CN116643082B - 含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及交流电压测量技术领域，尤其是涉及的是一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路及测量方法。其中，该测量电路包括采样电路、高通滤波电路、比例放大电路、多反馈低通滤波与电平提升电路。采样电路能够将待测量信号的电平调整到测量电路允许的电平范围，高通滤波电路可以滤除输入信号中的直流偏置，同时采用比例放大电路，将高通滤波电路输出的交流信号的幅值进行适当放大，并采用多反馈低通滤波电路，滤除待测量交流信号中的高频噪声，同时对待测量的交流电压信号电平进行比例缩放和电平提升，以输出待测量的初始交流电压V o，初始交流电压V o经过数字控制器采样、提取和补偿后得到待测量交流电压信息。

Description

含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路及测量方法
技术领域
本发明涉及交流电压测量技术领域，尤其是涉及的是一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路及测量方法。
背景技术
在电气测量中，经常需要从含有直流偏置电压的信号中提取和测量交流电压信号。传统的测量方法是采用高耐压的探头和示波器进行测量，但是由于示波器同时对直流偏置电压和交流电压进行测量，当直流偏置电压的幅值远大于交流电压时，将导致示波器测量的交流电压的分辨能力下降，影响交流电压的测量精度。
发明内容
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及其他说明书附图中所特别指出的结构来实现和获得。
本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路及测量方法。本发明设置了一个非隔离的采样电路，将待测量信号的电平调整到测量电路允许的电平范围，再采用高通滤波电路滤除输入信号中的直流偏置，同时采用比例放大电路，将高通滤波电路输出的交流信号的幅值进行适当放大，并采用多反馈低通滤波电路，滤除待测量交流信号中的高频噪声，同时对待测量的交流电压信号电平进行比例缩放和电平提升，将待测量交流电压信号的幅值调理到适合数字控制器的模数转换(Analog Digital Converter, ADC)接口的电平，最后通过数字控制器的模数转换(AnalogDigital Converter, ADC)模块获取送入数字控制器的交流信号。由于直流偏置电压被设计的高通滤波器滤除，而且交流信号的幅值可以通过调节电路进行放大或缩小，因此，采用本发明测量的含直流偏置的交流电压信号更加准确。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是，提供一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路，包括
采样电路，其用于对输入电压V in的幅值进行缩放，将输入电压V in的电平调节到测量电路允许的电平范围，输出采样电压V os；
高通滤波电路，其用于滤除采样电压V os中的直流偏置电压V dc，并输出交流电压V oh；
比例放大电路，其用于提高交流电压V oh的幅值，并输出交流电压V oa；
多反馈低通滤波与电平提升电路，其用于对交流电压V oa的电平进行调节并对交流电压V oa的幅值进行缩放，输出待测量的初始交流电压V o。
本发明通过设置了非隔离的采样电路、高通滤波电路、比例放大电路以及多反馈低通滤波与电平提升电路。其中，采样电路能够将待测量信号的电平调整到测量电路允许的电平范围，高通滤波电路可以滤除输入信号中的直流偏置，同时采用比例放大电路，将高通滤波电路输出的交流信号的幅值进行适当放大，并采用多反馈低通滤波电路，滤除待测量交流信号中的高频噪声，同时对待测量的交流电压信号电平进行比例缩放和电平提升，以输出待测量的初始交流电压V o。
在一些实施方式中，还包括校正电路，其用于对待测量的初始交流电压V o的幅值与相位进行采样、提取并校正，输出待测量的实际交流电压V ac。数字控制器得到的交流电压信号的幅值和相位包含了待测量元器件的信息，通过软件锁相环(Software Phase LockLoop, SPLL)提取出数字控制器测量的交流电压的幅值和相位，但是由于高通和低通滤波器会对待测量交流电压信号的幅值和相位产生影响，为了提高交流电压的测量准确度，本发明设置了校正电路，根据交流电压的频率和滤波器的传递函数，对数字控制测量的交流电压幅值和相位进行校正。
