CN203720238U - 一种差分电路、逆变器以及电力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种差分电路、逆变器以及电力系统，其中，所述差分电路包括：整流单元，用于将输入所述差分电路的交流电压信号中的负值电压信号翻转为正值电压信号，得到第一电压信号；差分单元与所述整流单元连接，用于缩小所述整流单元得到的第一电压信号，得到第二电压信号。本实用新型能够使逆变器的数字信号处理器得到的采样的分辨率提高一倍，从而提高了采样的精确度；此外，由于不需要设置调理电路，还可以简化采样过程的电路，降低成本以及提高可靠性。

Description

一种差分电路、逆变器以及电力系统

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种差分电路、逆变器以及电力系统。

背景技术

电力系统中，逆变器经常要对所产生的交流电压信号进行采样。如图1所示，逆变器中对交流电压信号进行采样，首先要通过差分电路11将该交流电压信号缩小到一定范围，再经过调理电路12之后送往数字信号处理器13（DigitalSignal Processor，简称DSP）进行处理。由于数字信号处理器13的A/D端口131的输入电压范围为0-3伏，并且无法识别负值电压信号，因此，调理电路12的作用就是将差分电路11所产生的缩小的交流电压信号中的负值电压信号变成正值电压信号。目前，调理电路12多采用平移电路。

但是，现有的差分电路11和采用平移电路的调理电路12所产生的电压信号，输入到数字信号处理器13，所得到的采样的分辨率较低，从而使采样的精确度也较低。假设要采样的交流电压信号的有效值为230伏，其瞬时值表达式为：325sinωt。由于数字信号处理器13的A/D端口131的输入电压范围为0-3伏，并且无法识别负值电压信号，因此首先需要使用差分电路11将交流电压信号的瞬时值衰减为1.5sinωt甚至更小。图2A是现有技术中差分电路输出的峰值为1.5伏的交流电压信号的波形图。如图2A所示，由差分电路11输出的峰值为1.5伏的交流电压信号1.5sinωt，其最大值为1.5伏，其最小值为-1.5伏，两者的差值为3伏。

图2B是现有技术中调理电路输出的交流电压信号的波形图。如图2B所示，通过调理电路12将差分电路11输出的交流电压信号1.5sinωt向上平移1.5伏得到的信号为(1.5sinωt+1.5)伏，这样调理电路12输出的交流电压信号的最小值为0伏，其最大值为3伏，该交流电压信号在数字信号处理器13的A/D端口131的输入电压范围内。如果数字信号处理器13的A/D转换器（在图1中未示出）为10位二进制的，则在数字信号处理器13的内部获得的结果是 $|\frac{1.5\sin \mathrm{\ωt}+1.5}{3}\×1024-512|=\left|512\sin \mathrm{\ωt}\right|,$ 可得采样的分辨率为： 其中0.45伏代表进行采样所能分辨的最小刻度，并且该最小刻度较大，使得采样的分辨率较低，从而使得采样的精确度也较低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种差分电路、逆变器以及电力系统，以解决现有技术中逆变器对所产生的交流电压信号进行采样的精确度较低的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供一种差分电路，包括：

整流单元，用于将输入所述差分电路的交流电压信号中的负值电压信号翻转为正值电压信号，得到第一电压信号；

差分单元与所述整流单元连接，用于缩小所述整流单元得到的第一电压信号，得到第二电压信号。

进一步地，所述整流单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，其中，所述第一二极管的阴极和所述第三二极管的阳极连接并作为所述整流单元的第一端，所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极连接并作为所述整流单元的第二端，所述第三二极管的阴极和所述第四二极管的阴极连接并作为所述整流单元的第三端，所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阳极连接并作为所述整流单元的第四端。

进一步地，所述差分单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容器、第二电容器和第一运算放大器；

所述第一电阻的一端用于接收电网的零线电压信号，所述第一电阻的另一端与所述整流单元的第一端连接，所述第三电阻的一端用于接收电网的火线电压信号，所述第三电阻的另一端与所述整流单元的第四端连接，所述第一电容器的正极板、所述第二电阻的一端和所述第一运算放大器的反相输入端分别与所述整流单元的第二端连接，所述第一电容器的负极板和所述第二电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接，且所述第一运算放大器的输出端用于连接数字信号处理器，所述第二电容器的正极板、所述第四电阻的一端和所述第一运算放大器的同相输入端分别与所述整流单元的第三端连接，所述第二电容器的负极板和所述第四电阻的另一端接地。

