CN102931952A - 一种同步信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步信号采集系统，用于采集输入信号的同步信号，具体可以适用于采集变频信号系统的同步信号，该系统包括：隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路，隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路依次连接；隔离处理电路，用于对变压器副边电压信号进行隔离降压处理，并转化为电流信号；滤波处理电路，用于将电流信号转化为近似为方波的电压信号；比较电路，用于对滤波处理电路输出的近似为方波的电压信号进行比较处理，输出标准方波电压信号；反向处理电路，用于对标准方波电压信号进行反向处理，输出同步信号。

Description

一种同步信号采集系统

技术领域

本发明涉及整流器技术领域，具体涉及一种同步信号采集系统。

背景技术

对于常规整流器、特种电源项目都需要把变压器原边的电压信号引入控制机箱的电压输入板，作为触发的同步信号。对于某些波形畸变比较小的整流系统，有时也将整流变压器副边的电压信号经同步变压器降压后引入系统作为同步信号。保证同步信号相位的准确性，即保证触发脉冲与三相交流输入的同步性，对于整个整流器系统的正常工作是极其重要的。

在现有技术中，常规整流电源装置中，同步信号采集方法一般是设计一个低通滤波器滤除同步信号上的高频干扰信号，获得同步信号中的基波分量。例如将隔离放大电路、电压跟随电路、低通滤波器、带通滤波器、移相电路比例放大电路依次相连接，实现同步信号的采集。但是，常规的低通滤波器、带通滤波器在同一电路中只能很好的通过中心频率的信号，只适用于控制系统所采集到的模拟量均为频率不变的电压值的情况，在特种整流项目中对于输入信号为频率和幅值均变化的情况下，无法准确获得同步信号，进而影响整个整流器系统的工作。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种同步信号采集系统，解决现有技术中同步信号的采集受到输入信号频率限制的问题。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

一种同步信号采集系统，所述系统包括：

隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路，所述隔离处理电路、所述滤波处理电路、所述比较电路以及所述反向处理电路依次连接；

所述隔离处理电路，用于对变压器副边电压信号进行隔离降压处理，并转化为电流信号；

所述滤波处理电路，用于将所述电流信号转化为近似为方波的电压信号；

所述比较电路，用于对所述近似为方波的电压信号进行比较处理，输出标准方波电压信号；

所述反向处理电路，用于对所述标准方波电压信号进行反向处理，输出同步信号。

相应的，所述滤波处理电路包括：

第一级放大电路以及第二级放大电路，所述第一级放大电路与所述第二级放大电路相连；

所述第一级放大电路，用于将所述电流信号转化为正弦波电压信号；

所述第二级放大电路，用于将所述正弦波电压信号转化为近似为方波的电压信号。

相应的，所述隔离处理电路包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及电压互感器；

所述第一电阻与所述第二电阻并联连接后的一端与变压器副边第一输出端相连，所述第一电阻与所述第二电阻并联连接后的另一端与所述电压互感器的第一端相连；

所述第三电阻与所述第四电阻并联连接后的一端与变压器副边第二输出端相连，所述第三电阻与所述第四电阻并联连接后的另一端与所述电压互感器的第二端相连。

相应的，所述第一级放大电路包括第一运算放大器、第六电阻以及第一电容；

所述第一运算放大器的负输入端与所述电压互感器的第三端相连，所述第一运算放大器的正输入端与所述电压互感器的第四端相连；

所述第六电阻的一端与所述第一运算放大器的负输入端相连，所述第六电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端相连；

所述第一电容与所述第六电阻并联连接。

相应的，所述第二级放大电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二运算放大器、第二电容以及第三电容；

所述第七电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第七电阻的另一端与所述第九电阻的一端相连，所述第九电阻的另一端与所述第二运算放大器的负输入端相连，所述第二运算放大器的正输入端接地；

所述第八电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第八电阻的另一端与所述第二运算放大器的负输入端相连；

所述第十电阻的一端与所述第二运算放大器的负输入端相连，所述第十电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端相连；

所述第二电容与所述第十电阻并联连接；

所述第三电容与所述第十电阻并联连接。

相应的，所述滤波处理电路还包括：

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第一运算放大器的负输入端相连，所述第五电阻的另一端与所述第一运算放大器的正输入端相连。