在一些实施方式中，采样电路包括4个分压电阻、1个运放放大器OPA1，4个分压电阻分别为分压电阻R s1 、分压电阻R s2 、分压电阻R s3 、分压电阻R s4 ，且4个分压电阻需满足：。
本发明通过合理地设置各个分压电阻之间的关系，保证了采样电路采样信号的准确性。
在一些实施方式中，高通滤波电路包括2个电容、2个电阻以及1个运放放大器OPA2。本发明将高通滤波电路设置成2个电容、2个电阻以及1个运放放大器，使得直流电压信号能够被完全滤除掉。
在一些实施方式中，比例放大电路包括3个电阻以及1个运放放大器OPA3，3个电阻分别为电阻R 6 、电阻R 7 、电阻R 8 ，且3个电阻需满足：
R 7=R 6//R 8。
本发明将比例放大电路中的电阻R 7阻值设置成R 6和R 8的并联阻值，保证了运放输入阻抗对称。
在一些实施方式中，多反馈低通滤波与电平提升电路包括2个电容、5个电阻以及1个运放放大器OPA4。本发明通过设置了多反馈低通滤波电路，有利于滤除待测量交流信号中的高频噪声，同时设置了电平提升电路，能够对待测量的交流电压信号电平进行比例缩放和电平提升。
在一些实施方式中，多反馈低通滤波与电平提升电路连接有比例放大电路，比例放大电路包括3个电阻以及1个运放放大器OPA5，3个电阻分别为电阻R 9 、电阻R 10 、电阻R 11 ，且3个电阻需满足：
R11=R9//R10。
本发明将比例放大电路中的电阻R 11 阻值设置成R 9 和R 10 的并联阻值，能够保证运放输入的阻抗对称。
在一些实施方式中，校正电路包括数字控制器、单相软件锁相环、幅值相位补偿器，数字控制器用于采样待测量的初始交流电压V o，单相软件锁相环用于提取待测量的初始交流电压V o的幅值与相位信息，幅值相位补偿器用于校正待测量的初始交流电压V o的幅值与相位信息。本发明通过设置了校正电路，使得待测量的初始交流电压V o的幅值与相位信息的准确度更高。
本发明还提供了一种含直流偏置的交流电压信号的测量方法，包括以下步骤：
采用采样电路对输入电压V in的幅值进行缩放，并将输入电压V in的电平调节到测量电路允许的电平范围，以输出采样电压V os；
采用高通滤波电路滤除采样电压V os中的直流偏置电压V dc，并输出交流电压V oh；
采用比例放大电路提高交流电压V oh的幅值，并输出交流电压V oa；
采用多反馈低通滤波与电平提升电路对交流电压V oa的电平进行调节并对交流电压V oa的幅值进行缩放，以输出待测量的初始交流电压V o。
本发明通过设置了非隔离的采样电路、高通滤波电路、比例放大电路以及多反馈低通滤波与电平提升电路。其中，采样电路能够将待测量信号的电平调整到测量电路允许的电平范围，高通滤波电路可以滤除输入信号中的直流偏置，同时采用比例放大电路，将高通滤波电路输出的交流信号的幅值进行适当放大，并采用多反馈低通滤波电路，滤除待测量交流信号中的高频噪声，同时对待测量的交流电压信号电平进行比例缩放和电平提升，以输出待测量的初始交流电压V o。
在一些实施方式中，还包括以下步骤：采用校正电路对待测量的初始交流电压V o的幅值与相位进行采样、提取并校正，以输出待测量的实际交流电压V ac。本发明设置了校正电路，根据交流电压的频率和滤波器的传递函数，对数字控制测量的交流电压幅值和相位进行校正。
在一些实施方式中，采样电压V os的计算公式为，式中，V in为输入电压，R s1 、R s2 、为采样电路中分压电阻的阻值，k 1 = R s2 /R s1 。
在一些实施方式中，采样电路包括4个分压电阻、1个运放放大器OPA1，4个分压电阻分别为分压电阻R s1 、分压电阻R s2 、分压电阻R s3 、分压电阻R s4 ，且4个分压电阻需满足：。
在一些实施方式中，交流电压V oh的计算公式为式中，V os为采样电压，s为拉普拉斯变换参数，R H1 、R H2 为高通滤波电路中电阻的阻值，C H1 、C H2 为高通滤波电路中电容的电容值，/>为自然振荡角频率，其对应的频率为/>，/>为高通滤波器阻尼系数，且/>=0.707，G1(s)代表传递函数。
在一些实施方式中，高通滤波电路中带宽f n1的计算公式为
f n1=f ac/10，
式中，f ac为待测量交流电压的频率。
在一些实施方式中，交流电压V oa的计算公式为，式中，R 6 、R 8 为比例放大电路中电阻的阻值，k 2 =R 8 /R 6 。
在一些实施方式中，待测量的初始交流电压V o的计算公式为
