CN203352539U

CN203352539U - 一种非失真电流模拟采样小信号放大电路

Info

Publication number: CN203352539U
Application number: CN 201320415347
Authority: CN
Inventors: 高学超; 陈朋朋
Original assignee: LANGFANG IN-POWER ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: Kbr Power Quality Management Shanghai Co ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2023-07-12

Abstract

本实用新型公开了一种非失真电流模拟采样小信号放大电路，涉及电网无功补偿装置技术领域。包括电阻采样电路、运算放大电路、功率放大电路和PI闭环控制电路。所述电阻采样电路的输入端为所述小信号放大电路的输入端，所述电阻采样电路的输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端一路为所述小信号放大电路的输出端，另一路经PI闭环控制电路与运算放大电路的输入端连接。所述小信号放大电路解决了小信号远距离传输的噪声干扰和相位失真问题，提高了补偿设备对电网的补偿效果。

Description

一种非失真电流模拟采样小信号放大电路

技术领域

本实用新型涉及电网无功补偿装置技术领域，尤其涉及一种非失真电流模拟采样小信号放大电路。

背景技术

随着我国国民经济和装备制造业的快速发展，生产力水平和工业化水平的不断提高，各种大型电气传动设备、大型机电设备以及冶金装备等大功率设备已经得到广泛的应用。随之而来的是电网供电质量的日益恶化，电网电压波形畸变，功率因数大大降低，公用电网的谐波危害严重，使得电力系统功率传输能力降低，不断困扰着我们的生产生活。近年来国家大力提倡“节能环保，清洁电力”，提高电网功率因数，消除电网谐波。

电力有源滤波器（APF）作为有效解决电网谐波和无功补偿问题的主要设备之一，目前在电能质量和无功补偿领域已得到广泛应用。但是，针对不同的工程对象，特别是在网侧电流检测电流互感器距离与无功补偿设备较远时，其在网侧检测到的电流信号经过长距离传输以后，必将存在信号削弱、滞后、失真等问题。尤其是在电网侧负载电流较小的工况条件下，电网CT检测到电流小信号直接通过电缆长距离传送到补偿设备采样端，补偿设备采样端接收到电流小信号由于电缆线的长距离传输而引入了噪声干扰及相位失真，大大影响了补偿设备对电网的补偿效果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种非失真电流模拟采样小信号放大电路，解决了小信号远距离传输的噪声干扰和相位失真问题，提高了补偿设备对电网的补偿效果。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种非失真电流模拟采样小信号放大电路，其特征在于包括电阻采样电路、运算放大电路、功率放大电路和PI闭环控制电路，所述电阻采样电路的输入端为所述小信号放大电路的输入端，所述电阻采样电路的输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端一路为所述小信号放大电路的输出端，另一路经PI闭环控制电路与运算放大电路的输入端连接。

优选的，所述电阻采样电路包括电阻R10、电阻R19、电阻R21、电阻R24、电阻R28-R30、电容C6、电容C11、运算放大器AR1、电阻R66、电阻R73、电阻R74、电阻R78、电阻R79-R81、电容C48、电容C51、运算放大器AR9，电阻采样电路输入端Ina的第一路经电阻R28接地，第二路经电阻R29接地，第三路经电阻R24接运算放大器AR1的一个输入端；电阻R30的一端接电阻R24与运算放大器AR1的结点，另一端接地；所述电容C11与电阻R30并联；电阻R19的一端接地，另一端接运算放大器AR1的另一个输入端；运算放大器AR1的输出端依次经电阻R21、电阻R10接电阻R19与运算放大器AR1的结点，电容C6与电阻R10并联，电阻R10与电阻R21的结点为电阻采样电路的一个输出端；