进一步地，所述第一电阻的阻值与所述第三电阻的阻值相等，所述第二电阻的阻值与所述第四电阻的阻值相等，且所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值。

进一步地，所述第二电压信号的峰值为大于0伏且小于或者等于3伏。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种逆变器，包括数字信号处理器和上述第一方面的差分电路，所述差分电路与所述数字信号处理器连接，用于为所述数字信号处理器提供采样电压信号。

第三方面，本实用新型还提供一种电力系统，包括上述第二方面的逆变器。

本实用新型实施例提供的差分电路、逆变器以及电力系统，通过设置具有整流功能的差分电路，使得从差分电路输出的电压信号为缩小的正值电压信号，可以满足后续进行采样的数字信号处理器的A/D端口的输入电压的范围，并能够使数字信号处理器得到的采样的分辨率提高一倍，从而提高了采样的精确度；此外，由于不需要设置调理电路，还可以简化采样过程的电路，降低成本以及提高可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术中逆变器对所产生的交流电压信号进行采样的结构框图；

图2A是现有技术中差分电路输出的峰值为1.5伏的交流电压信号的波形图；

图2B是现有技术中调理电路输出的交流电压信号的波形图；

图3是本实用新型实施例提供的一种差分电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种差分电路的电路图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种差分电路的电路图；

图6是本实用新型实施例提供的差分电路中第二电压信号的一种波形图；

图7是本实用新型实施例提供的一种逆变器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

本实用新型实施例提供一种差分电路。图3是本实用新型实施例提供的一种差分电路的结构示意图。参见图3，所述差分电路包括：整流单元21，用于将输入所述差分电路的交流电压信号中的负值电压信号翻转为正值电压信号，得到第一电压信号；差分单元22与所述整流单元21连接，用于缩小所述整流单元21得到的第一电压信号，得到第二电压信号。

需要说明的是，所述“翻转”相当于对负值电压信号进行取绝对值操作，将负值电压信号变成正值电压信号。经整流单元所得的第一电压信号均为正值电压信号，可以实现调理电路的功能，再经过差分单元的缩小作用得到的第二电压信号，可以满足后续进行采样的数字信号处理器的A/D端口的输入电压的范围。但是，在输入A/D端口的电压的范围为0-3伏的情况下，本实用新型实施例所得的第二电压信号的峰值为3伏，而现有技术中采用平移电路的调理电路的输出电压信号的峰值为1.5伏（关于调理电路具体可参见背景技术部分），因此，本实用新型实施例提供的差分电路能够使数字信号处理器得到的采样的电压值的最小刻度为现有差分电路及调理电路所能提供的电压值的最小刻度的二分之一，即将采样的分辨率提高了一倍，从而提高了采样的精确度；此外，由于不需要设置调理电路，因此还可以简化采样过程的电路，降低成本以及提高可靠性。

图4是本实用新型实施例提供的一种差分电路的电路图。可选地，参见图4，整流单元包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，其中，所述第一二极管D1的阴极和所述第三二极管D3的阳极连接并作为所述整流单元的第一端P1，所述第一二极管D1的阳极和所述第二二极管D2的阳极连接并作为所述整流单元的第二端P2，所述第三二极管D3的阴极和所述第四二极管D4的阴极连接并作为所述整流单元的第三端P3，所述第二二极管D2的阴极和所述第四二极管D4的阳极连接并作为所述整流单元的第四端P4。

需要说明的是，整流单元与桥式整流电路相似。参见图4，当输入差分电路的交流电压信号在正半周（半个周期的正值电压信号）时，整流单元中的第一二极管D1和第四二极管D4加正向电压，并且第一二极管D1和第四二极管D4导通，第二二极管D2和第三二极管D3加反向电压，并且第二二极管D2和第三二极管D3截止，这种情况下得到的半波整流电压为半个周期的正值电压信号；当输入差分电路的交流电压信号在负半周（半个周期的负值电压信号）时，整流单元的第二二极管D2和第三二极管D3加正向电压，并且第二二极管D2和第三二极管D3导通，第一二极管D1和第四二极管D4加反向电压，并且第一二极管D1和第四二极管D4截止，这种情况下得到的另外半波整流电压也为半个周期的正值电压信号，这样一个周期的交流电压信号经整流后变成两个相同的半个周期的正值电压信号，如此反复下去，就得到了全波整流电压，即第一电压信号，该第一电压信号为正的馒头波，实现了现有技术中对交流电压信号进行采样时调理电路的功能。