，，式中，V o1为交流电压，V DD为运算放大电路直流供电电压，R 1 、R 2 、R 3 、R 4 、R 5 为多反馈低通滤波与电平提升电路中电阻的阻值，R 9 、R 10 为比例放大电路中电阻的阻值，C 1 、C 2 为多反馈低通滤波与电平提升电路中电容的电容值，s为拉普拉斯变换参数，/>为自然振荡角频率，其对应的频率为/>，/>为多反馈低通滤波器阻尼系数，且/>=0.707，k3=R3/R4，k4=R3/R1，k5=R10/R9，/>，其中，f ac是待测量交流电压的频率，G 2 (s)代表传递函数。
在一些实施方式中，待测量的实际交流电压V ac的计算公式为
。
通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：
本发明设置了一个非隔离的采样电路，将待测量信号的电平调整到测量电路允许的电平范围，再采用高通滤波电路滤除输入信号中的直流偏置，同时采用比例放大电路，将高通滤波电路输出的交流信号的幅值进行适当放大，并采用多反馈低通滤波电路，滤除待测量交流信号中的高频噪声，同时对待测量的交流电压信号电平进行比例缩放和电平提升，将待测量交流电压信号的幅值调理到适合数字控制器的模数转换(Analog DigitalConverter, ADC)接口的电平，最后通过数字控制器的模数转换(Analog DigitalConverter, ADC)模块获取送入数字控制器的交流信号。由于直流偏置电压被设计的高通滤波器滤除，而且交流信号的幅值可以通过调节电路进行放大或缩小，因此，采用本发明测量的含直流偏置的交流电压信号更加准确。
此外，数字控制器得到的交流电压信号的幅值和相位包含了待测量元器件的信息，通过软件锁相环(Software Phase Lock Loop, SPLL)提取出数字控制器测量的交流电压的幅值和相位。然而由于高通和低通滤波器会对待测量交流电压信号的幅值和相位产生影响。为了提高交流电压的测量准确度，需要根据交流电压的频率和滤波器的传递函数，对数字控制测量的交流电压幅值和相位进行校正。本发明设置了详细的校正方法，提高了含直流偏置的交流电压的测量精度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
无疑的，本发明的此类目的与其他目的在下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施方式细节说明后将变为更加显见。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个或数个较佳实施方式，并配合所示附图，作详细说明如下。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施方式共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，并且附图是示意性的，并不一定按照实际的比例绘制。
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个或数个实施方式，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，还可以根据此类附图获得其他的附图。
图1为本发明一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路结构示意图；
图2为本发明一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路原理图；
图2-a为采样电路原理图；
图2-b为高通滤波电路原理图；
图2-c为比例放大电路图；
图2-d为多反馈低通滤波与电平提升电路原理图；
图3为本发明一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量方法的流程示意图。
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，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过渡结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
