CN108828307A - 一种交流电压采样电路及检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提出一种交流电压采样电路及检测装置，涉及电力电子技术领域。该交流电压采样电路包括分压单元、放大单元及变换隔离单元，分压单元与放大单元及一交流电源均电连接，放大单元与变换隔离单元电连接，变换隔离单元与交流电源电连接；分压单元用于根据交流电源提供的输入电压向放大单元输出第一电压和第一电流；放大单元用于将第一电流进行放大处理得到第二电流，并将第二电流和第一电压传输至变换隔离单元；变换隔离单元用于对第二电流或第一电压进行变换处理得到输出电压。该交流电压采样电路通过微电流采集输入电压，再将微电流进行放大处理，通过变换隔离单元隔离采样，使得交流电压采样电路具有损耗小和体积小的优点。

Description

一种交流电压采样电路及检测装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种交流电压采样电路及检测装置。
背景技术
在发电、变电、输电、配电和用电的线路中电压大小悬殊，直接在线路上测量电压是非常危险的，为了便于测量，一般采用交流电压隔离采样的方法测量线路上的电压。
目前交流电压隔离采样的方法主要采用两种方法进行采样，如图1所示，为现有的一种采样方法的电路原理图，该方法将交流电压VA1B1直接通过变压器PT1降到合适的电压再通过一个全波精密整流电路整流得到一个馒头波电压信号VC1D1，在该检测方法中，变压器PT1的初级线圈直接连接交流电源，在交流电源输出的交流电压VA1B1的电压较高且频率较低时，要保证变压器PT1的磁芯不饱和，变压器PT1的体积和损耗会较大。
如图2所示，为现有的另一种采样方法的电流原理图，该方法将交流电压VA2B2通过第三电阻R5限流后经过电流互感器CT1隔离，在第四电阻R6上得到一个电压通过全波精密整流电路整流得到一个馒头波电压信号VC2D2，在该检测方法中，电流互感器CT1检测需要第三电阻R5限流后得到的电流最小为10mA才能保证检测精度，若交流电压VA2B2的电压较高，那么在第三电阻R5上将会产生很大的损耗，损耗产生的热量会增大第三电阻R5的温飘，会降低该检测电路的检测精度，且该检测电路的体积也比较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交流电压采样电路及检测装置，该交流电压采样电路通过微电流采集输入电压，再将微电流进行放大处理，通过变换隔离单元隔离采样，使得该交流电压采样电路具有损耗小和体积小的优点。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种交流电压采样电路，包括分压单元、放大单元及变换隔离单元，所述分压单元与所述放大单元及一交流电源均电连接，所述放大单元与所述变换隔离单元电连接，所述变换隔离单元与所述交流电源电连接；所述分压单元用于根据所述交流电源提供的输入电压向所述放大单元输出第一电压和第一电流；所述放大单元用于将所述第一电流进行放大处理得到第二电流，并将所述第二电流和所述第一电压传输至所述变换隔离单元；所述变换隔离单元用于对所述第二电流或所述第一电压进行变换处理得到输出电压。
进一步地，所述分压单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联于所述交流电源的两端，所述放大单元的输入端电连接于所述第一电阻与所述第二电阻之间。
进一步地，所述变换隔离单元包括变压器，所述变压器与所述放大单元、所述交流电源均电连接；所述变压器用于对所述第一电压降压处理得到所述输出电压。
进一步地，所述变换隔离单元包括电流互感器和采样电阻，所述电流互感器包括第一初级线圈和第一次级线圈，所述第一初级线圈的一端与所述放大单元电连接，所述第一初级线圈的另一端与所述交流电源电连接，所述第一次级线圈的一端与所述采样电阻的一端电连接，所述第一次级线圈的另一端与所述采样电阻的另一端电连接；所述电流互感器用于对所述第二电流进行减小处理得到第三电流；所述采样电阻用于根据所述第三电流得到所述输出电压。
进一步地，所述变换隔离单元还包括限流电阻，所述限流电阻的一端与所述第一初级线圈的一端电连接，所述限流电阻的另一端与所述放大单元电连接。
