CN114460356A - 一种交流电压信号调理模块 - Google Patents

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贾云涛
张力丹
彭婧宇
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Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
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Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开一种交流电压信号调理模块，该调理模块包括：衰减/放大单元、RMS‑DC转换单元、供电单元和A/D转换单元；待调理电压信号的输出端连接到所述衰减/放大单元的输入端；所述衰减/放大单元的输出端连接到所述RMS‑DC转换单元的输入端；所述RMS‑DC转换单元的输出端连接到所述A/D转换单元的输入端；所述供电单元的输出端连接到衰减/放大单元、RMS‑DC转换单元和A/D转换单元的输入端。

Description

一种交流电压信号调理模块
技术领域
本发明涉及电压信号技术领域，更具体地，涉及一种交流电压信号调理模块。
背景技术
随着测量技术与计算机技术的进步，数据采集板卡的性能越来越好。面向被测电压信号，数据采集板卡中信号调理模块实现了将被测量模拟量转换为数字量的功能。由于转换的数字量即包含待测电压信号，也包含测量过程中的噪声信号，因此，信号调理模块越来越追求更高的准确度和更强的抗干扰能力。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种交流电压信号调理模块。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种交流电压信号调理模块，包括：衰减/放大单元、RMS-DC转换单元、供电单元和A/D转换单元；
待调理电压信号的输出端连接到所述衰减/放大单元的输入端；
所述衰减/放大单元的输出端连接到所述RMS-DC转换单元的输入端；
所述RMS-DC转换单元的输出端连接到所述A/D转换单元的输入端；
所述供电单元的输出端连接到衰减/放大单元、RMS-DC转换单元和A/D转换单元的输入端。
可选地，所述待调理交流电压信号范围为5Vrms～10Vrms。
可选地，所述衰减/放大单元前级采用无源衰减网络，对激励信号进行无源衰减，衰减1/4倍后变为1.25Vrms～2.5Vrms，再送到差分转单端的仪表放大器AD8221进行1倍放大，将差分信号转为单端信号。
可选地，所述RMS-DC单元采用AD637真有效值转换芯片最大输入有效值为2V，经过衰减/放大单元前级处理后的信号经过RMS-DC单元转换后，输送给A/D转换单元进行信号采集。
可选地，所述A/D转换单元采用16位的高速A/D芯片，16位的A/D理论采集精度达到1/65535。
可选地，所述供电单元中的运算放大器及集成芯片供电，选用额定输出3.3V的18650锂电池经过电源芯片ADP5071升压转换为±15.5V电压，然后分别经过电源芯片LT3032转换为高精准±15V电压，+15V电压又经过LT3023转换为+5V和+3.3V电源。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案，提供一种交流电压信号调理模块，以满足数据采集卡交流电压测量时前端信号调理用，实现将宽范围的交流电压信号转换为处理器可以采集的数字电压信号。进一步地，本发明衰减/放大单元采用仪表运放AD8221，将差分信号转化为单端信号，增强了模块抗干扰能力，而且运放高压摆率的特性保证了宽频率范围内交流电压信号的有效测量；进一步地，本发明采用低电压纹波的供电单元，保证了整个信号调理的精度性能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例提供的交流电压信号调理模块结构结构示意图。
图2示出衰减/放大单元原理示意图。
图3示出RMS-DC单元原理示意图。
图4示出供电单元原理示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种交流电压信号调理模块，其原理框图如图1所示，该调理模块包括：衰减/放大单元1、RMS-DC转换单元2、供电单元3和A/D单元4。