参照图1-图2，图1为本发明一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路结构示意图；图2为本发明一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路原理图，其中，图2-a为采样电路原理图；图2-b为高通滤波电路原理图；图2-c为比例放大电路图；图2-d为多反馈低通滤波与电平提升电路原理图。
根据本发明的一些实施方式，本发明提供了一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路，包括采样电路、高通滤波电路、比例放大电路、多反馈低通滤波与电平提升电路。采样电路用于对输入电压V in的幅值进行缩放，将输入电压V in的电平调节到测量电路允许的电平范围，输出采样电压V os；高通滤波电路用于滤除采样电压V os中的直流偏置电压V dc，并输出交流电压V oh；比例放大电路用于提高交流电压V oh的幅值，并输出交流电压V oa；多反馈低通滤波与电平提升电路用于对交流电压V oa的电平进行调节并对交流电压V oa的幅值进行缩放，输出待测量的初始交流电压V o。
本发明通过设置了非隔离的采样电路、高通滤波电路、比例放大电路以及多反馈低通滤波与电平提升电路。其中，采样电路能够将待测量信号的电平调整到测量电路允许的电平范围，高通滤波电路可以滤除输入信号中的直流偏置，同时采用比例放大电路，将高通滤波电路输出的交流信号的幅值进行适当放大，并采用多反馈低通滤波电路，滤除待测量交流信号中的高频噪声，同时对待测量的交流电压信号电平进行比例缩放和电平提升，以输出待测量的初始交流电压V o。
根据本发明的一些实施方式，可选地，本发明还包括校正电路。校正电路用于对待测量的初始交流电压V o的幅值与相位进行采样、提取并校正，输出待测量的实际交流电压V ac。数字控制器得到的交流电压信号的幅值和相位包含了待测量元器件的信息，通过软件锁相环(Software Phase Lock Loop, SPLL)提取出数字控制器测量的交流电压的幅值和相位，但是由于高通和低通滤波器会对待测量交流电压信号的幅值和相位产生影响，为了提高交流电压的测量准确度，本发明设置了校正电路，根据交流电压的频率和滤波器的传递函数，对数字控制测量的交流电压幅值和相位进行校正。
根据本发明的一些实施方式，可选地，采样电路包括4个分压电阻、1个运放放大器OPA1。4个分压电阻分别为分压电阻R s1 、分压电阻R s2 、分压电阻R s3 、分压电阻R s4 ，且4个分压电阻需满足：。
本发明通过合理地设置各个分压电阻之间的关系，保证了采样电路采样信号的准确性。
根据本发明的一些实施方式，可选地，高通滤波电路包括2个电容、2个电阻以及1个运放放大器OPA2。本发明将高通滤波电路设置成2个电容、2个电阻以及1个运放放大器，使得直流电压信号能够被完全滤除掉。
根据本发明的一些实施方式，可选地，比例放大电路包括3个电阻以及1个运放放大器OPA3。3个电阻分别为电阻R 6 、电阻R 7 、电阻R 8 ，且3个电阻需满足：
R 7=R 6//R 8。
本发明将比例放大电路中的电阻R 7阻值设置成R 6和R 8的并联阻值，保证了运放输入阻抗对称。
根据本发明的一些实施方式，可选地，多反馈低通滤波与电平提升电路包括2个电容、5个电阻以及1个运放放大器OPA4。本发明通过设置了多反馈低通滤波电路，有利于滤除待测量交流信号中的高频噪声，同时设置了电平提升电路，能够对待测量的交流电压信号电平进行比例缩放和电平提升。
根据本发明的一些实施方式，可选地，多反馈低通滤波与电平提升电路连接有比例放大电路。比例放大电路包括3个电阻以及1个运放放大器OPA5，3个电阻分别为电阻R 9 、电阻R 10 、电阻R 11 ，且3个电阻需满足：
R11=R9//R10。
本发明将比例放大电路中的电阻R 11 阻值设置成R 9 和R 10 的并联阻值，能够保证运放输入的阻抗对称。
根据本发明的一些实施方式，可选地，校正电路包括数字控制器、单相软件锁相环、幅值相位补偿器。数字控制器用于采样待测量的初始交流电压V o，单相软件锁相环用于提取待测量的初始交流电压V o的幅值与相位信息，幅值相位补偿器用于校正待测量的初始交流电压V o的幅值与相位信息。本发明通过设置了校正电路，使得待测量的初始交流电压V o的幅值与相位信息的准确度更高。
参照图3，图3为本发明一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量方法的流程示意图。
根据本发明的一些实施方式，本发明还提供了一种含直流偏置的交流电压信号的测量方法。该测量方法包括以下步骤：