相应的，所述比较电路包括：

比较器、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻；

所述第十一电阻、所述第十二电阻、所述第十三电阻串联连接，所述第十一电阻的一端接地，所述第十三电阻的一端与电源相连；

所述比较器的负输入端与所述第二运算放大器的输出端相连，所述比较器的正输入端与所述第十一电阻、所述第十二电阻的连接端相连，所述比较器的输出端与所述第十二电阻、所述第十三电阻的连接端相连。

相应的，所述反向处理电路包括：反向器，所述反向器的输入端与所述比较器的输出端相连，所述反向器的输出端输出同步信号。

相应的，所述电压互感器为SPT204I型电压互感器，所述第一运算放大器为OP27GS型运算放大器，所述第二运算放大器为OP177GS型运算放大器，所述比较器为LM211D型比较器，所述反向器为SN74LVC1G14DBV型单路施密特触发反向器。

相应的，所述第一运算放大器与15V、-15V电源相连，所述第二运算放大器与15V、-15V电源相连，所述比较器与15V、-15V电源相连。

由此可见，本发明具有如下有益效果：

本发明中隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路各个器件对输入信号的频率没有要求，对于谐波分量大、存在多个过零点的信号经过该电路处理后仍然可以准确的进行同步信号的采集，可以适用于采集变频信号系统的同步信号。另外，隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路各个器件均可以采用常用器件，原理简单、更换方便、功耗小，所需要的外围元件的性能要求不高，对环境的适应能力强，采集精度高，而且还具有线性特性和一定的温度特性，隔离电压达到2000V，各项性能良好。

附图说明

图1为本发明同步信号采集系统的结构示意图；

图2为本发明同步信号采集系统的一种具体结构示意图；

图3为本发明同步信号采集系统的输入输出波形示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

本发明一种同步信号采集系统，是针对现有技术中采集同步信号的方法只适用于控制系统所采集到的模拟量为频率不变的电压值的问题，提出一种结构简单合理、具有足够的抗干扰能力，能够适用于变频信号系统准确采集同步信号的采集电路系统，该系统主要包括隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路。

基于上述思想，参见图1所示，本发明同步信号采集系统包括：

隔离处理电路1、滤波处理电路2、比较电路3以及反向处理电路4。

隔离处理电路1、滤波处理电路2、比较电路3以及反向处理电路4依次连接，即隔离处理电路的输入端与变压器副边相连，隔离处理电路的输出端与滤波处理电路的输入端相连，滤波处理电路的输出端与比较电路的输入端相连，比较电路的输出端与反向处理电路的输入端相连，反向处理电路的输出端最终输出同步信号，同步信号可以送至数字信号处理器DSP中的捕获单元，供控制系统使用。

其中，隔离处理电路1，用于对变压器副边电压信号进行隔离降压处理，并转化为电流信号；

滤波处理电路2，用于将电流信号转化为近似为方波的电压信号；

比较电路3，用于对近似为方波的电压信号进行比较处理，输出标准方波电压信号；

反向处理电路4，用于对标准方波电压信号进行反向处理，输出同步信号。

在上述实施例中，滤波处理电路可以由两级放大电路组成：第一级放大电路以及第二级放大电路，第一级放大电路与第二级放大电路相连。第一级放大电路，用于将电流信号转化为正弦波电压信号；第二级放大电路，用于将正弦波电压信号转化为近似为方波的电压信号。

本系统的工作原理是：

隔离处理电路的输入端与变压器副边相连输入变压器副边线电压，隔离处理电路对变压器副边电压信号进行隔离降压处理，并转化为电流信号，之后输入滤波处理电路，滤波处理电路先将电流信号转化为正弦波电压信号，再将正弦波电压信号转化为近似为方波的电压信号，之后输入比较电路，比较电路对方波电压信号进行比较处理输出标准方波电压信号，之后输入反向处理电路，反向处理电路对标准方波电压信号进行反向处理，最终输出同步信号，同步信号经背板输入至DSP捕获单元。

具体的，参见图2所示，本发明同步信号采集系统的一种具体实施例如下：

隔离处理电路1可以包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及电压互感器PT1；电压互感器PT1可以为SPT204I型电压互感器。

第一电阻R1与第二电阻R2并联连接后的一端与第一输入端相连，第一电阻R1与第二电阻R2并联连接后的另一端与电压互感器PT1的第一端相连；

第三电阻R3与第四电阻R4并联连接后的一端与第二输入端相连，第三电阻R3与第四电阻R4并联连接后的另一端与电压互感器PT1的第二端相连。

本发明同步信号采集系统的输入信号通常来自于变压器副边的线电压AC100V电压信号，需要经过隔离处理电路中的电压互感器PT1进行隔离，并进行信号大小的调整，转化为电流信号，SPT204I型电压互感器的额定输入：输出为2mA：2mA，故电压互感器PT1原边需要连接四个50k、1W电阻(即R1、R2、R3、R4)，R1、R2并联，R3、R4并联后分别和电压互感器PT1原边的两端连接，以保证电压互感器PT1副边电流输出2mA的电流。