进一步地，所述放大单元包括电压跟随器。
进一步地，所述电压跟随器采用运算放大器。
进一步地，所述运算放大器包括同相输入端、反相输入端及输出端，所述同相输入端与分压单元电连接，所述反相输入端与所述输出端电连接，所述输出端还与所述变换隔离单元电连接。
第二方面，本发明实施例还提供了一种检测装置，包括处理单元和交流电压采样电路，所述处理单元与所述交流电压采样电路电连接，所述交流电压采样电路包括分压单元、放大单元及变换隔离单元，所述分压单元与所述放大单元及一交流电源均电连接，所述放大单元与所述变换隔离单元电连接，所述变换隔离单元与所述交流电源电连接；所述分压单元用于根据所述交流电源提供的输入电压向所述放大单元输出第一电压和第一电流；所述放大单元用于将所述第一电流进行放大处理得到第二电流，并将所述第二电流和所述第一电压传输至所述变换隔离单元；所述变换隔离单元用于对所述第二电流或所述第一电压进行变换处理得到输出电压。
本发明实施例提供的一种交流电压采样电路及检测装置，该交流电压采样电路包括分压单元、放大单元及变换隔离单元，分压单元与放大单元及一交流电源均电连接，放大单元与变换隔离单元电连接，变换隔离单元与交流电源电连接；分压单元根据交流电源提供的输入电压向放大单元输出第一电压和第一电流；放大单元将第一电流进行放大处理得到第二电流，并将第二电流和第一电压传输至变换隔离单元；变换隔离单元对第二电流或第一电压进行变换处理得到输出电压。可见，通过分压单元可以生成一个电流值很小的第一电流，那么在分压单元产生的损耗会极大的减小；通过放大单元将第一电流放大至第二电流，使得变换隔离单元具有足够的输入功率产生输出电压，且分压单元产生的第一电压比输入电压小，使得变换隔离单元的体积极大的减小，并减小了变换隔离单元的耗损。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了现有技术提供的交流电压隔离采样电路的原理图之一；
图2示出了现有技术提供的交流电压隔离采样电路的原理图之二；
图3示出了本发明实施例提供的检测装置的结构框图；
图4示出了本发明实施例提供的交流电压采样电路的原理图之一；
图5示出了本发明实施例提供的交流电压采样电路的原理图之二。
图标：100-检测装置；10-交流电压采样电路；11-分压单元；12-放大单元；13-变换隔离单元；131-第一初级线圈；132-第一次级线圈；133-第二初级线圈；134-第二次级线圈；14-全波整流单元；20-交流电源；30-处理单元；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-采样电阻；R4-限流电阻；T1-变压器；T2-电流互感器；IC1-电压跟随器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图3所示，为本发明实施例提供的检测装置100的结构框图，所述检测装置100包括处理单元30和交流电压采样电路10，所述处理单元30与所述交流电压采样电路10电连接。所述处理单元30可以用于将交流电压采样电路10的输出电压进行模数转换得到数字信号并进行显示，还可以用于根据交流电压采样电路10的输出电压对交流电源20进行控制，使得交流电源20输出所需的输入电压。其中，所述处理单元30包括主控芯片，所述主控芯片可以采用单片机或ARM芯片等。
所述交流电压采样电路10包括分压单元11、放大单元12及变换隔离单元13，所述分压单元11与所述放大单元12及一交流电源20电连接，所述放大单元12与所述变换隔离单元13电连接，所述变换隔离单元13与所述交流电源20电连接。
所述分压单元11用于根据所述交流电源20提供的输入电压向所述放大单元12输出第一电压和第一电流。
如图4所示，在本实施例中，所述分压单元11包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联于所述交流电源20的两端，所述放大单元12的输入端电连接于所述第一电阻R1与所述第二电阻R2之间。