S1.采用采样电路对输入电压V in的幅值进行缩放，并将输入电压V in的电平调节到测量电路允许的电平范围，以输出采样电压V os；
S2.采用高通滤波电路滤除采样电压V os中的直流偏置电压V dc，并输出交流电压V oh；
S3.采用比例放大电路提高交流电压V oh的幅值，并输出交流电压V oa；
S4.采用多反馈低通滤波与电平提升电路对交流电压V oa的电平进行调节并对交流电压V oa的幅值进行缩放，以输出待测量的初始交流电压V o。
本发明通过设置了非隔离的采样电路、高通滤波电路、比例放大电路以及多反馈低通滤波与电平提升电路。其中，采样电路能够将待测量信号的电平调整到测量电路允许的电平范围，高通滤波电路可以滤除输入信号中的直流偏置，同时采用比例放大电路，将高通滤波电路输出的交流信号的幅值进行适当放大，并采用多反馈低通滤波电路，滤除待测量交流信号中的高频噪声，同时对待测量的交流电压信号电平进行比例缩放和电平提升，以输出待测量的初始交流电压V o。
根据本发明的一些实施方式，可选地，本发明还包括以下步骤：
S5.采用校正电路对待测量的初始交流电压V o的幅值与相位进行采样、提取并校正，以输出待测量的实际交流电压V ac。
本发明设置了校正电路，根据交流电压的频率和滤波器的传递函数，对数字控制测量的交流电压幅值和相位进行校正。
根据本发明的一些实施方式，可选地，采样电压V os的计算公式为，式中，V in为输入电压，R s1 、R s2 、为采样电路中分压电阻的阻值，k 1 = R s2 /R s1 。
根据本发明的一些实施方式，可选地，采样电路包括4个分压电阻、1个运放放大器OPA1，4个分压电阻分别为分压电阻R s1 、分压电阻R s2 、分压电阻R s3 、分压电阻R s4 ，且4个分压电阻需满足：。
根据本发明的一些实施方式，可选地，交流电压V oh的计算公式为式中，V os为采样电压，s为拉普拉斯变换参数，R H1 、R H2 为高通滤波电路中电阻的阻值，C H1 、C H2 为高通滤波电路中电容的电容值，/>为自然振荡角频率，其对应的频率为/>，/>为高通滤波器阻尼系数，且/>=0.707，G1(s)代表传递函数。
根据本发明的一些实施方式，可选地，高通滤波电路中带宽f n1的计算公式为
f n1=f ac/10，
式中，f ac为待测量交流电压的频率。
根据本发明的一些实施方式，可选地，交流电压V oa的计算公式为，式中，R 6 、R 8 为比例放大电路中电阻的阻值，k 2 =R 8 /R 6 。
根据本发明的一些实施方式，可选地，待测量的初始交流电压V o的计算公式为
，，式中，V o1为交流电压，V DD为运算放大电路直流供电电压，R 1 、R 2 、R 3 、R 4 、R 5 为多反馈低通滤波与电平提升电路中电阻的阻值，R 9 、R 10 为比例放大电路中电阻的阻值，C 1 、C 2 为多反馈低通滤波与电平提升电路中电容的电容值，s为拉普拉斯变换参数，/>为自然振荡角频率，其对应的频率为/>，/>为多反馈低通滤波器阻尼系数，且/>=0.707，k3=R3/R4，k4=R3/R1，k5=R10/R9，/>，其中，f ac是待测量交流电压的频率，G 2 (s)代表传递函数。
根据本发明的一些实施方式，可选地，待测量的实际交流电压V ac的计算公式为
。
应该理解的是，本发明所公开的实施方式不限于此处所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的此类特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“实施方式”意指结合实施方式描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语或“实施方式”并不一定均指同一个实施方式。
此外，所描述的特征或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施方式中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如厚度、数量等，以提供对本发明的实施方式的全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本发明无需上述一个或多个具体的细节便可实现或者也可采用其他方法、组件、材料等实现。

Claims (9)

1.一种含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路，其特征在于，包括
