CN203405506U - 电阻分压型电压传感器的采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电阻分压型电压传感器的采样电路，包括依次连接的初级放大电路、跟随电路、电压隔离元件和次级放大电路，所述次级放大电路的输出端并接有滤波电路，所述滤波电路的输出端设有用于连接微机保护/控制电路的接线端子，所述初级放大电路的同相输入端设有用于与电阻分压型电压传感器的输出端连接的接线端子，采样电路还包括隔离电源电路和基准电源电路，隔离电源电路和基准电源电路的输入端均设有用于并接二次侧电源的接线端子，所述隔离电源电路的输出端并接初级放大电路运放芯片的电源引脚，所述基准电源电路的输出端连接次级放大电路的同相输入端。本实用新型可以实现现用电阻分压型电压传感器与微机保护/控制系统的连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电压采样电路，具体涉及一种电阻分压型电压传感器的采样电路。
背景技术
为满足电力系统日益提高的可靠性要求，电力设备状态检测技术得到了飞速发展，这一技术要求设备能自诊断、运行状态可控、及时发现故障前兆，即自动化和智能化的要求。作为采集信号的传感器是测量控制系统的基础。只有通过传感器的感知，才能对系统进行测量、控制和保护。目前电力系统电压信号的采集有电磁式电压互感器、电容式分压器、电阻分压型电压传感器。电磁式电压互感器带有电感线圈和铁磁材料，测量范围受铁心磁饱和的限制，传输频带不够宽，而且因为是感性元件，存在铁磁谐振的可能，可靠性差，无法适应配电自动化和开关智能化的要求。电容式分压器属于容性元件，可与系统中的感性元件形成谐振，出现过电压，危及设备和系统的正常运行。电阻分压型电压传感器，不需进行二次变压，可以将一次电压直接转化为电子测量装置可用的10V以内的微信号。电阻分压型电压传感器也有其不到之处，但是它没有饱和问题，不存在铁磁谐振现象，具有很大的动态测量和线性测量区间，自身不消耗功率，已广泛应用于电力系统中。但是电阻分压型电压传感器输出信号由于与一次侧没有电气隔离，同时输出信号范围宽、带有一次侧的噪声、信号比例不合适等原因，不能被微机保护、控制系统直接使用。
实用新型内容
为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种电阻分压型电压传感器的采样电路，可以实现现用电阻分压型电压传感器与微机保护、控制系统的相接。
本实用新型采用的技术方案为：一种电阻分压型电压传感器的采样电路，包括依次连接的初级放大电路、跟随电路、电压隔离元件和次级放大电路，所述次级放大电路的输出端并接有滤波电路，所述滤波电路的输出端设有用于连接微机保护/控制电路的接线端子，所述初级放大电路的同相输入端设有用于与电阻分压型电压传感器的输出端连接的接线端子，所述采样电路还包括隔离电源电路和基准电源电路，所述隔离电源电路和基准电源电路的输入端均设有用于并接二次侧电源的接线端子，所述隔离电源电路的输出端并接所述初级放大电路运放芯片的电源引脚，所述基准电源电路的输出端连接所述次级放大电路的同相输入端。
所述初级放大电路优选为同相可调放大电路，可以包括一个运算放大器、三只定值电阻和一只可调电阻，其中一只定值电阻的一端作为用于与电阻分压型电压传感器的输出端连接的接线端子，另一端连接所述运算放大器的同相输入端，所述可调电阻作为所述运算放大器的反馈电阻，并接于所述运算放大器的反相输入端和输出端之间，另外两只定值电阻中的一只并接在所述运算放大器的同相输入端与地之间，另一只并接在所述运算放大器的反相输入端与地之间，所述运算放大器的输出端作为所述同相可调放大电路的输出端。
所述跟随电路优选为电压跟随电路，可以包括一个运算放大器和一只定值电阻，所述定值电阻的一端作为所述电压跟随电路的输入端，另一端连接所述运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的反相输入端连接其输出端，所述运算放大器的输出端作为所述电压跟随电路的输出端。