在本实施例中，交流电源20向分压单元11提供输入电压VAB，第一电阻R1和第二电阻R2对输入电压VAB进行分压处理，得到第一电阻R1两端的第二电压VAE及第二电阻R2两端的第一电压VEB，即第一电阻R1和第二电阻R2将输入电压VAB分压成第一电压VEB和第二电压VAE；同时，交流电源20通过分压单元11得到第一电流，即所述第一电流由输入电压VAB与第一电阻R1的阻值和第二电阻R2的阻值通过欧姆定律公式计算得到，且第一电流通过第一电阻R1流向所述放大单元12。
可见，交流电压采样电路10通过第一电阻R1和第二电阻R2可以生成一个很小的第一电流，那么在第一电阻R1和第二电阻R2上产生的损耗将极大的减小。
所述放大单元12用于将所述第一电流进行放大处理得到第二电流，并将所述第二电流和所述第一电压传输至所述变换隔离单元13。
在本实施例中，所述放大单元12包括电压跟随器IC1。
在本实施例中，所述电压跟随器IC1可以采用运算放大器，所述运算放大器包括同相输入端1、反相输入端2及输出端3，所述同相输入端1与分压单元11电连接，所述反相输入端2与所述输出端3电连接，所述输出端3还与所述变换隔离单元13电连接。
可以理解，所述同相输入端1与所述第一电阻R1的另一端和所述第二电阻R2的一端均电连接，所述反相输入端2与所述输出端3电连接，所述输出端3还与所述变换隔离单元13电连接。
在本实施例中，第一电压VEB和第一电流通过同相输入端1输入至电压跟随器IC1，电压跟随器IC1对第一电流进行放大处理后得到第二电流，并将第二电流通过输出端3输出至变换隔离单元13，同时还将第一电压VEB也输出至变换隔离单元13。所述电压跟随器IC1输出的电压VFB与所述第一电压VEB相同，即所述电压跟随器IC1只用于将第一电流进行放大处理，不对第一电压VEB进行放大处理。
可见，所述电压跟随器IC1的作用为功率放大的作用，在第一电阻R1和第二电阻R2的分压作用下能够向变换隔离单元13提供一个比输入电压小的第一电压，使得变换隔离单元13的体积可以做得很小，同时由于电压跟随器IC1的功率放大的作用，即使向变换隔离单元13提供较小的第一电压，也能保证变换隔离单元13的输出功率。
在本实施例中，所述电压跟随器IC1还可以采用推挽式功率放大器组成的电压跟随器IC1，所述电压跟随器IC1还可以采用三极管组成的电压跟随器IC1。
所述变换隔离单元13用于对所述第二电流或所述第一电压进行变换处理得到输出电压。
在本实施例中，所述变换隔离单元13可以包括两种结构，其中一种结构如图4所示，所述变换隔离单元13包括变压器T1，所述变压器T1与所述放大单元12、所述交流电源20均电连接。
所述变压器T1用于对所述第一电压降压处理得到所述输出电压。
在本实施例中，所述变压器T1包括第二初级线圈133和第二次级线圈134，所述第二初级线圈133的一端与所述输出端3电连接，所述第二初级线圈133的另一端与所述交流电源20和第二电阻R2的另一端均电连接。
可以理解，所述变压器T1依据电磁感应原理，将第二初级线圈133从输出端3得到的第一电压进出降压处理，并通过第二次级线圈134输出输出电压。
如图5所示，为所述变换隔离单元13的另一种结构，所述变换隔离单元13包括电流互感器T2和采样电阻R3，所述电流互感器T2包括第一初级线圈131和第一次级线圈132，所述第一初级线圈131的一端与所述放大单元12电连接，所述第一初级线圈131的另一端与所述交流电源20电连接，所述第一次级线圈132的一端与所述采样电阻R3的一端电连接，所述第一次级线圈132的另一端与所述采样电阻R3的另一端电连接。
所述电流互感器T2用于对所述第二电流进行减小处理得到第三电流；所述采样电阻R3用于根据所述第三电流得到所述输出电压。
在本实施例中，所述第一初级线圈131的一端与输出端3电连接，所述第一初级线圈131的另一端与所述交流电源20和第二电阻R2的另一端均电连接。第二电流和第一电压均由输出端3输出至第一初级线圈131，电流互感器T2对第二电流进行减小处理并通过第一次级线圈132输出至采样电阻R3，采样电阻R3在接收到第三电流时会产生输出电压。
进一步地，在本实施例中，所述变换隔离单元13还包括限流电阻R4，所述限流电阻R4的一端与所述第一初级线圈131的一端电连接，所述限流电阻R4的另一端与所述放大单元12电连接。
可以理解，所述限流电阻R4的另一端与所述放大单元12的输出端3电连接。限流电阻R4用于对所述第二电流限流处理，使得所述电流互感器T2在保证检测精度的情况下，第一初级线圈131的输入电流越小，防止第一初级线圈131的输入电流过大，以使得电流互感器T2产生的损耗越小。