电阻采样电路输入端Inb的第一路经电阻R79接地，第二路经电阻R80接地，第三路经电阻R78接运算放大器AR9的一个输入端；电阻R81的一端接电阻R78与运算放大器AR9的结点，另一端接地；所述电容C51与电阻R81并联；电阻R73的一端接地，另一端接运算放大器AR9的另一个输入端；运算放大器AR9的输出端依次经电阻R74、电阻R66接电阻R73与运算放大器AR9的结点，电容C48与电阻R66并联，电阻R66与电阻R74的结点为电阻采样电路的另一个输出端。

优选的，所述运算放大电路包括电阻R8、电阻R11、电阻R20、电阻R31、电容C7和运算放大电路AR2，所述运算放大电路的输入端Ia经电阻R8接运算放大器AR2的一个输入端，运算放大电路的另输入端Ib经电阻R20接所述运算放大器AR2的输入端；电阻R31的一端接地，另一端接运算放大器AR2的另一个输入端；运算放大器AR2的输出端经电阻R11接电阻R8与运算放大器AR2的结点，电容C7与所述电阻R11并联，运算放大器AR2的输出端为所述运算放大电路的输出端。

优选的，所述PI闭环控制电路包括电阻R1-R3、电阻R9、电阻R13-R14、电阻R22-R23、电阻R25、电阻R27、电阻R32、电阻R126、电阻R129、电阻R132、电阻R135-R138、电容C1-C2、电容C9、电容C90、电容C93、运算放大器AR3-AR4,和运算放大器AR14，所述控制电路的一个输入端经电阻R22接运算放大器AR3的一个输入端，所述运算放大器AR3的另一个输入端经电阻R32接地；运算放大器AR3输出端的第一路经电阻R13接电阻R22与运算放大器AR3的结点，电阻R1和电容C1串联后并联在电阻R13的两端，运算放大器AR3输出端的第二路经电阻R27接运算放大器AR4的一个输入端，电阻R23的一端接运算放大器AR4的另一端输出端，电阻R23的另一端为反馈端；运算放大器AR4输出端的一路经电阻R14接电阻R23与运算放大器AR4的结点，电容C9与电阻R14并联，电阻R2与电容C2串联后与电阻R14并联，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端接电阻R2与电阻R14的结点；电阻R25的一端接运算放大器AR4的输出端，另一端为所述控制电路的输出端；

所述控制电路的另一个输入端的第一路经电阻R132接运算放大器AR14的一个输入端，第二路经电阻R135接地，第三路经电阻R136接地，第四路经电阻R137接地，第五路经电阻R147接地，电阻R138的一端接地，另一端接电阻R132与运算放大器AR14的结点，电容C93与电阻R138并联；电阻R129的一端接地，另一端接运算放大器AR14的另一个输入端；电阻R126的一端接电阻R129与运算放大器AR14的结点，另一端接运算放大器AR14的输出端，电容C90与电阻R126并联；运算放大器AR14的输出端经电阻R9接电阻R1与电阻R13的结点。

优选的，所述功率放大电路包括电阻R4-R5、电阻R18、电阻R26、电阻R33-R34、电阻R37-R38、电容C4-C5、电容C13-C14、电感L1、二极管D1-D2、三极管Q1-Q2和三极管Q5-Q6，所述功率放大电路输入端的第一路接三极管Q1的基极，第二路经电阻R26接地，第三路接三极管Q5的基极；三极管Q1集电极的第一路经电阻R4接电源，电容C5与电阻R4并联，三极管Q1集电极的第二路经电阻R15接三极管Q2的基极，三极管Q1的发射极接地；三极管Q2的发射极经电阻R5接电源，三极管Q2集电极的第一路接三极管Q6的集电极，三极管Q2集电极的第二路接电感L1的一端，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极经电阻R37接电源，电容C14与电阻R37并联，三极管Q6的基极经电阻R34接电阻R37与三极管Q5的结点，三极管Q6的发射极经电阻R38接电源；二极管D1的一端接电源，另一端接三极管Q5的集电极；二极管D2的一端接三极管Q5的集电极，另一端接电源；电容C4的一端接电源，另一端依次经电阻R18、电阻R33和电容C13接电源；电感L1的另一端接电阻R18与电阻R33的结点。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述小信号放大电路采用PI闭环控制电路来实现小信号放大，大大提高了响应速度，较小稳态误差，运用自动控制理论，技术可靠稳定。针对不同线路距离而产生的不同等效负载，可以灵活的调节参数，以满足不同负载的不同要求，无需二次设计或修改，应用方便。有效提高了模拟信号的抗干扰能力，因为在模拟小信号直接传输的情况下，很容易受到外界电磁场干扰，从而影响其精度，进一步影响补偿设备的实际工作效率，本申请先把小信号放大以后再行传输，就可以很好地解决信号的抗干扰要求。此外，所述小信号放大电路的体积小，重量轻，成本低，具有较好的推广和使用前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的原理图框图；