滤波处理电路可以由两级放大电路组成，第一级放大电路可以包括第一运算放大器UI、第六电阻R6以及第一电容C1；第一运算放大器UI可以为OP27GS型运算放大器。

第一运算放大器UI的负输入端与电压互感器PT1的第三端相连，第一运算放大器UI的正输入端与电压互感器PT1的第四端相连；

第一运算放大器UI可以与15V、-15V电源相连；

第六电阻R6的一端与第一运算放大器UI的负输入端相连，第六电阻R6的另一端与第一运算放大器UI的输出端相连；

第一电容C1与第六电阻R6并联连接。

第一运算放大器UI的输出由第六电阻R6决定，第一级放大电路起到初步滤波的作用，可以输出6V的正弦波。

第二级放大电路可以包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二运算放大器U37、第二电容C2以及第三电容C3；第二运算放大器可以为OP177GS型运算放大器。

第七电阻R7的一端与第一运算放大器UI的输出端相连，第七电阻R7的另一端与第九电阻R9的一端相连，第九电阻R9的另一端与第二运算放大器U37的负输入端相连，第二运算放大器U37的正输入端接地；

第二运算放大器U37可以与15V、-15V电源相连；

第八电阻R8的一端与第一运算放大器UI的输出端相连，第八电阻R8的另一端与第二运算放大器U37的负输入端相连；

第十电阻R10的一端与第二运算放大器U37的负输入端相连，第十电阻R10的另一端与第二运算放大器U37的输出端相连；

第二电容C2与第十电阻R10并联连接；

第三电容C3与第十电阻R10并联连接。

第二级放大电路首先由第七电阻R7进行线路选择，第七电阻R7为一个0Ω电阻，只用于选择线路的通断，即R7接通则通过R8和R9并联后进入第二运算放大器U37的负输入端，R7不接通则直接经过R9进入第二运算放大器U37的负输入端。第二运算放大器U37的输出取决于第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10，第二运算放大器U37的放大倍数为R10/R8或者R10/(R8、R9的并联)，但是R10＞＞R8或者R8与R9的并联，由于运算放大器的最大电压幅值为±15V，因此此处的输出波形会发生变化，正弦波的上升、下降沿会变得很陡，高于±15V的波形会被削平，此处的波形几乎接近一个幅值为±15V的近似方波，放大比例越大，方波的上升沿越陡，越有利于同步信号采集的精度。因此，第二级放大电路可以输出±15V的近似为方波的信号。

另外，滤波处理电路还可以包括：第五电阻R5，第五电阻R5的一端与第一运算放大器UI的负输入端相连，第五电阻R5的另一端与第一运算放大器UI的正输入端相连。第五电阻R5为保护电阻，保证同步信号采集系统工作在正常电压情况下。

滤波处理电路的输出信号进入比较电路，比较电路可以包括：比较器U40、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13；比较器可以为LM211D型比较器。

第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13串联连接，第十一电阻R11的一端接地，第十三电阻R13的一端与电源相连；

比较器U40的负输入端与第二运算放大器U37的输出端相连，比较器U40的正输入端与第十一电阻R11、第十二电阻R12的连接端相连，比较器U40的输出端与第十二电阻R12、第十三电阻R13的连接端相连；

比较器U40可以与15V、-15V电源相连。

第十一电阻R11的一端接地，第十三电阻R13为固定电阻，用于固定比较器U40的电平。

第二运算放大器U37的输出连接比较器U40的负输入端，进入比较器U40负输入端的电压信号与比较器U40正输入端电压进行比较，由于比较器U40的正输入端电压几乎为0，根据LM211D型比较器芯片特性可以得到该比较器输出最大值为5V。因此，比较电路可以输出最大值为5V、最小值为0V的标准方波。

比较电路的输出端直接连接反向处理电路，反向处理电路可以包括：反向器U43；反向器U43可以为SN74LVC1G14DBV型单路施密特触发反向器。

反向器U43的输入端与比较器U40的输出端相连，反向器U43的输出端输出同步信号。

反向器U43对标准方波电压信号进行取反处理，最终输出更稳定不易跳变的同步信号。

参见图3所示，在经过本发明同步信号采集系统对输入信号进行处理后输出同步信号，正弦波波形为本发明同步信号采集系统的输入信号，方波波形为本发明同步信号采集系统的输出信号，即所需要采集的同步信号。