所述次级放大电路优选为同相、输入直流偏置放大电路，可以包括一个运算放大器、三只定值电阻和两只二极管，其中一只定值电阻的一端作为所述同相、输入直流偏置放大电路的输入端，另一端连接所述运算放大器的同相输入端，另一只定值电阻作为反馈电阻并接于所述运算放大器的反相输入端与输出端之间，第三只定值电阻并接于所述运算放大器的反相输入端与地之间，两只所述二极管反向并接后再并接于所述运算放大器的同相输入端与反向输入端之间，所述运算放大器的输出端作为所述同相、输入直流偏置放大电路输出端。
所述基准电源电路的输出端可以通过一只定值电阻连接所述运算放大器的同相输入端。
所述滤波电路优选为RC低通滤波电路。
所述隔离电源电路可以包括一只隔离电源芯片、三只电感、两只电阻、两只稳压二极管和两只电容，其中一只电感连接所述隔离电源芯片的电源输入端，该电感的另一端并联一只电容，该电容的另一端接地，构成所述隔离电源芯片的输入LC滤波电路，所述输入LC滤波电路的输入端作为所述隔离电源电路用于并接二次侧电源的接线端子，所述隔离电源芯片的正、负输出端分别连接另外两只电感中的一只，这两只电感的另一端与地之间分别并接一只电容，组成所述隔离电源芯片的正、负输出端的LC滤波电路，这两只电感连接电容的一端还分别连接一只电阻，这两只电阻的另一端作为所述隔离电源电路的输出端，与地之间分别并接一只稳压二极管。
本实用新型的有益效果：本实用新型采用隔离电源电路供电，可以实现一次侧与二次侧的电源隔离；电压信号采用电压隔离元件隔离，可以实现一次侧与二次侧的信号隔离，从而使本实用新型输出的信号能被微机保护/控制系统直接使用，实现现用电阻分压型电压传感器与微机保护/控制系统的相接。
初级放大电路由电阻、运算放大器组成，采用同相放大方式，反馈电阻采用可调电阻，同相放大可以使电压信号相位保持不变，可调反馈电阻可以实现运放电路放大倍数可调，用以电路校准。
跟随电路采用电压跟随电路，可以增强对后级电路的驱动能力，同时在前后级电路间起缓冲器的作用。
次级放大电路采用同相、直流偏置放大电路，输出电压范围为0-3V，兼容3.3V微机保护、控制系统，次级放大电路同相输入端与反相输入端之间并接两只保护二极管，可以有效保护运算放大器不被瞬间高压所损坏。
附图说明
图1是本实用新型的原理图；
图2是本实用新型的初级放大电路的电路原理图；
图3是本实用新型的跟随电路的电路原理图；
图4是本实用新型的次级放大电路的电路原理图；
图5是本实用新型的滤波电路的电路原理图；
图6是本实用新型的隔离电源电路的电路原理图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型提供了一种电阻分压型电压传感器的采样电路，包括依次连接的初级放大电路、跟随电路、电压隔离元件和次级放大电路，所述初级放大电路的同相输入端设有用于与电阻分压型电压传感器的输出端连接的接线端子，所述初级放大电路的输出端连接所述跟随电路的输入端，所述跟随电路的输出端连接所述电压隔离元件的输入端，所述电压隔离元件的输出连接所述次级放大电路的输入端，所述次级放大电路的输出端并接有滤波电路，所述滤波电路的输出端设有用于连接微机保护/控制电路的接线端子，所述采样电路还包括隔离电源电路和基准电源电路，所述隔离电源电路和基准电源电路的输入端均设有用于并接二次侧电源的接线端子，所述隔离电源电路的输出端并接所述初级放大电路运放芯片的电源引脚，所述基准电源电路的输出端连接所述次级放大电路的同相输入端。所述电压隔离元件可以为电压互感器或线性光耦，所述基准电源电路的输出电压可以为3V。
