CN104459295A - 一种硬件自检测的采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种硬件自检测的采样电路，包括三个电流互感器，三路采样电路，三路自检测信号发生与调理电路，一个数字处理器。采样电路由负载电阻和信号采集调理电路组成，采样时，电流通过电流互感器和负载电阻转换为电压信号，电压信号通过信号采集调理电路得到可以被数字处理器采集的电压信号；采样电路自检测时，数字处理器发出幅值为弱电压值、脉宽为1ms的脉冲信号，脉冲信号与幅值为强电压的电源信号通过自检测信号发生与调理电路调制生成一个脉宽为1ms的脉冲测试信号，脉冲测试信号通过负载电阻和信号采集调理电路后，被数字处理器采集进行状态判断。本发明的自检测电路能够实现了故障的快速定位，提高了系统的可靠性和维修性能。

Description

一种硬件自检测的采样电路

技术领域

本发明属于航空电气设计技术，具体为一种硬件自检测的采样电路。

背景技术

为保护用电负载，需要对三相交流电的电流进行检测，以防止线路中的短路或者过载对负载造成破坏，出现安全事故。因为目前的采样电路都是由运放、电阻、电容等原器件组成，其运行的健康状态也需要被采集，现有的自检测电路大部分都是由继电器或者运算放大器或者光电耦合器外加电阻、电容等元器件构成，结构复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、结构简单的自检测电路，实现采样电路的硬件自检测。本发明仅通过三个三极管，以及电阻和电容就可以将强电压信号调理成弱电压信号，实现了采样电路状态信息的反馈，可以及时得到采样电路的健康状态，实现故障的快速定位，提高了系统的可靠性和维修性能。

本发明的技术方案为：

所述一种硬件自检测的采样电路，包括三个电流互感器，三路采样电路，其特征在于：还包括三路自检测信号发生与调理电路，一个数字处理器；一个电流互感器、一路采样电路和一路自检测信号发生与调理电路实现一相电流采样及检测；采样电路由负载电阻和信号采集调理电路组成，采样时，一相电流通过电流互感器和负载电阻转换为电压信号，电压信号通过信号采集调理电路进行信号低通滤波、耦合和电压调理，得到可以被数字处理器采集的电压信号，并输入数字处理器，数字处理器通过内部AD转换得到数字量值；采样电路自检测时，数字处理器发出幅值为弱电压值、脉宽为1ms的脉冲信号，脉冲信号与幅值为强电压的电源信号通过自检测信号发生与调理电路调制生成一个脉宽为1ms的脉冲测试信号，脉冲测试信号通过负载电阻和信号采集调理电路后，被数字处理器采集进行状态判断。

进一步的优选方案，所述一种硬件自检测的采样电路，其特征在于：自检测信号发生与调理电路由三个三极管、两个电容、四个电阻以及一个二极管组成；脉冲信号通过第一电容接第一三极管的基极，第一三极管发射极接地，第一三极管集电极通过第一电阻接第二三极管的集电极和第三三极管的基极；幅值为强电压的电源信号接第二三极管的发射极，并通过第二电阻接第二三极管的集电极和第三三极管的基极，还通过第三电阻接第二三极管的基极和第三三极管的发射极；第二电容与第四电阻串联后与二极管并联，并联两端分别接在第三三极管的发射极和集电极；第三三极管的集电极外接负载电阻。

有益效果

本发明通过采用高精度的元器件优化了电流采样电路的同时，增加了自检测电路，实现了采样电路状态的反馈，提高了系统的可靠性和维修性能。自检测电路无需继电器、运算放大器等器件仅通过三个三极管和很少的电阻、电容等元器件就可以将强电压信号调理成弱电压信号，具有体积小、结构简单、可靠性高、精度高等特点。自检测电路很容易将一个幅值为5V的脉冲信号和28V的电源电压信号转换成一个幅值仅为1V左右的脉冲信号，本发明实例中的智能接触器就是将脉冲信号和28V电源信号进行叠加后，再进行调理供给处理器，也可以实现对28V电源的状态的间接测试。本电路结构简单，响应速度快，调理精度高、性能优越。

附图说明

图1：本发明电流采样及其自检测原理框图；

图2：本发明的实施电路图；

图3：处理器发出的自检测测试信号；

图4：Vin2＝28V时负载电阻敏感信号；

图5：Vin2＝28V时经过调理后输入到数字处理器的信号。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本发明设计思想基于高性能处理器和特有的硬件自检测电路，实现电流采样电路的健康状态检测。原理见图1所示：

