CN204256013U - 电网电压模拟信号采样调理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电网电压模拟信号采样调理电路，包括变换电路、隔离电路和保护滤波电路，变换电路包括多个串联的电阻；隔离电路包括电流互感器；保护滤波电路与电流互感器次级绕组并联，钳位二极管V35和V36的第一端口、第二端口分别错位连接，钳位二极管V35的第三端口分别与电流互感器PT3的次级绕组一端、L9第一端连接，钳位二极管V36的第三端口分别与电流互感器PT3的次级绕组另一端、L10第一端连接，L9的第二端、L10的第二端分别作为该电路的信号输出端。该电路作用是对被测量电网电压进行变换、隔离和滤波。

Description

电网电压模拟信号采样调理电路

技术领域

本实用新型涉及信号采样技术领域。具体地说，涉及电网电压模拟信号采样调理电路。

背景技术

现代电力电子设备和非线性负载的大量使用造成电能污染日趋严重，电能质量成为电力部门及其用户日益关注的问题，因此对电能质量进行检测与分析具有重要的意义。在发电、变电、输电、配电和用电的线路中电流大小悬殊，从几安到几万安都有。为了便于进行测量，需要将其转换为适合输入到AD采集模块中的电流，另外线路上的电压一般都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到电流变换和电气隔离作用。

电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在采样电路中。电流互感器是由一次高电压转换成二次低电压来使用，因此电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的。

信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成AD采集模块能够识别的标准信号，AD采集芯片只能接受一定范围内的模拟信号，电流互感器采集的电信号不一定在这范围内，另外电网中存在各种谐波干扰，电流互感器输出的电信号中也会存在各种干扰，因此需要对其进行滤波处理后才能输入后续的AD采集电路。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于电网的电压高、电流大并且存在各种干扰，直接对电能质量进行采样分析时比较危险且因电磁干扰而导致结果不准确，从而提出一种具有隔离滤波功能的电网电压模拟信号采样调理电路。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：

一种电网电压模拟信号采样调理电路，包括变换电路、与变换电路连接的隔离电路和与隔离电路并联的保护滤波电路，变换电路包括4个串联连接的电阻，变换电路的一端与电网的相线连接、另一端与隔离电路连接；隔离电路包括电流互感器PT3，电流互感器PT3的初级绕组的一端与变换电路的一端串联连接、另一端与电网的中性线连接；保护滤波电路与电流互感器PT3的次级绕组并联，保护滤波电路包括钳位二极管V35、钳位二极管V36、电感L9、电感L10、电容C17、电容C18、电容C19和电容C20，钳位二极管V35的第一端口、第二端口分别与钳位二极管V36的第二端口、第一端口连接，钳位二极管V35的第三端口分别与电流互感器PT3的次级绕组一端、电感L9第一端连接，钳位二极管V36的第三端口分别与电流互感器PT3的次级绕组另一端、电感L10第一端连接，电感L9的第二端、电感L10的第二端分别作为电网电压模拟信号采样调理电路的信号输出端，电容C17和电容C20依次串联后一端与电感L9的第一端连接、另一端与电感L10的第一端连接，电容C18和电容C19依次串联后一端与电感L9的第二端连接、另一端与电感L10的第二端连接，电容C17和电容C20的连接处、电容C18和电容C19的连接处分别接地。

作为优化，变换电路的电阻的阻值相等。

作为优化，变换电路的多个电阻的大小为66K。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型电网电压模拟信号采样调理电路的作用主要是对电网电压进行变换、隔离和滤波，以将其转换为适合模数转换器的电信号。变换电路将电网电压信号转换为电流信号后，经过变比为1:1的精密电流互感器PT3，这个电流互感器PT3主要起到电气隔离作用，该电路即实现了采样，又完成了电气隔离，隔离了外部危险的强电。保护滤波电路为高通滤波器，主要滤除信号的高频部分，VCP和VCN两端接采样电阻，将电流信号重新转换为电压信号，并提供给模数转换器进行模数转换。钳位二极管V35和V36的主要作用是将电流互感器PT3的副边电压钳位在两倍二极管导通压降之内，起到保护后续电路的作用。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型一个实施例的一种电网电压模拟信号采样调理电路图；

