，与电桥激励电源共地不会产生环路电流，保证了测量准确度。
22.具体的，对于本实施例中隔离开关电源电路10的具体电路结构，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如由于隔离开关电源噪声很大，其噪声会回馈到输入电源（电桥激励电源）上，降低测量精度，因此，本实施例中的隔离开关电源电路10不仅可以包括隔离开关电源，还可以包括扼流圈，以利用扼流圈减少反馈回电桥激励电源的噪声；并且能够利用扼流圈来实现电流保护，减少系统的体积，如采用1.5a瞬时电流，0.5a工作电流的扼流圈来作为系统输入电流的保护；如图3所示，隔离开关电源电路10可以包括：扼流圈（l26）；其中，电桥激励电源的接地端（pgnd）和输出端（d1）分别与扼流圈的第一输入端（1）和第二输入端（2）连接，扼流圈的第一输出端（4）和第二输出端（3）分别与隔离开关电源（u7）的负输入端（-vin）和正输入端（ vin）连接。
23.进一步的，本实施例所提供的隔离开关电源电路10还可以包括反向馈入阻断电路，用于减少隔离开关电源噪声反馈到电桥激励电源上的能量；如图3所示，扼流圈（l26）与第一电容（c127）、第二电容（c128）和第一电解电容（c129）可以构成一个滤波器电路（即反向馈入阻断电路），以消除隔离开关电源（u7）的串模噪声反馈到电桥激励电源的两端（pgnd与d1）。也就是说，如图3所示，本实施例所提供的隔离开关电源电路10，还可以包括：第一电容（c127）、第二电容（c128）和第一电解电容（c129）；其中，电桥激励电源的第一输出端（pgnd）和扼流圈的第一输入端相连的公共端与第一电容的第一端连接，电桥激励电源的第二输出端（d1）和扼流圈的第二输入端相连的公共端与第一电容的第二端连接；第二电容的第一端与扼流圈的第一输出端连接，第二电容的第一端和扼流圈的第一输出端相连的公共端与第一电解电容的阴极连接，第一电解电容的阴极与隔离开关电源的负输入端连接；第二电容的第二端与扼流圈的第二输出端连接，第二电容的第二端和扼流圈的第二输出端相连的公共端与第一电解电容的阳极连接，第一电解电容的阳极与隔离开关电源的正输入端连接。
24.进一步的，本实施例所提供的隔离开关电源电路10还可以包括虚地滤波电路，用于对隔离开关电源的输入进行虚地滤波，将虚地通过磁珠与系统地共地，以减少反馈到电桥激励电源的信号干扰，且降低开关电源噪声对天平激励电源的影响；也就是说，本实施例可以通过虚地滤波电路的设置实现隔离开关电源噪声回地通道，将隔离开关电源输入端采用虚地滤波，并将虚地通过磁珠与系统地共地，这样不但可以将隔离开关电源的噪声，通过系统电源地返回电源，减少反馈到电桥激励信号的干扰，而且给隔离电源提供了一个噪声能量泄放通道，降低了噪声对天平激励电源的影响；如图3所示，第三电容（c122）、第二电解电容（c121）、第四电容（c130）和第三电解电容（c131）组成的到虚地共地点的滤波电路（即虚地滤波电路），同时为u7提供了一个噪声回地通道，可以进一步降低噪声对电桥激励电源的干扰，实现从电桥激励电源上取电。
25.也就是说，如图3所示，本实施例所提供的隔离开关电源电路10，还可以包括：第三电容（c122）、第四电容（c130）、第二电解电容（c121）和第三电解电容（c131）；其中，第三电容的第一端与第一电解电容的阴极连接，第三电容的第一端和第一电解电容的阴极相连的公共端与第二电解电容的阴极连接，第二电解电容的阴极与隔离开关电源的负输入端连接；第四电容的第一端与第一电解电容的阳极连接，第四电容的第一端和第一电解电容的阳极相连的公共端与第三电解电容的阳极连接，第二电解电容的阳极与隔离开关电源的正输入端连接；第三电容的第二端与第四电容的第二端连接，第二电解电容的阳极与第三电解电容的阴极连接，第三电容的第二端与第二电解电容的阳极连接，第三电容的第二端和第二电解电容的阳极相连的公共端接入系统地（sgnd）；相应的，如图3所示，隔离开关电源电路10，还可以包括：第一磁珠（l28）；其中，第三电容的第二端、第四电容的第二端、第二电解电容的阳极和第三电解电容的阴极接入的系统地通过第一磁珠接地（gnd）。
26.并且，如图3所示的隔离开关电源电路10中第一电容（c127）、第二电容（c128）、第一电解电容（c129）、扼流圈（l26）、第三电容（c122）、第四电容（c130）、第二电解电容（c121）和第三电解电容（c131）可以共同构成一个储能器，实现长线启动功能；即在长线启动时，电桥激励电源会先给该储能器充电；当电压高于隔离开关电源启动电压时，该储能器充电会释放部分电流，减小电桥激励电源的启动电流，辅助隔离开关电源启动，从而减少电桥激励电源线压降，实现长线启动。
27.具体的，隔离开关电源的回馈噪声一般在30~50毫伏，如果直接取电，按80db的电压抑制比计算，可带来30~50uv的放大器输入等效噪声；而采用如图3所示的隔离开关电源电路10，放大器的输入等效噪声可以小于1uv，降低了95%以上的取电回馈噪声。
28.进一步的，本实施例所提供的放大器供电电路还可以包括：电源极性检测电路，用于检测接入放大器供电电路的电桥激励电源的电源极性，实现反接保护；如图4所示，电源极性检测电路可以包括：限流电阻（r91）和二极管（d3）；即利用二极管实现电源极性检测，当电桥激励电源接入正确，vcc 为正、vcc-为负电压时，二极管截止，电流几乎为0；当电桥激励电源接入错误时，二极管导通，电桥激励电源输入电流由限流电阻控制。例如电源极性检测电路可以置于扼流圈后，如图3所示，电源极性检测电路的二极管的阴极可以与扼流圈（l26）的第二输出端（3）连接，二极管的阳极通过电源极性检测电路的限流电阻与扼流圈的第一输出端（4）连接；通过限流电阻的阻值配置，可实现输入负电压很小，保护了隔离开关电源不损坏，从而实现反接保护。