待调理电压信号的输出端连接到衰减/放大单元1的输入端，衰减/放大单元1的输出端连接RMS-DC转换单元2的输入端，RMS-DC转换单元2的输出端连接A/D单元4的输入端。供电单元3的输出端连接衰减/放大单元1、RMS-DC转换单元2和A/D转换单元4的输入端。
本发明的工作原理为：待调理交流电压信号范围为5Vrms～10Vrms，先送入衰减/放大单元进行无源衰减，再送入真有效值(RMS-DC)转换单元对交流激励信号进行真有效值转换，产生供A/D转换电路采集测量的直流电平信号，然后送入A/D单元变化为可以处理器采集的数字信号。
图2为衰减/放大单元前级采用无源衰减网络，对激励信号进行无源衰减，衰减约1/4倍后变为约1.25Vrms～2.5Vrms，然后送到差分转单端的仪表放大器AD8221进行1倍放大，将差分信号转为单端信号，增加了抗干扰能力。本发明选用AD8221具有出色的交流特性，-3dB带宽的特性可在增益为1时实现825kHz信号处理，2V/us的压摆率保证了宽频率范围内的精度。
图3的RMS-DC单元采用AD637真有效值转换芯片最大输入有效值为2V，而经过前级处理后的信号的Vpp<1.77V(Vrms＝5/2.828≈1.77V)。
经过RMS-DC转换后，输送给A/D单元进行信号采集，A/D芯片采用16位的高速A/D芯片，16位的A/D理论采集精度可以达到1/65535。
供电单元本模块中的运算放大器及集成芯片供电，选用额定输出3.3V的18650锂电池经过电源芯片ADP5071升压转换为±15.5V电压，然后分别经过电源芯片LT3032转换为高精准±15V电压，+15V电压又经过LT3023转换为+5V和+3.3V电源，其结构图如图4所示。
本发明提供的交流电压信号调理模块，以满足数据采集卡交流电压测量时前端信号调理用，实现将宽范围的交流电压信号转换为处理器可以采集的数字电压信号。进一步地，本发明衰减/放大单元采用仪表运放AD8221，将差分信号转化为单端信号，增强了模块抗干扰能力，而且运放高压摆率的特性保证了宽频率范围内交流电压信号的有效测量；进一步地，本发明采用低电压纹波的供电单元，保证了整个信号调理的精度性能。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种交流电压信号调理模块，其特征在于，包括：衰减/放大单元、RMS-DC转换单元、供电单元和A/D转换单元；
待调理电压信号的输出端连接到所述衰减/放大单元的输入端；
所述衰减/放大单元的输出端连接到所述RMS-DC转换单元的输入端；
所述RMS-DC转换单元的输出端连接到所述A/D转换单元的输入端；
所述供电单元的输出端连接到衰减/放大单元、RMS-DC转换单元和A/D转换单元的输入端。
2.根据权利要求1所述的调理模块，其特征在于，所述待调理交流电压信号范围为5Vrms～10Vrms。
3.根据权利要求2所述的调理模块，其特征在于，所述衰减/放大单元前级采用无源衰减网络，对激励信号进行无源衰减，衰减1/4倍后变为1.25Vrms～2.5Vrms，再送到差分转单端的仪表放大器AD8221进行1倍放大，将差分信号转为单端信号。
4.根据权利要求1所述的调理模块，其特征在于，所述RMS-DC单元采用AD637真有效值转换芯片最大输入有效值为2V，经过衰减/放大单元前级处理后的信号经过RMS-DC单元转换后，输送给A/D转换单元进行信号采集。
5.根据权利要求1所述的调理模块，其特征在于，所述A/D转换单元采用16位的高速A/D芯片，16位的A/D理论采集精度达到1/65535。
6.根据权利要求1所述的调理模块，其特征在于，所述供电单元中的运算放大器及集成芯片供电，选用额定输出3.3V的18650锂电池经过电源芯片ADP5071升压转换为±15.5V电压，然后分别经过电源芯片LT3032转换为高精准±15V电压，+15V电压又经过LT3023转换为+5V和+3.3V电源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115047933A (zh) * 2022-06-14 2022-09-13 西安深瞳智控技术有限公司 适于低噪声非隔离模数混合系统的双电源供电装置及方法

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