CN105322921A - 一种单极性ad采样调理电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单极性AD采样调理电路，包括基准电压产生电路、电压跟随电路、滤波电路和电压电流变换电路；所述基准电压产生电路、电压跟随电路和滤波电路依次导通连接，且基准电压产生电路的输入端连接、输入参考电压；所述电压电流变换电路包括有一个以上电流互感器和一个以上电压互感器，所述电流互感器和电压互感器均设有两个与设备外部的强电输入电流连接的输入端、一个与滤波电路的输出端连接的输出端和一个模拟量调理输出端。这样，采用一个本单极性AD采样调理电路即可同时将多通道双极性模拟信号转换成单极性模拟信号，电子元器件数量大大减小，不仅节约成本，还减少设备故障几率，设备运行更可靠，而且各个通道之间的误差也减小。

Description

一种单极性AD采样调理电路
【技术领域】
本发明属于模数信号转换技术领域，尤其涉及一种单极性AD采样调理电路。
【背景技术】
目前，在电力系统继电保护设备、电力仪表、工业自动化设备及工业自动化控制中，绝大部分都是采用数字处理及数字显示，采用模拟处理的已经少之又少了。但是，这些设备的原始信号(如电压、电流、压力、温度等)都是连续变化的模拟信号，因此必须将连续变化的模拟信号转换为数字信号后才能进行数字处理和数字显示。
将模拟信号转换为数字信号的过程称为模数(AD)转换，相应的器件称为模数(AD)转换器。目前现有的模数(AD)转换器分为单极性模数转换器和双极性模数转换器，其中单极性模数转换器的结构较为简单，且价格便宜；双极性模数转换器则结构相对比较复杂，且价格较贵。
【发明内容】
但是，在工业现场中的模拟信号大部分都是双极性信号，如电力系统的交流电压、电流信号；如果要使用单极性的模数(AD)转换器转换交流电压、电流信号，就必须将这些信号先转换成单极性的信号后才能输入模数(AD)转换器。为此，一般是采用如图1所示调理电路，将双极性模拟信号转换成单极性模拟信号，具体是采用将原信号叠加一个直流电压信号，从而使原信号只在一个方向变化；如果R1＝R2，则VO＝0.5Vref–VI。但现有这些调理电路只能调理一个通道的双极性模拟信号，而一般一个设备需要采集的交流模拟量通道有几个，多的有20来个交流模拟量通道，这样每个通道都需要一个现有的调理电路，由于每个电阻存在误差，将会造成的每个通道叠加的直流电压也不完全相同，增加了通道之间误差率，而且增加了电路的复杂性，设备稳定性难以保证，同时还增加了硬件成本。
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种采用一个调理电路即可同时将多通道双极性模拟信号转换成单极性模拟信号，大大减小了电子元器件的数量，节约成本，减少故障几率，提高了设备运行的可靠性，且各个通道之间的误差大大减小的单极性AD采样调理电路。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为：
一种单极性AD采样调理电路，包括基准电压产生电路、电压跟随电路、滤波电路和电压电流变换电路；其中，所述基准电压产生电路、电压跟随电路和滤波电路依次导通连接，且基准电压产生电路的输入端连接、输入参考电压；所述电压电流变换电路包括有一个以上电流互感器和一个以上电压互感器，所述电流互感器和电压互感器均设有两个与设备外部的强电输入电流连接的输入端、一个与滤波电路的输出端连接的输出端和一个模拟量调理输出端。
进一步地，所述基准电压产生电路由基准电压芯片N1、电容器C3和电容器C4组成，所述基准电压芯片N1的输入端连接、输入参考电压，输出端与电压跟随电路导通连接；所述电容器C3和电容器C4分别并接于基准电压芯片N1的输入端和输出端。
进一步地，所述电压跟随电路是运算放大器，其正极输入端与基准电压芯片N1的输出端连接，所述运算放大器的负极输入导连接到其自身输出端上，而输出端则与滤波电路导通连接。
进一步地，所述滤波电路是低通滤波电路，由电阻器R1、电容器C1和电容器C2组成；所述电容器C1和电容器C2并接于电阻器R1的输出端，且一并与电压电流变换电路的电流互感器和电压互感器的一个输出端连接。
本发明的有益效果如下：
采用一个本发明所述单极性AD采样调理电路即可同时将多通道双极性模拟信号转换成单极性模拟信号，大大减小了电子元器件的数量，不仅节约了设备的硬件成本，还减少了设备硬件出故障的几率，提高了设备运行的可靠性；而且由于采用了同一个参考电压大大提高了调理精度，各个通道之间的误差大大减小。
【附图说明】
图1是现有双极性信号转换单极性信号的转换电路；
图2是本发明所述一种单极性AD采样调理电路实施例的结构原理示意框图；
图3是本发明所述一种单极性AD采样调理电路实施例的电路结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2和图3中所示：