可选地，参见图4，差分单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容器C1、第二电容器C2和第一运算放大器U1；所述第一电阻R1的一端用于接收电网的零线电压信号，所述第一电阻R1的另一端与所述整流单元的第一端P1连接，所述第三电阻R3的一端用于接收电网的火线电压信号，所述第三电阻R3的另一端与所述整流单元的第四端P4连接，所述第一电容器C1的正极板、所述第二电阻R2的一端和所述第一运算放大器U1的反相输入端分别与所述整流单元的第二端P2连接，所述第一电容器C1的负极板和所述第二电阻R2的另一端分别与所述第一运算放大器U1的输出端连接，且所述第一运算放大器U1的输出端用于连接数字信号处理器，所述第二电容器C2的正极板、所述第四电阻R4的一端和所述第一运算放大器U1的同相输入端分别与所述整流单元的第三端P3连接，所述第二电容器C2的负极板和所述第四电阻R4的另一端接地。

需要说明的是，第一电阻R1的一端即为差分电路的第一输入端IP1，第三电阻R3的一端即为差分电路的第二输入端IP2，第一运算放大器U1的输出端即为差分电路的输入端OP。当差分电路工作时，在整流单元中的二极管会导通，这些二极管对输入差分电路的交流电压信号起到整流的作用，同时，差分单元对整流所产生的第一电压信号进行缩小，以得到第二电压信号。

可选地，所述第一电阻R1的阻值与所述第三电阻R3的阻值相等，所述第二电阻R2的阻值与所述第四电阻R4的阻值相等，且所述第一电阻R1的阻值大于所述第二电阻R2的阻值。根据差分电路的特点，要对输入差分电路的交流电压信号进行缩小，就要使第一电阻R1的阻值大于第二电阻R2的阻值，并且关于第一电阻的阻值与第二电阻的阻值的具体比值要由输入差分电路的交流电压信号和所需的第二电压信号即差分电路的输出电压信号来决定。

可选地，所述第二电压信号的峰值为大于0伏且小于或者等于3伏。差分电路对输入的交流电压信号的处理，可以为后续数字信号处理器进行采样提供准备。由于数字信号处理器的A/D端口的输入电压范围为0-3伏，因此，经差分电路所得的第二电压信号即差分电路的输出电压信号的峰值为大于0伏且小于等于3伏，可以直接输入到数字信号处理器，而不需要在差分电路与数字信号处理器之间设置调理电路，从而可以简化电路，降低成本，提高可靠性。

图5是本实用新型实施例提供的另一种差分电路的电路图。参见图5，在图4的差分电路的输出端再连接一个同相的运算放大器U2，可以提高差分电路对数字信号处理器的输入阻抗。

下面结合图4，对本实用新型实施例的差分电路的工作原理做进一步地描述。参见图4，交流电压信号输入到差分电路，当在正半周时，差分电路在第二输入端IP2的输入通道为依次经过第三电阻R3、第四二极管D4和第四电阻R4，再通过第四电阻R4与地连接，差分电路在第一输入端IP1的输入通道为从差分电路的输出端OP依次经过第二电阻R2、第一二极管D1和第一电阻R1到第一输入端IP1；当在负半周时，差分电路的在第一输入端IP1的输入通道为依次经过第一电阻R1、第三二极管D3和第四电阻R4，再通过第四电阻R4与地连接，差分电路在第二输入端IP2的输入通道为从差分电路的输出端OP依次经过第二电阻R2、第二二极管D2和第三电阻到第二输入端IP2。

为了下面描述方便，设输入差分电路的交流电压信号为Vi，第二电压信号或者差分电路的输出电压信号为Vo；第一电阻R1的阻值为R₁，第二电阻R2的阻值为R₂，第三电阻R3的阻值为R₃，第四电阻R4的阻值为R₄。如上所述，R₁=R₃，R₂=R₄。根据整流单元的整流作用以及差分电路的原理，可得输入差分电路的交流电压信号Vi与差分电路的输出电压信号Vo之间的关系为：该关系式表明差分电路不仅将输入的交流电压信号缩小，而且通过整流将其中的负值电压信号变成了正值电压信号，即差分电路的输出电压信号Vo为缩小的正值电压信号。因此，差分电路的输出电压信号可以满足后续进行采样的数字信号处理器的A/D端口的输入电压的范围，而不再需要设置调理电路，从而简化了采样过程的电路，降低了成本，提高了可靠性。

