CN202600040U - 精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置 - Google Patents

Abstract

一种精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置，包括微处理器、电流互感器以及与电流互感器相连的电压幅值采样组件和电流过零点检测组件，电压幅值采样组件包括依次相连的整流桥、稳压管D18以及第一滤波电路，由电流互感器采样得到的电流值依次经整流桥、稳压管D18、第一滤波电路后输出直流电压信号至微处理器的AD转换端口供微处理器处理；电流过零点检测组件包括依次相连的第二滤波电路以及差分比较器、施密特触发器，由电流互感器采样得到的电流值经第二滤波电路、差分比较器、施密特触发器后传送至于微处理器用于产生中断。本实用新型具有结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、能够大大提高工作稳定性和可靠性等优点。

Description

精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置

技术领域

本实用新型主要涉及到电机拖动、晶闸管控制领域，特指一种交流电流过零点检测及幅值采样装置。

背景技术

在现有技术中，电流采样电路大多过于复杂，其采用了过多的元器件，从而大大增加了硬件成本。通常的电流采样处理大多需要高性能DSP和极高速AD转换芯片，对于实时性能要求不高，成本控制严格的场合尚无独特的电路结构。在一般的常规电路中，如果同时实现电流幅值采样及电流过零点检测的话，将会使电路异常冗杂，设计复杂，成本更加提高。

目前，常规的电流采样电路如图1所示，均是采用高精度电流互感器，然后经过运算放大器加电压跟随器的方式。在上述结构中，电压跟随器主要起到隔离的作用，用以实现阻抗匹配；在A/D入口采用二极管钳位，防止A/D输入电压越界。上述电路结构能够实现电流的瞬时采集，具有较高的实时采集性能；该电路需要高性能的DSP将采集的数据进行实时处理，采用高速A/D转换芯片，再经过DSP软件处理，电流相位可以通过计算得到。但是，该电路结构的硬件成本及处理难度较高，A/D转换芯片和DSP不停歇的实时高速处理，消耗了大量的软硬件资源，并且该电路要有专门的正负电源供电。将采集到的交流电流经运算放大器转换为电压信号，还需要经过电压平移电路，将交流电压信号平移为0～3.3V单极性电压信号，然后送入DSP的A/D通道引脚。对于电压平移电路，要实现较为精确的电压平移，将双极性转换为单极性，需要耗费较多的调试时间。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、成本低廉、适用范围广、能够大大提高工作稳定性和可靠性的精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置，包括微处理器、电流互感器以及与电流互感器相连的电压幅值采样组件和电流过零点检测组件，所述电压幅值采样组件包括依次相连的整流桥、稳压管D18以及由电阻R38和电容C13组成的第一滤波电路，由电流互感器采样得到的电流值依次经整流桥、稳压管D18、第一滤波电路后输出直流电压信号至微处理器的AD转换端口供微处理器处理；所述电流过零点检测组件包括依次相连的由电阻R30、电阻R42和电容C11组成第二滤波电路以及差分比较器、施密特触发器，所述由电流互感器采样得到的电流值经第二滤波电路、差分比较器、施密特触发器后传送至于微处理器用于产生中断。

作为本实用新型的进一步改进：

所述施密特触发器后进一步设置用来限电流保护以防止微处理器中断口过流损坏的电阻R31。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置，结构精炼紧凑、性能优越，采用最少的元器件即可完成采样功能，达到了最高的效用，整个结构构思巧妙，节省了硬件成本，提高了电路的稳定性和可靠性，尤其适合对于成本控制严格的场合。

2、本实用新型的精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置，适用于实时性要求不高的场合。速度较低的AD转换芯片也能在本电路中适用（包括串行AD转换芯片），低速单片机也可用于采样值的处理，本实用新型填补了在实时性要求不高时电流采样电路的空白。

3、本实用新型的精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置，是单电源供电电路。高性能整流桥的使用令交流电流处理后转换成电压信号可以直接与AD转换端口接口，免除了专用正负供电电源及复杂的电压平移处理和繁琐的调试。