29.需要说明的是，对于本实施例中的线性稳压电路20的具体电路结构设置，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置，如根据天平电桥的放大器所需的供电电能数量（即预设数量）对应进行设置，如预设数量为2时，如图5所示，线性稳压电路20可以包括：第二磁珠（l29）、第一稳压芯片（u6）、第二稳压芯片（u10）、第三稳压芯片（u8）、第四稳压芯片（u9）、第一分压电路（r146、r147和r148组成的分压电路）和第二分压电路（r149、r150和r151组成的分压电路）；其中，隔离开关电源的接地端（gnd）通过第二磁珠接入模拟地（agnd），隔离开关电源的正输出端（ 18v）与第一稳压芯片的输入端（vin）连接，隔离开关电源的负输出端（-18v）与第二稳压芯片的输入端（vout）连接；第一稳压芯片的输出端通过第一分压电路与第三稳压芯片的阳极（ v）连接，第二稳压芯片的输出端通过第二分压电路与第四稳压芯片的阴极（-v）连接；第一稳压芯片的接地端、第二稳压芯片的接地端（gnd）、第三稳压芯片的阴极和第四稳压芯片的阳极均接入模拟地；第一稳压芯片的输出端和第一分压电路相连的公共端以及第二稳压芯片的输出端和第二分压电路相连的公共端输出一组的供电电能，第三稳压芯片的阳极和第一分压电路相连的公共端以及第四稳压芯片的阴极和第二分压电路相连的公共端输出另一组的供电电能。也就是说，如图3和图5所示，放大器内部的地与电桥激励电源的地，都通过100欧磁珠一点共地，隔离开关电源的输出，通过第一稳压芯片（u6）和第二稳压芯片（u10）以及第三稳压芯片（u8）和第四稳压芯片（u9）线性稳压后输出两组供电电能（
±
15v和
±
2.5v）给放大器，供放大器使用。
30.具体的，第一分压电路和第二分压电路均可以为三个电阻器并联的分压电路，如图5所示，第一分压电路可以为第一电阻（r146）、第二电阻（r147）和第三电阻（r148）并联的分压电路，第二分压电路可以为第四电阻（r149）、第五电阻（r150）和第六电阻（r151）并联的分压电路；第一分压电路和第二分压电路可以为两个电阻器并联的分压电路或更过个电阻器并联的分压电路，本实施例对此不做任何限制。
31.进一步的，如图5所示，本实施例所提供的线性稳压电路20，还可以包括：第一电感（l27）、第二电感（l30）、第五电容（c134）、第六电容（c139）、第四电解电容（c132）和第五电解电容（c138），以提升第一稳压芯片（u6）和第二稳压芯片（u10）输出的供电电能的稳定性；其中，隔离开关电源的正输出端通过第一电感与第一稳压芯片的输入端连接，第一电感和第一稳压芯片的输入端相连的公共端与第五电容的第一端连接，第五电容的第一端和第一稳压芯片的输入端相连的公共端与第四电解电容的阳极连接；隔离开关电源的负输出端通过第二电感与第二稳压芯片的输入端连接，第二电感和第二稳压芯片的输入端相连的公共端与第六电容的第一端连接，第六电容的第一端和第二稳压芯片的输入端相连的公共端与第五电解电容的阴极连接；第五电容的第二端、第六电容的第二端、第四电解电容的阴极和第五电解电容的阳极均接入模拟地。
32.进一步的，如图5所示，本实施例所提供的线性稳压电路20，还可以包括：第七电容（c126）、第八电容（c137）、第六电解电容（c125）和第七电解电容（c133），以提升第三稳压芯片（u8）和第四稳压芯片（u9））输出的供电电能的稳定性；其中，第三稳压芯片的阳极和第一分压电路相连的公共端与第七电容的第一端连接，第七电容的第一端和第三稳压芯片的阳极相连的公共端与第六电解电容的阳极连接；第四稳压芯片的阴极和第二分压电路相连的公共端与第八电容的第一端连接，第八电容的第一端和第四稳压芯片的阴极相连的公共端与第七电解电容的阳极连接；第七电容的第二端、第八电容的第二端、第六电解电容的阴极
和第七电解电容的阳极均接入模拟地。
33.本实施例中，本发明实施例采用隔离电源 线性稳压方式，直接从电桥激励电源取电为天平电桥的放大器供电，使得放大器无需外部供电，降低了天平电桥的放大器供电难度，简化了电桥放大电路的电路复杂度和供电电源数量；并且能够利用隔离开关电源，减少对电桥激励电源的影响，避免环路电流的出现，提高测量准确度。
34.基于上述实施例，本发明实施例还提供了一种电桥放大电路，下文描述的一种电桥放大电路与上文描述的一种天平电桥的放大器供电电路可相互对应参照。
35.本发明实施例提供了一种电桥放大电路，包括：天平电桥、与天平电桥连接的放大器和如上述实施例所提供的天平电桥的放大器供电电路。
36.说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的电桥放大电路而言，由于其与实施例公开的天平电桥的放大器供电电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见放大器供电电路部分说明即可。
37.以上对本发明所提供的一种天平电桥的放大器供电电路及放大器电路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。