参见图2，所述初级放大电路优选为同相可调放大电路，可以包括一个运算放大器、三只定值电阻和一只可调电阻，其中一只定值电阻的一端作为用于与电阻分压型电压传感器的输出端连接的接线端子，另一端连接所述运算放大器的同相输入端，所述可调电阻作为所述运算放大器的反馈电阻，并接于所述运算放大器的反相输入端和输出端之间，另外两只定值电阻中的一只并接在所述运算放大器的同相输入端与地之间，另一只并接在所述运算放大器的反相输入端与地之间，所述运算放大器的输出端作为所述同相可调放大电路的输出端。所述初级放大电路采用同相放大方式，可以使电压信号相位保持不变，反馈电阻采用可调电阻，可以实现运放电路放大倍数可调，用以电路校准。
参见图3，所述跟随电路优选为电压跟随电路，可以包括一个运算放大器和一只定值电阻，所述定值电阻的一端作为所述电压跟随电路的输入端，另一端连接所述运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的反相输入端连接其输出端，所述运算放大器的输出端作为所述电压跟随电路的输出端。所述电压跟随电路的高输入阻抗使得前级电路不受后级电路的影响，低输出阻抗增强对电压隔离元件的驱动能力，在前后级电路间可以起到缓冲器的作用。
参见图4，所述次级放大电路优选为同相、输入直流偏置放大电路，可以包括一个运算放大器、三只定值电阻和两只二极管，其中一只定值电阻的一端作为所述同相、输入直流偏置放大电路的输入端，另一端连接所述运算放大器的同相输入端，另一只定值电阻作为反馈电阻并接于所述运算放大器的反相输入端与输出端之间，第三只定值电阻并接于所述运算放大器的反相输入端与地之间，两只所述二极管反向并接后再并接于所述运算放大器的同相输入端与反向输入端之间，所述运算放大器的输出端作为所述同相、输入直流偏置放大电路输出端。所述基准电源电路的输出端可以通过一只定值电阻连接所述运算放大器的同相输入端，为所述运算放大器提供直流偏置，使所述次级放大电路的输出电压范围为0-3V。
参见图5，所述滤波电路优选为RC低通滤波电路，可以包括一只定值电阻和一只定值电容，所述定值电阻的一端作为所述滤波电路的输出端，另一端连接所述定值电容的一端，所述定值电容的另一端接地，所述定值电阻连接所述定值电容的一端还连接所述次级放大电路的输出端，组成RC低通滤波器。
参见图6，所述隔离电源电路可以包括一只隔离电源芯片、三只电感、两只电阻、两只稳压二极管和两只电容，其中一只电感连接所述隔离电源芯片的电源输入端，该电感的另一端并联一只电容，该电容的另一端接地，构成所述隔离电源芯片的输入LC滤波电路，所述输入LC滤波电路的输入端作为所述隔离电源电路用于并接二次侧电源的接线端子，所述隔离电源芯片的正、负输出端分别连接另外两只电感中的一只，这两只电感的另一端与地之间分别并接一只电容，组成所述隔离电源芯片的正、负输出端的LC滤波电路，这两只电感连接电容的一端还分别连接一只电阻，用于限流，这两只电阻的另一端作为所述隔离电源电路的输出端，与地之间分别并接一只稳压二极管，在所述隔离电源电路所带负载出现变化时，稳定所述隔离电源电路的输出电压，对负载起保护作用。
本实用新型的工作原理为：所述初级放大电路采集电阻分压型电压传感器输出的电压信号，做初步的信号调整，初步调整后的信号经所述跟随电路缓冲并增强驱动能力后进入所述电压隔离元件，所述电压隔离元件输出的信号进入所述次级放大电路，进行直流偏置和幅度调整，经调整后的信号幅度在0-3V范围内，再通过低通滤波，可直接提供3.3V电压给微机保护/控制系统使用。所述隔离电源电路为所述初级放大电路提供工作电源，所述基准电源电路为所述次级放大电路提供偏置电源。
本实用新型的各器件参数值可以根据具体应用场合进行调整。
Claims (10)
1.一种电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于包括依次连接的初级放大电路、跟随电路、电压隔离元件和次级放大电路，所述次级放大电路的输出端并接有滤波电路，所述滤波电路的输出端设有用于连接微机保护/控制电路的接线端子，所述初级放大电路的同相输入端设有用于与电阻分压型电压传感器的输出端连接的接线端子，所述采样电路还包括隔离电源电路和基准电源电路，所述隔离电源电路和基准电源电路的输入端均设有用于并接二次侧电源的接线端子，所述隔离电源电路的输出端并接所述初级放大电路运放芯片的电源引脚，所述基准电源电路的输出端连接所述次级放大电路的同相输入端。