需要注意的是，上述实施例为本发明最优实施例，本发明中隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路可以参照芯片类型、实现功能进行结构上的调整。

这样，本发明中隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路各个器件对输入信号的频率没有要求，对于谐波分量大、存在多个过零点的信号经过该电路处理后仍然可以准确的进行同步信号的采集，可以采集并处理变频、变压的交流电压输入信号，并能准确的采集该交流信号的过零点，适用于采集变频信号系统的同步信号。另外，隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路各个器件均可以采用常用器件，原理简单、更换方便、功耗小，所需要的外围元件的性能要求不高，对环境的适应能力强，采集精度高，而且还具有线性特性和一定的温度特性，隔离电压达到2000V，各项性能良好。

需要说明的是，本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。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种同步信号采集系统，其特征在于，所述系统包括：

隔离处理电路、滤波处理电路、比较电路以及反向处理电路，所述隔离处理电路、所述滤波处理电路、所述比较电路以及所述反向处理电路依次连接；

所述隔离处理电路，用于对变压器副边电压信号进行隔离降压处理，并转化为电流信号；

所述滤波处理电路，用于将所述电流信号转化为近似为方波的电压信号；

所述比较电路，用于对所述近似为方波的电压信号进行比较处理，输出标准方波电压信号；

所述反向处理电路，用于对所述标准方波电压信号进行反向处理，输出同步信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤波处理电路包括：

第一级放大电路以及第二级放大电路，所述第一级放大电路与所述第二级放大电路相连；

所述第一级放大电路，用于将所述电流信号转化为正弦波电压信号；

所述第二级放大电路，用于将所述正弦波电压信号转化为近似为方波的电压信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述隔离处理电路包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及电压互感器；

所述第一电阻与所述第二电阻并联连接后的一端与变压器副边第一输出端相连，所述第一电阻与所述第二电阻并联连接后的另一端与所述电压互感器的第一端相连；

所述第三电阻与所述第四电阻并联连接后的一端与变压器副边第二输出端相连，所述第三电阻与所述第四电阻并联连接后的另一端与所述电压互感器的第二端相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一级放大电路包括第一运算放大器、第六电阻以及第一电容；

所述第一运算放大器的负输入端与所述电压互感器的第三端相连，所述第一运算放大器的正输入端与所述电压互感器的第四端相连；

所述第六电阻的一端与所述第一运算放大器的负输入端相连，所述第六电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端相连；

所述第一电容与所述第六电阻并联连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二级放大电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二运算放大器、第二电容以及第三电容；

所述第七电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第七电阻的另一端与所述第九电阻的一端相连，所述第九电阻的另一端与所述第二运算放大器的负输入端相连，所述第二运算放大器的正输入端接地；

所述第八电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第八电阻的另一端与所述第二运算放大器的负输入端相连；

所述第十电阻的一端与所述第二运算放大器的负输入端相连，所述第十电阻的另一端与所述第二运算放大器的输出端相连；

所述第二电容与所述第十电阻并联连接；

所述第三电容与所述第十电阻并联连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述滤波处理电路还包括：

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第一运算放大器的负输入端相连，所述第五电阻的另一端与所述第一运算放大器的正输入端相连。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述比较电路包括：

比较器、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻；

所述第十一电阻、所述第十二电阻、所述第十三电阻串联连接，所述第十一电阻的一端接地，所述第十三电阻的一端与电源相连；

所述比较器的负输入端与所述第二运算放大器的输出端相连，所述比较器的正输入端与所述第十一电阻、所述第十二电阻的连接端相连，所述比较器的输出端与所述第十二电阻、所述第十三电阻的连接端相连。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述反向处理电路包括：

反向器，所述反向器的输入端与所述比较器的输出端相连，所述反向器的输出端输出同步信号。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述电压互感器为SPT204I型电压互感器，所述第一运算放大器为OP27GS型运算放大器，所述第二运算放大器为OP177GS型运算放大器，所述比较器为LM211D型比较器，所述反向器为SN74LVC1G14DBV型单路施密特触发反向器。

10.根据权利要求9任一项所述的系统，其特征在于，所述第一运算放大器与15V、-15V电源相连，所述第二运算放大器与15V、-15V电源相连，所述比较器与15V、-15V电源相连。

Images