正常电流采样过程：三相交流电首先通过三个电流互感器CT1、CT2和CT3，负载电阻[1]、[2]、[3]转换成电压信号(0～1.4V)，通过信号采样调理电路[4]、[5]、[6](包括信号低通滤波，耦合和电压调理)调理出可以被数字处理器采集的电压信号(0～5V)，高性能数字处理器通过内部AD转换得到数字量值。通过AD电压采样、内部数字二次滤波得到三相交流电的数值。

采样电路自检测过程：上电后，数字处理器会依次发出三个幅值为5V脉宽为1ms的脉冲信号，脉冲信号如图3所示，经过自检测信号发生与调理电路[7]、[8]、[9]后得到一个图4所示的脉冲信号。经过负载电阻[1]、[2]、[3]和信号采样调理电路[4]、[5]、[6]输出一个图5所示信号，图5的信号也实现了28V高电压信号(即图2中的Vin2)和脉冲信号的叠加，信号被数字信号处理器采集并计算处理判断是否与要求的值相匹配，从而实现对测量通路的完整性和健康状态的检测。

电路实现见附图2，采样电路过程：A相互感器采集的电流信号在MN1处的R164转换成电压信号，通过一个R032和C112的RC低通滤波，通过D38和C68的耦合调压保护，最后通过R030、R0162、U16、D9、R031、R0165、R0163、C113、C89组成的电压调理电路，调制出可以被数字处理器采集的电压信号。

自检测过程：因为A、B、C三相的自检测电路类似，仅以其中A相做个简单描述。A相硬件自检测电路由C103、T11、D7、C6、R229、T15、R7、T12、R251、R250组成。具体为：脉冲信号通过第一电容C103接第一三极管T11的基极，第一三极管T11发射极接地，第一三极管T11集电极通过第一电阻R250接第二三极管T12的集电极和第三三极管T15的基极；幅值为28V的电源信号接第二三极管T12的发射极，并通过第二电阻R251接第二三极管T12的集电极和第三三极管T15的基极，还通过第三电阻R7接第二三极管T12的基极和第三三极管T15的发射极；第二电容C6与第四电阻R229串联后与二极管D7并联，并联两端分别接在第三三极管T15的发射极和集电极；第三三极管T15的集电极外接负载电阻。

自检测过程上电后，数字处理器会发出一个幅值为5V脉宽为1ms的脉冲信号，如图3所示，脉冲信号将与28V的Vin2电源信号通过自检测信号发生与调理电路进行调制生成一个脉宽为1ms的脉冲，如图4所示，自检测信号发生与调理电路包含电容C103、三极管T11、T15、T12和电阻R250、R251、R7和R229以及电容C6和二极管D7组成。调理后的测试信号通过电阻R164和采样调理电路，最后被数字处理器采集进行状态判断，实现对测量通路的完整性和健康状态的检测。

本发明专利的自检测电路设计结构简单，体积小，响应速度快，调理精度高、性能优越。具有硬件自检测功能的采样电路能够实现了故障的快速定位，提高了系统的可靠性和维修性能。

Claims (2)

1.一种硬件自检测的采样电路，包括三个电流互感器，三路采样电路，其特征在于：还包括三路自检测信号发生与调理电路，一个数字处理器；一个电流互感器、一路采样电路和一路自检测信号发生与调理电路实现一相电流采样及检测；采样电路由负载电阻和信号采集调理电路组成，采样时，电流通过电流互感器和负载电阻转换为电压信号，电压信号通过信号采集调理电路进行信号低通滤波、耦合和电压调理，得到可以被数字处理器采集的电压信号，并输入数字处理器，数字处理器通过内部AD转换得到数字量值；采样电路自检测时，数字处理器发出幅值为弱电压值、脉宽为1ms的脉冲信号，脉冲信号与幅值为强电压的电源信号通过自检测信号发生与调理电路调制生成一个脉宽为1ms的脉冲测试信号，脉冲测试信号通过负载电阻和信号采集调理电路后，被数字处理器采集进行状态判断。

2.根据权利要求1所述一种硬件自检测的采样电路，其特征在于：自检测信号发生与调理电路由三个三极管、两个电容、四个电阻以及一个二极管组成；脉冲信号通过第一电容接第一三极管的基极，第一三极管发射极接地，第一三极管集电极通过第一电阻接第二三极管的集电极和第三三极管的基极；幅值为强电压的电源信号接第二三极管的发射极，并通过第二电阻接第二三极管的集电极和第三三极管的基极，还通过第三电阻接第二三极管的基极和第三三极管的发射极；第二电容与第四电阻串联后与二极管并联，并联两端分别接在第三三极管的发射极和集电极；第三三极管的集电极外接负载电阻。