本发明实施例提供了一种单极性AD采样调理电路，包括基准电压产生电路1、电压跟随电路2、滤波电路3和电压电流变换电路4；所述基准电压产生电路1、电压跟随电路2和滤波电路3依次导通连接，且基准电压产生电路1的输入端连接、输入参考电压；所述电压电流变换电路4包括有一个以上电流互感器和一个以上电压互感器，所述电流互感器和电压互感器均设有两个与设备外部的强电输入电流连接的输入端、一个与滤波电路3的输出端连接的输出端和一个模拟量调理输出端。
具体结构可以如图2，所述电压电流变换电路4包括有四个电流互感器(TA1、TA2、TA3和TA4)和两个电压互感器(TV1和TV2)，其中电流互感器TA1、TA2、TA3和TA4的次级输出的电压信号与初级电流成正比，且其次级输出的直流电阻很小(约为150R)；所述电压互感器TV1和TV2的作用与电流互感器TA1和TA2类似，其次级输出的电压信号与初级电压成正比，且次级输出的直流电阻同样也很小；所述基准电压产生电路1可以由基准电压芯片N1、电容器C3和电容器C4组成，所述基准电压芯片N1可以是参考电压芯片REF3025，其输入端连接、输入参考电压，输出端与电压跟随电路2导通连接；所述电容器C3和电容器C4分别并接于基准电压芯片N1的输入端和输出端。所述电压跟随电路2可以是运算放大器N2A，其正极输入端与基准电压芯片N1的输出端连接，所述运算放大器的负极输入导连接到其自身输出端上，而输出端则与滤波电路3导通连接。所述滤波电路3是低通滤波电路，可以由电阻器R1、电容器C1和电容器C2组成；所述电容器C1和电容器C2并接于电阻器R1的输出端，且一并与电压电流变换电路4的电流互感器和电压互感器的一个输出端连接。
本发明所述单极性AD采样调理电路的工作原理为：首先，所述基准电压芯片N1输入电压为5V，输出2.5V的参考电压VR1(当然选择不同的参考电压芯片，输出的参考电压也不同，可为1.25V、2.5V、3.3V、4.96V、5V等)，该电压随时间和温度的变化很小，稳定度极高，约为30ppm/℃；然后参考电压VR1经过电压跟随电路2(运算放大器N2A组成的射极跟随器)跟随后，输出的电压再经由电阻器R1、电容器C1和电容器C2组成的滤波电路3进行低通滤波处理后输出参考电压VR2，该参考电压VR2具有与参考电压VR1同样稳定度，而且带负载能力大大增强(约为30mA)；最后，该参考电压VR2被连接到电压电流变换电路4的电流互感器TA1和TA2的次级输出端(次级反向端)、电压互感器TV1的次级输出端(次级反向端)，从而使得它们的输出信号i11、i21、v11中叠加了参考电压VR2。当电流互感器TA1和TA2、电压互感器TV1的次级两端(如图3中的“4”和“6”两端)的电压最大值不大于参考电压VR2的一半时，则双极性电压电流信号被成功地转换成为单极性信号。
当然，图2中只列出了六个通道的模拟信号，按照同样的结构可以连接多至几十个模拟通道信号；同时叠加的参考电压是同一个参考电压VR2，这样就减小了各个通道之间的误差，而且不需要多个运放来处理，同时也节约了硬件成本。
这样，通过采用一个本发明所述单极性AD采样调理电路即可同时将多通道双极性(电压电流)模拟信号转换成单极性(电压电流)模拟信号，大大减小了电子元器件的数量，不仅节约了设备的硬件成本，还减少了设备硬件出故障的几率，提高了设备运行的可靠性；而且由于采用了同一个参考电压大大提高了调理精度，各个通道之间的误差大大减小(特别对于需要进行同步AD采样后再进行计算后而得到的电量，如有功、无功、功率因数及相位等，其精度能提高到0.5％以上或更高。)。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种单极性AD采样调理电路，其特征在于：包括基准电压产生电路(1)、电压跟随电路(2)、滤波电路(3)和电压电流变换电路(4)；其中，所述基准电压产生电路(1)、电压跟随电路(2)和滤波电路(3)依次导通连接，且基准电压产生电路(1)的输入端连接、输入参考电压；所述电压电流变换电路(4)包括有一个以上电流互感器和一个以上电压互感器，所述电流互感器和电压互感器均设有两个与设备外部的强电输入电流连接的输入端、一个与滤波电路(3)的输出端连接的输出端和一个模拟量调理输出端。
2.根据权利要求1所述的单极性AD采样调理电路，其特征在于：所述基准电压产生电路(1)由基准电压芯片N1、电容器C3和电容器C4组成，所述基准电压芯片N1的输入端连接、输入参考电压，输出端与电压跟随电路(2)导通连接；所述电容器C3和电容器C4分别并接于基准电压芯片N1的输入端和输出端。
3.根据权利要求2所述的单极性AD采样调理电路，其特征在于：所述电压跟随电路(2)是运算放大器，其正极输入端与基准电压芯片N1的输出端连接，所述运算放大器的负极输入导连接到其自身输出端上，而输出端则与滤波电路(3)导通连接。
4.根据权利要求3所述的单极性AD采样调理电路，其特征在于：所述滤波电路(3)是低通滤波电路，由电阻器R1、电容器C1和电容器C2组成；所述电容器C1和电容器C2并接于电阻器R1的输出端，且一并与电压电流变换电路(4)的电流互感器和电压互感器的一个输出端连接。
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