采样电路，其用于对输入电压Vin的幅值进行缩放，将输入电压Vin的电平调节到测量电路允许的电平范围，输出采样电压Vos；
高通滤波电路，其用于滤除采样电压Vos中的直流偏置电压Vdc，并输出交流电压Voh；
比例放大电路，其用于提高交流电压Voh的幅值，并输出交流电压Voa；
多反馈低通滤波与电平提升电路，其用于对交流电压Voa的电平进行调节并对交流电压Voa的幅值进行缩放，输出待测量的初始交流电压Vo；
校正电路，其用于对待测量的初始交流电压Vo的幅值与相位进行采样、提取并校正，输出待测量的实际交流电压Vac；
其中，校正电路包括数字控制器、单相软件锁相环、幅值相位补偿器，数字控制器用于采样待测量的初始交流电压Vo，单相软件锁相环用于提取待测量的初始交流电压Vo的幅值与相位信息，幅值相位补偿器用于校正待测量的初始交流电压Vo的幅值与相位信息；
交流电压Voh的计算公式为
式中，Vos为采样电压，s是拉普拉斯变换参数，RH1、RH2为高通滤波电路中电阻的阻值，CH1、CH2为高通滤波电路中电容的电容值，ωn1为自然振荡角频率，其对应的频率为fn1＝ωn1/(2π)，ζ1为高通滤波器阻尼系数，且ζ1＝0.707，G1(s)代表传递函数；
待测量的初始交流电压Vo的计算公式为
式中，Vo1为交流电压，VDD为运算放大电路直流供电电压，R1、R2、R3、R4、R5为多反馈低通滤波与电平提升电路中电阻的阻值，R9、R10为比例放大电路中电阻的阻值，C1、C2为多反馈低通滤波与电平提升电路中电容的电容值，s为拉普拉斯变换参数，ωn2为自然振荡角频率，其对应的频率为fn2＝ωn2/(2π)，ζ2为多反馈低通滤波器阻尼系数，且ζ2＝0.707，k3＝R3/R4，k4＝R3/R1，k5＝R10/R9，fn2＝10*fac，其中，fac是待测量交流电压的频率，G2(s)代表传递函数；
待测量的实际交流电压Vac的计算公式为
采样电压Vos的计算公式为
式中，Vin为输入电压，Rs1、Rs2为采样电路中分压电阻的阻值，k1＝Rs2/Rs1；
交流电压Voa的计算公式为
式中，R6、R8为比例放大电路中电阻的阻值，k2＝R8/R6。
2.根据权利要求1所述的含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路，其特征在于，采样电路包括4个分压电阻、1个运放放大器，4个分压电阻分别为分压电阻Rs1、分压电阻Rs2、分压电阻Rs3、分压电阻Rs4，且4个分压电阻需满足：
3.根据权利要求1所述的含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路，其特征在于，高通滤波电路包括2个电容、2个电阻以及1个运放放大器。
4.根据权利要求1所述的含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路，其特征在于，比例放大电路包括3个电阻以及1个运放放大器，3个电阻分别为电阻R6、电阻R7、电阻R8，且3个电阻需满足：
R7＝R6//R8。
5.根据权利要求1所述的含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路，其特征在于，多反馈低通滤波与电平提升电路包括2个电容、5个电阻以及1个运放放大器。
6.根据权利要求1所述的含直流偏置的交流电压信号非隔离测量电路，其特征在于，多反馈低通滤波与电平提升电路连接有比例放大电路，比例放大电路包括3个电阻以及1个运放放大器，其特征在于，3个电阻分别为电阻R9、电阻R10、电阻R11，且3个电阻需满足：
R11＝R9//R10。
7.一种含直流偏置的交流电压信号的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用采样电路对输入电压Vin的幅值进行缩放，并将输入电压Vin的电平调节到测量电路允许的电平范围，以输出采样电压Vos；
采用高通滤波电路滤除采样电压Vos中的直流偏置电压Vdc，并输出交流电压Voh；
采用比例放大电路提高交流电压Voh的幅值，并输出交流电压Voa；
采用多反馈低通滤波与电平提升电路对交流电压Voa的电平进行调节并对交流电压Voa的幅值进行缩放，以输出待测量的初始交流电压Vo；
采用校正电路对待测量的初始交流电压Vo的幅值与相位进行采样、提取并校正，以输出待测量的实际交流电压Vac；其中，
交流电压Voh的计算公式为
式中，Vos为采样电压，s是拉普拉斯变换参数，RH1、RH2为高通滤波电路中电阻的阻值，CH1、CH2为高通滤波电路中电容的电容值，ωn1为自然振荡角频率，其对应的频率为fn1＝ωn1/(2π)，ζ1为高通滤波器阻尼系数，且ζ1＝0.707，G1(s)代表传递函数；