图2是电阻采样电路的原理图；

图3是运算放大电路的原理图；

图4是PI闭环控制电路的原理图；

图5是功率放大电路的原理图；

图6是本实用新型的使用状态原理框图。

具体实施方式

如图1所示，一种非失真电流模拟采样小信号放大电路，包括电阻采样电路、运算放大电路、功率放大电路和PI闭环控制电路。所述电阻采样电路的输入端为所述小信号放大电路的输入端，所述电阻采样电路的输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端一路为所述小信号放大电路的输出端，另一路经PI闭环控制电路与运算放大电路的输入端连接。

如图2所示，所述电阻采样电路包括电阻R10、电阻R19、电阻R21、电阻R24、电阻R28-R30、电容C6、电容C11、运算放大器AR1、电阻R66、电阻R73、电阻R74、电阻R78、电阻R79-R81、电容C48、电容C51、运算放大器AR9。电阻采样电路输入端Ina的第一路经电阻R28接地，第二路经电阻R29接地，第三路经电阻R24接运算放大器AR1的一个输入端；电阻R30的一端接电阻R24与运算放大器AR1的结点，另一端接地；所述电容C11与电阻R30并联；电阻R19的一端接地，另一端接运算放大器AR1的另一个输入端；运算放大器AR1的输出端依次经电阻R21、电阻R10接电阻R19与运算放大器AR1的结点，电容C6与电阻R10并联，电阻R10与电阻R21的结点为电阻采样电路的一个输出端。

如图3所示，所述运算放大电路包括电阻R8、电阻R11、电阻R20、电阻R31、电容C7和运算放大电路AR2。所述运算放大电路的输入端Ia经电阻R8接运算放大器AR2的一个输入端，运算放大电路的另输入端Ib经电阻R20接所述运算放大器AR2的输入端；电阻R31的一端接地，另一端接运算放大器AR2的另一个输入端；运算放大器AR2的输出端经电阻R11接电阻R8与运算放大器AR2的结点，电容C7与所述电阻R11并联，运算放大器AR2的输出端为所述运算放大电路的输出端。

如图4所示，所述PI闭环控制电路包括电阻R1-R3、电阻R9、电阻R13-R14、电阻R22-R23、电阻R25、电阻R27、电阻R32、电阻R126、电阻R129、电阻R132、电阻R135-R138、电容C1-C2、电容C9、电容C90、电容C93、运算放大器AR3-AR4和运算放大器AR14。所述控制电路的一个输入端经电阻R22接运算放大器AR3的一个输入端，所述运算放大器AR3的另一个输入端经电阻R32接地；运算放大器AR3输出端的第一路经电阻R13接电阻R22与运算放大器AR3的结点，电阻R1和电容C1串联后并联在电阻R13的两端，运算放大器AR3输出端的第二路经电阻R27接运算放大器AR4的一个输入端，电阻R23的一端接运算放大器AR4的另一端输出端，电阻R23的另一端为反馈端；运算放大器AR4输出端的一路经电阻R14接电阻R23与运算放大器AR4的结点，电容C9与电阻R14并联，电阻R2与电容C2串联后与电阻R14并联，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端接电阻R2与电阻R14的结点；电阻R25的一端接运算放大器AR4的输出端，另一端为所述控制电路的输出端。