2.如权利要求1所述的电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于所述初级放大电路为同相可调放大电路。
3.如权利要求2所述的电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于所述同相可调放大电路包括一个运算放大器、三只定值电阻和一只可调电阻，其中一只定值电阻的一端作为用于与电阻分压型电压传感器的输出端连接的接线端子，另一端连接所述运算放大器的同相输入端，所述可调电阻作为所述运算放大器的反馈电阻，并接于所述运算放大器的反相输入端和输出端之间，另外两只定值电阻中的一只并接在所述运算放大器的同相输入端与地之间，另一只并接在所述运算放大器的反相输入端与地之间，所述运算放大器的输出端作为所述同相可调放大电路的输出端。
4.如权利要求1所述的电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于所述跟随电路为电压跟随电路。
5.如权利要求4所述的电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于所述电压跟随电路包括一个运算放大器和一只定值电阻，所述定值电阻的一端作为所述电压跟随电路的输入端，另一端连接所述运算放大器的同相输入端，所述运算放大器的反相输入端连接其输出端，所述运算放大器的输出端作为所述电压跟随电路的输出端。
6.如权利要求1所述的电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于所述次级放大电路为同相、输入直流偏置放大电路。
7.如权利要求6所述的电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于所述同相、输入直流偏置放大电路包括一个运算放大器、三只定值电阻和两只二极管，其中一只定值电阻的一端作为所述同相、输入直流偏置放大电路的输入端，另一端连接所述运算放大器的同相输入端，另一只定值电阻作为反馈电阻并接于所述运算放大器的反相输入端与输出端之间，第三只定值电阻并接于所述运算放大器的反相输入端与地之间，两只所述二极管反向并接后再并接于所述运算放大器的同相输入端与反向输入端之间，所述运算放大器的输出端作为所述同相、输入直流偏置放大电路输出端。
8.如权利要求7所述的电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于所述基准电源电路的输出端通过一只定值电阻连接所述运算放大器的同相输入端。
9.如权利要求1所述的电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于所述滤波电路为RC低通滤波电路。
10.如权利要求1所述的电阻分压型电压传感器的采样电路，其特征在于所述隔离电源电路包括一只隔离电源芯片、三只电感、两只电阻、两只稳压二极管和两只电容，其中一只电感连接所述隔离电源芯片的电源输入端，该电感的另一端并联一只电容，该电容的另一端接地，构成所述隔离电源芯片的输入LC滤波电路，所述输入LC滤波电路的输入端作为所述隔离电源电路用于并接二次侧电源的接线端子，所述隔离电源芯片的正、负输出端分别连接另外两只电感中的一只，这两只电感的另一端与地之间分别并接一只电容，组成所述隔离电源芯片的正、负输出端的LC滤波电路，这两只电感连接电容的一端还分别连接一只电阻，这两只电阻的另一端作为所述隔离电源电路的输出端，与地之间分别并接一只稳压二极管。
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