待测量的初始交流电压Vo的计算公式为
式中，Vo1为交流电压，VDD为运算放大电路直流供电电压，R1、R2、R3、R4、R5为多反馈低通滤波与电平提升电路中电阻的阻值，R9、R10为比例放大电路中电阻的阻值，C1、C2为多反馈低通滤波与电平提升电路中电容的电容值，s为拉普拉斯变换参数，ωn2为自然振荡角频率，其对应的频率为fn2＝ωn2/(2π)，ζ2为多反馈低通滤波器阻尼系数，且ζ2＝0.707，k3＝R3/R4，k4＝R3/R1，k5＝R10/R9，fn2＝10*fac，其中，fac是待测量交流电压的频率，G2(s)代表传递函数；
待测量的实际交流电压Vac的计算公式为
采样电压Vos的计算公式为
式中，Vin为输入电压，Rs1、Rs2为采样电路中分压电阻的阻值，k1＝Rs2/Rs1；
交流电压Voa的计算公式为
式中，R6、R8为比例放大电路中电阻的阻值，k2＝R8/R6。
8.根据权利要求7所述的含直流偏置的交流电压信号的测量方法，其特征在于，采样电路包括4个分压电阻、1个运放放大器，4个分压电阻分别为分压电阻Rs1、分压电阻Rs2、分压电阻Rs3、分压电阻Rs4，且4个分压电阻需满足：
9.根据权利要求7所述的含直流偏置的交流电压信号的测量方法，其特征在于，高通滤波电路中带宽fn1的计算公式为
fn1＝fac/10，
式中，fac是待测量交流电压的频率。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156209A (zh) * 2011-03-22 2011-08-17 电子科技大学 一种宽带数字示波器通道偏置调节电路
CN202093092U (zh) * 2011-04-14 2011-12-28 利尔达科技有限公司 一种全能电能计量芯片
CN109327048A (zh) * 2018-11-14 2019-02-12 南京航空航天大学 一种并网变流器鲁棒锁相系统及方法
CN110333468A (zh) * 2019-07-12 2019-10-15 核工业理化工程研究院 应用于整流器的逆变测试校正方法
CN209690401U (zh) * 2019-01-11 2019-11-26 西安铁路职业技术学院 一种交流电压直流分量检测电路
CN210441978U (zh) * 2019-07-25 2020-05-01 合肥同智机电控制技术有限公司 一种压电式振动传感器的多路振动信号采集处理装置
CN116413623A (zh) * 2021-12-29 2023-07-11 未势能源科技有限公司 用于燃料电池交流阻抗测试的电压检测电路和测试系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1574863B1 (en) * 2004-02-16 2009-01-07 Alstom Belgium S.A. Method of measuring a monophase voltage

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156209A (zh) * 2011-03-22 2011-08-17 电子科技大学 一种宽带数字示波器通道偏置调节电路
CN202093092U (zh) * 2011-04-14 2011-12-28 利尔达科技有限公司 一种全能电能计量芯片
CN109327048A (zh) * 2018-11-14 2019-02-12 南京航空航天大学 一种并网变流器鲁棒锁相系统及方法
CN209690401U (zh) * 2019-01-11 2019-11-26 西安铁路职业技术学院 一种交流电压直流分量检测电路
CN110333468A (zh) * 2019-07-12 2019-10-15 核工业理化工程研究院 应用于整流器的逆变测试校正方法
CN210441978U (zh) * 2019-07-25 2020-05-01 合肥同智机电控制技术有限公司 一种压电式振动传感器的多路振动信号采集处理装置
CN116413623A (zh) * 2021-12-29 2023-07-11 未势能源科技有限公司 用于燃料电池交流阻抗测试的电压检测电路和测试系统

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