如图5所示，所述功率放大电路包括电阻R4-R5、电阻R18、电阻R26、电阻R33-R34、电阻R37-R38、电容C4-C5、电容C13-C14、电感L1、二极管D1-D2、三极管Q1-Q2和三极管Q5-Q6。所述功率放大电路输入端的第一路接三极管Q1的基极，第二路经电阻R26接地，第三路接三极管Q5的基极；三极管Q1集电极的第一路经电阻R4接电源，电容C5与电阻R4并联，三极管Q1集电极的第二路经电阻R15接三极管Q2的基极，三极管Q1的发射极接地；三极管Q2的发射极经电阻R5接电源，三极管Q2集电极的第一路接三极管Q6的集电极，三极管Q2集电极的第二路接电感L1的一端，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极经电阻R37接电源，电容C14与电阻R37并联，三极管Q6的基极经电阻R34接电阻R37与三极管Q5的结点，三极管Q6的发射极经电阻R38接电源；二极管D1的一端接电源，另一端接三极管Q5的集电极；二极管D2的一端接三极管Q5的集电极，另一端接电源；电容C4的一端接电源，另一端依次经电阻R18、电阻R33和电容C13接电源；电感L1的另一端接电阻R18与电阻R33的结点。

所述电阻R21的一端作为A相电流对应的电压信号，R20的一端作为B相电流对应的电压信号，经过运算放大器AR2组成加法电路。加法电路输出信号作为PI闭环控制回路内的被控对象，与从A-输出电流反馈端经过运放AR14 组成的同相比例电路调制输出的反馈信号一起经过由AR3组成电流PI控制环。

如图6所示，本实用新型主要负责在CT侧采集电流小信号，经过本实用新型的无失真放大后，通过屏蔽电缆把放大的无失真信号送到补偿设备采样端，以便给无功补偿设备提供信号采集。在实际的工程应用现场，电流互感器CT安装在电网端一侧，无功补偿设备与谐波源负载的安装位置在集中在另一侧，其中电网端与补偿设备和负载之间由长距离的电缆连接。在此条件下，一般在生产繁忙季节，负载电流比较大，在长距离电缆上产生的无功损耗所占比例不会很大。但是在生产淡季，负载电流较小，此时会在长距离产生的无功损耗所占比例就会加大。为此要想尽可能的提高用户的用电设备功率因数，减少电力罚单，就必须解决掉在淡季时段，补偿包括在长距离电缆上的无功功率，因此要想补偿长距离电缆上的无功，就必须将电流互感器CT安装在电网端侧，将长距离电缆也等效一个负载源。又因为实际施工中安装距离比较远，信号比较小，所以就必须要通过所述小信号放大电路来实现电流小信号的远距离传送到补偿设备的信号采集端。

所述小信号放大电路采用PI闭环控制电路来实现小信号放大，大大提高了响应速度，较小稳态误差，运用自动控制理论，技术可靠稳定。针对不同线路距离而产生的不同等效负载，可以灵活的调节参数，以满足不同负载的不同要求，无需二次设计或修改，应用方便。有效提高了模拟信号的抗干扰能力，因为在模拟小信号直接传输的情况下，很容易受到外界电磁场干扰，从而影响其精度，进一步影响补偿设备的实际工作效率，本申请先把小信号放大以后再行传输，就可以很好地解决信号的抗干扰要求。此外，所述小信号放大电路的体积小，重量轻，成本低，具有较好的推广和使用前景。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及其实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用来帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种非失真电流模拟采样小信号放大电路，其特征在于包括电阻采样电路、运算放大电路、功率放大电路和PI闭环控制电路，所述电阻采样电路的输入端为所述小信号放大电路的输入端，所述电阻采样电路的输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端一路为所述小信号放大电路的输出端，另一路经PI闭环控制电路与运算放大电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种非失真电流模拟采样小信号放大电路，其特征在于所述电阻采样电路包括电阻R10、电阻R19、电阻R21、电阻R24、电阻R28-R30、电容C6、电容C11、运算放大器AR1、电阻R66、电阻R73、电阻R74、电阻R78、电阻R79-R81、电容C48、电容C51、运算放大器AR9，电阻采样电路输入端Ina的第一路经电阻R28接地，第二路经电阻R29接地，第三路经电阻R24接运算放大器AR1的一个输入端；电阻R30的一端接电阻R24与运算放大器AR1的结点，另一端接地；所述电容C11与电阻R30并联；电阻R19的一端接地，另一端接运算放大器AR1的另一个输入端；运算放大器AR1的输出端依次经电阻R21、电阻R10接电阻R19与运算放大器AR1的结点，电容C6与电阻R10并联，电阻R10与电阻R21的结点为电阻采样电路的一个输出端；