附图说明

图1是现有技术的电路原理示意图。

图2是本实用新型的电路原理示意图。

图例说明

1、电压幅值采样组件；2、电流过零点检测组件；3、电流互感器；4、AD转换端口；5、差分比较器；6、施密特触发器；7、整流桥；8、微处理器。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图2所示，本实用新型的精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置，包括微处理器8、电流互感器3以及与电流互感器3相连的电压幅值采样组件1和电流过零点检测组件2，电压幅值采样组件1包括依次相连的整流桥7、稳压管D18以及由电阻R38和电容C13组成的第一滤波电路，由电流互感器3采样得到的电流值依次经整流桥7、稳压管D18、第一滤波电路后输出直流电压信号至微处理器8的AD转换端口4；电流过零点检测组件2包括依次相连的由电阻R30、电阻R42和电容C11组成的第二滤波电路以及差分比较器5、施密特触发器6，由电流互感器3采样得到的电流值经第二滤波电路、差分比较器5、施密特触发器6后传送至于微处理器8用于产生中断。

本实施例中，电流信号通过Iin进入整流桥7 MB6S，再由Iout出来。在电压幅值采样组件1中，整流桥7为MB6S整流桥，由电流互感器3采样得到的电流值通过该整流桥7后整流为单极性电流。稳压管D18起到电压钳位保护作用，保证微处理器8的AD转换端口4的电压不会越界。稳压管D18的稳压值可以根据微处理器8的AD转换端口4的输入电压的最大值来确定。电阻R38负责将单极交流电流转换为电压信号，第一滤波电路将交流电压信号转换成为直流电压信号。电阻R38的取值可以经过调试确定。直流电压信号幅值和电网交流电流幅值成比例，因此，此直流电压信号就可以用来表示电网交流电流的幅值。此直流电压信号连接至微处理器8（单片机或是DSP芯片）的AD转换端口4的端口，经微处理器8的AD转换端口4转换后，传送给微处理器8处理，从而完成了电流幅值采样。本实用新型能够应用于电流实时性要求不高的场合。

本实施例中，在电流过零点检测组件2中，由电流互感器3采样得到的电流值经过第二滤波电路，第二滤波电路用来滤除掉脉冲尖峰。交流电流经高性能的差分比较器5 LM239后产生方波信号，再经施密特触发器6 74HC14脉冲整形后，传送给微处理器8用于产生中断。工作时，电流信号经过R30的限流作用，到达差分比较器5 LM239的反相输入端，将交流电流转换成方波电压信号，R28与R30阻值成一定的关系，保证输入电流信号经过处理后变成74HC14端口可以接受的信号（0～5v）；再经过施密特触发器6 74HC14，将方波信号整形，边沿更陡峭；然后将信号传送给微处理器8捕获单元，产生中断，得到电流过零点信号。

本实施例中，在施密特触发器6后进一步设置电阻R31，该电阻31用于限电流保护，防止微处理器8中断口过流损坏。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置，其特征在于：包括微处理器（8）、电流互感器（3）以及与电流互感器（3）相连的电压幅值采样组件（1）和电流过零点检测组件（2），所述电压幅值采样组件（1）包括依次相连的整流桥（7）、稳压管D18以及由电阻R38和电容C13组成的第一滤波电路，由电流互感器（3）采样得到的电流值依次经整流桥（7）、稳压管D18、第一滤波电路后输出直流电压信号至微处理器的AD转换端口（4）供微处理器处理；所述电流过零点检测组件（2）包括依次相连的由电阻R30、电阻R42和电容C11组成的第二滤波电路以及差分比较器（5）、施密特触发器（6），所述由电流互感器（3）采样得到的电流值经第二滤波电路、差分比较器（5）、施密特触发器（6）后传送至于微处理器（8）用于产生中断。

2.根据权利要求1所述的精简型交流电流过零点检测及幅值采样装置，其特征在于：所述施密特触发器（6）后进一步设置用来限电流保护以防止微处理器（8）中断口过流损坏的电阻R31。

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