进一步地，在本实施例中，所述交流检测电路还包括全波整流单元14，所述全波整流单元14与所述变换隔离单元13电连接；所述全波整流单元14用于将所述输出电压进行整流处理得到整流电压。
在本实施例中，所述输入电压可以为220V的交流电，也可以为1000V的交流电。
综上所述，本发明实施例提供的交流电压采样电路及检测装置，该交流电压采样电路包括分压单元、放大单元及变换隔离单元，分压单元与放大单元及一交流电源均电连接，放大单元与变换隔离单元电连接，变换隔离单元与交流电源电连接；分压单元根据交流电源提供的输入电压向放大单元输出第一电压和第一电流；放大单元将第一电流进行放大处理得到第二电流，并将第二电流和第一电压传输至变换隔离单元；变换隔离单元对第二电流或第一电压进行变换处理得到输出电压。可见，通过分压单元可以生成一个电流值很小的第一电流，那么在分压单元产生的损耗会极大的减小；通过放大单元将第一电流放大至第二电流，使得变换隔离单元具有足够的输入功率产生输出电压，且分压单元产生的第一电压比输入电压小，使得变换隔离单元的体积极大的减小，并减小了变换隔离单元的耗损。
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。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种交流电压采样电路，其特征在于，包括分压单元、放大单元及变换隔离单元，所述分压单元与所述放大单元及一交流电源均电连接，所述放大单元与所述变换隔离单元电连接，所述变换隔离单元与所述交流电源电连接；
所述分压单元用于根据所述交流电源提供的输入电压向所述放大单元输出第一电压和第一电流；
所述放大单元用于将所述第一电流进行放大处理得到第二电流，并将所述第二电流和所述第一电压传输至所述变换隔离单元；
所述变换隔离单元用于对所述第二电流或所述第一电压进行变换处理得到输出电压。
2.如权利要求1所述的交流电压采样电路，其特征在于，所述分压单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联于所述交流电源的两端，所述放大单元的输入端电连接于所述第一电阻与所述第二电阻之间。
3.如权利要求1所述的交流电压采样电路，其特征在于，所述变换隔离单元包括变压器，所述变压器与所述放大单元、所述交流电源均电连接；
所述变压器用于对所述第一电压降压处理得到所述输出电压。
4.如权利要求1所述的交流电压采样电路，其特征在于，所述变换隔离单元包括电流互感器和采样电阻，所述电流互感器包括第一初级线圈和第一次级线圈，所述第一初级线圈的一端与所述放大单元电连接，所述第一初级线圈的另一端与所述交流电源电连接，所述第一次级线圈的一端与所述采样电阻的一端电连接，所述第一次级线圈的另一端与所述采样电阻的另一端电连接；
所述电流互感器用于对所述第二电流进行减小处理得到第三电流；
所述采样电阻用于根据所述第三电流得到所述输出电压。
5.如权利要求4所述的交流电压采样电路，其特征在于，所述变换隔离单元还包括限流电阻，所述限流电阻的一端与所述第一初级线圈的一端电连接，所述限流电阻的另一端与所述放大单元电连接。
6.如权利要求1所述的交流电压采样电路，其特征在于，所述放大单元包括电压跟随器。
7.如权利要求6所述的交流电压采样电路，其特征在于，所述电压跟随器采用运算放大器。
8.如权利要求7所述的交流电压采样电路，其特征在于，所述运算放大器包括同相输入端、反相输入端及输出端，所述同相输入端与分压单元电连接，所述反相输入端与所述输出端电连接，所述输出端还与所述变换隔离单元电连接。
9.如权利要求1所述的交流电压采样电路，其特征在于，所述交流检测电路还包括全波整流单元，所述全波整流单元与所述变换隔离单元电连接；
所述全波整流单元用于将所述输出电压进行整流处理得到整流电压。
10.一种检测装置，其特征在于，包括处理单元和如权利要求1-9任意项所述的交流电压采样电路，所述处理单元与所述交流电压采样电路电连接。
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