假设输入差分电路的交流电压信号Vi的有效值为230伏，其峰值为325伏，差分电路的输出电压Vo的峰值要小于或等于3.0伏，才能满足数字信号处理器的A/D端口的输入电压的范围。假设差分电路的输出电压Vo的峰值为3.0伏，则差分电路的衰减比为：由于差分电路中的整流单元将输入的交流电压信号的负值电压信号变成了正值电压信号，使得差分电路的输出电压信号均在0-3伏内，满足数字信号处理器的A/D端口的输入电压范围。另一方面，差分电路的衰减比对起整流作用的二极管所引入的误差也进行了衰减。实际上，由于输入电流很小，由二极管引起的误差也很小，假设为0.5伏，则经过衰减后的误差为对差分电路的输出电压信号的影响较小，从而对后续采样的精确度影响较小。

当输入差分电路的交流电压信号Vi的有效值为230伏，其瞬时值的表达式为325sinωt时，经过差分电路的整流单元整流后，得到的差分电路的输出电压信号Vo的波形。图6是本实用新型实施例提供的差分电路的输出电压信号的一种波形图。参见图6，该Vo的峰值为3伏，其瞬时值的表达式为。该差分电路的输出电压信号在数字信号处理器内部获得的结果是可得到采样的分辨率为：该采样的分辨率与现有技术的逆变器对产生的交流电压信号的采样的分辨率0.45伏相比，提高了一倍，从而提高了采样的精确度。

本实用新型实施例还提供一种逆变器。图7是本实用新型实施例提供的一种逆变器的结构示意图。参见图7，逆变器包括差分电路31和数字信号处理器32，且差分电路31与数字信号处理器32连接，用于为数字信号处理器32提供采样电压信号。其中，差分电路31采用上述的差分电路。需要说明的是，逆变器除了包括图7中所示的差分电路31和数字信号处理器32外，还包括用于将直流转换成交流的部分以及其它辅助的部分，然而，这些部分是本领域的技术人员熟知的。

本实用新型还提供一种电力系统。该电力系统包括逆变器和其它辅助装置，其中所述逆变器采用上述的逆变器。

本实用新型实施例提供的差分电路、逆变器以及电力系统，通过设置具有整流功能的差分电路，使得从差分电路输出的电压信号为缩小的正值电压信号，可以满足后续进行采样的数字信号处理器的A/D端口的输入电压的范围，并能够使数字信号处理器得到的采样的分辨率提高一倍，从而提高了采样的精确度；此外，由于不需要设置调理电路，还可以简化采样过程的电路，降低成本以及提高可靠性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种差分电路，其特征在于，包括：

整流单元，用于将输入所述差分电路的交流电压信号中的负值电压信号翻转为正值电压信号，得到第一电压信号；

差分单元与所述整流单元连接，用于缩小所述整流单元得到的第一电压信号，得到第二电压信号。

2.根据权利要求1所述的差分电路，其特征在于，所述整流单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，其中，所述第一二极管的阴极和所述第三二极管的阳极连接并作为所述整流单元的第一端，所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阳极连接并作为所述整流单元的第二端，所述第三二极管的阴极和所述第四二极管的阴极连接并作为所述整流单元的第三端，所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阳极连接并作为所述整流单元的第四端。

3.根据权利要求2所述的差分电路，其特征在于，所述差分单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容器、第二电容器和第一运算放大器；

所述第一电阻的一端用于接收电网的零线电压信号，所述第一电阻的另一端与所述整流单元的第一端连接，所述第三电阻的一端用于接收电网的火线电压信号，所述第三电阻的另一端与所述整流单元的第四端连接，所述第一电容器的正极板、所述第二电阻的一端和所述第一运算放大器的反相输入端分别与所述整流单元的第二端连接，所述第一电容器的负极板和所述第二电阻的另一端分别与所述第一运算放大器的输出端连接，且所述第一运算放大器的输出端用于连接数字信号处理器，所述第二电容器的正极板、所述第四电阻的一端和所述第一运算放大器的同相输入端分别与所述整流单元的第三端连接，所述第二电容器的负极板和所述第四电阻的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的差分电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值与所述第三电阻的阻值相等，所述第二电阻的阻值与所述第四电阻的阻值相等，且所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的差分电路，其特征在于，所述第二电压信号的峰值为大于0伏且小于或者等于3伏。

6.一种逆变器，包括数字信号处理器和上述权利要求1-5中任一项所述的差分电路，所述差分电路与所述数字信号处理器连接，用于为所述数字信号处理器提供采样电压信号。

7.一种电力系统，其特征在于，包括上述权利要求6所述的逆变器。