3.根据权利要求1所述的一种非失真电流模拟采样小信号放大电路，其特征在于所述运算放大电路包括电阻R8、电阻R11、电阻R20、电阻R31、电容C7和运算放大电路AR2，所述运算放大电路的输入端Ia经电阻R8接运算放大器AR2的一个输入端，运算放大电路的另输入端Ib经电阻R20接所述运算放大器AR2的输入端；电阻R31的一端接地，另一端接运算放大器AR2的另一个输入端；运算放大器AR2的输出端经电阻R11接电阻R8与运算放大器AR2的结点，电容C7与所述电阻R11并联，运算放大器AR2的输出端为所述运算放大电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种非失真电流模拟采样小信号放大电路，其特征在于所述PI闭环控制电路包括电阻R1-R3、电阻R9、电阻R13-R14、电阻R22-R23、电阻R25、电阻R27、电阻R32、电阻R126、电阻R129、电阻R132、电阻R135-R138、电容C1-C2、电容C9、电容C90、电容C93、运算放大器AR3-AR4和运算放大器AR14，所述控制电路的一个输入端经电阻R22接运算放大器AR3的一个输入端，所述运算放大器AR3的另一个输入端经电阻R32接地；运算放大器AR3输出端的第一路经电阻R13接电阻R22与运算放大器AR3的结点，电阻R1和电容C1串联后并联在电阻R13的两端，运算放大器AR3输出端的第二路经电阻R27接运算放大器AR4的一个输入端，电阻R23的一端接运算放大器AR4的另一端输出端，电阻R23的另一端为反馈端；运算放大器AR4输出端的一路经电阻R14接电阻R23与运算放大器AR4的结点，电容C9与电阻R14并联，电阻R2与电容C2串联后与电阻R14并联，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端接电阻R2与电阻R14的结点；电阻R25的一端接运算放大器AR4的输出端，另一端为所述控制电路的输出端；

5.根据权利要求1所述的一种非失真电流模拟采样小信号放大电路，其特征在于所述功率放大电路包括电阻R4-R5、电阻R18、电阻R26、电阻R33-R34、电阻R37-R38、电容C4-C5、电容C13-C14、电感L1、二极管D1-D2、三极管Q1-Q2和三极管Q5-Q6，所述功率放大电路输入端的第一路接三极管Q1的基极，第二路经电阻R26接地，第三路接三极管Q5的基极；三极管Q1集电极的第一路经电阻R4接电源，电容C5与电阻R4并联，三极管Q1集电极的第二路经电阻R15接三极管Q2的基极，三极管Q1的发射极接地；三极管Q2的发射极经电阻R5接电源，三极管Q2集电极的第一路接三极管Q6的集电极，三极管Q2集电极的第二路接电感L1的一端，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极经电阻R37接电源，电容C14与电阻R37并联，三极管Q6的基极经电阻R34接电阻R37与三极管Q5的结点，三极管Q6的发射极经电阻R38接电源；二极管D1的一端接电源，另一端接三极管Q5的集电极；二极管D2的一端接三极管Q5的集电极，另一端接电源；电容C4的一端接电源，另一端依次经电阻R18、电阻R33和电容C13接电源；电感L1的另一端接电阻R18与电阻R33的结点。