图2是本实用新型一个实施例的一种抗混叠滤波电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和实施例对本实用新型所提供的技术方案作进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型提供了一种电网电压模拟信号采样调理电路，包括变换电路、与变换电路连接的隔离电路和与隔离电路并联的保护滤波电路。变换电路包括4个串联连接的电阻R31-R34，优选地，4个电阻的阻值相等，均为66K的电阻，变换电路的一端与电网的相线连接、另一端与隔离电路连接。其作用是将电网电压模拟信号转换为对应的电流信号，实际可根据电流互感器PT3的输入范围及变比、以及采样芯片对采样信号范围的要求，合理选择前端分压电阻。隔离电路包括电流互感器PT3，电流互感器PT3的初级绕组的一端与变换电路的一端串联连接、另一端与电网的中性线连接。变换电路将电网电压信号转换为电流信号后，经过变比为1:1的精密电流互感器PT3，这个电流互感器PT3主要起到电气隔离作用，该电路即实现了采样，又完成了电气隔离，隔离了外部危险的强电。保护滤波电路与电流互感器PT3的次级绕组并联，包括钳位二极管V35、钳位二极管V36、电感L9、电感L10、电容C17、电容C18、电容C19和电容C20。钳位二极管包括两个二极管，第一二极管负极与第二二极管的正极连接，第一二级管的正极作为钳位二极管的第一端口，第二二极管的负极作为钳位二极管的第二端口，第一二极管与第二二极管的连接处作为钳位二极管的第三端口。钳位二极管V35的第一端口、第二端口分别与钳位二极管V36的第二端口、第一端口连接，钳位二极管V35的第三端口分别与电流互感器PT3的次级绕组一端、电感L9第一端连接，钳位二极管V36的第三端口分别与电流互感器PT3的次级绕组另一端、电感L10第一端连接，电感L9的第二端、电感L10的第二端分别作为电网电压模拟信号采样调理电路的信号输出端，电容C17和电容C20依次串联后一端与电感L9的第一端连接、另一端与电感L10的第一端连接，电容C18和电容C19依次串联后一端与电感L9的第二端连接、另一端与电感L10的第二端连接，电容C17和电容C20的连接处、电容C18和电容C19的连接处分别接地。保护滤波电路为高通滤波器，主要滤除信号的高频部分。该电路输出的电信号为电流信号可直接作为后续处理电路的输入信号，若后续处理需要的是电压信号，则在VCP和VCN两端接采样电阻，将电流信号重新转换为电压信号，一般将输出的电信号提供给模数转换器进行模数转换并输入到处理器，处理器根据输入的电信号进行相应的运算、控制处理。钳位二极管V35和V36的主要作用是将电流互感器PT3的副边电压钳位在两倍二极管导通压降之内，起到保护后续电路的作用。电网电压模拟信号采样调理电路的作用主要是对被测量电网电压进行变换、隔离和滤波。

作为对本实施例优化，抗混叠滤波则是采样必不可少的部分，如图2所示，从图中看到2个sallen-key滤波器级联构成了本抗混叠滤波器。Sallen-key滤波器采用差分输入和差分输出，保证了较高的共模抑制比。一个sallen-key实现2阶的滤波效果，R1,C1实现了一阶，R3,C3实现了第二阶滤波，而滤波器的增益是R3/R1,这里取R3＝R1,实现0dB增益放大。滤波器的Q值由C1/C3决定，太低的Q值滤波衰减太缓慢，对带内信号有衰减，而太高的Q值会有凸起。这里取C1/C3＝4，而且C1,C3由可调的电容阵列构成，可微调电容大小，避免工艺的偏差影响了滤波器的-3dB带宽。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种电网电压模拟信号采样调理电路，包括变换电路、与所述变换电路连接的隔离电路和与所述隔离电路并联的保护滤波电路，其特征在于，所述变换电路包括4个串联连接的电阻，所述变换电路的一端与电网的相线连接、另一端与所述隔离电路连接；所述隔离电路包括电流互感器PT3，所述电流互感器PT3的初级绕组的一端与所述变换电路的一端串联连接、另一端与电网的中性线连接；所述保护滤波电路与所述电流互感器PT3的次级绕组并联，所述保护滤波电路包括钳位二极管V35、钳位二极管V36、电感L9、电感L10、电容C17、电容C18、电容C19和电容C20，所述钳位二极管V35的第一端口、第二端口分别与所述钳位二极管V36的第二端口、第一端口连接，所述钳位二极管V35的第三端口分别与所述电流互感器PT3的次级绕组一端、所述电感L9第一端连接，所述钳位二极管V36的第三端口分别与所述电流互感器PT3的次级绕组另一端、所述电感L10第一端连接，所述电感L9的第二端、所述电感L10的第二端分别作为电网电压模拟信号采样调理电路的信号输出端，所述电容C17和所述电容C20依次串联后一端与所述电感L9的第一端连接、另一端与所述电感L10的第一端连接，所述电容C18和所述电容C19依次串联后一端与所述电感L9的第二端连接、另一端与所述电感L10的第二端连接，所述电容C17和所述电容C20的连接处、所述电容C18和所述电容C19的连接处分别接地。

2.如权利要求1所述的电网电压模拟信号采样调理电路，其特征在于，所述变换电路的电阻的阻值相等。

3.如权利要求2所述的电网电压模拟信号采样调理电路，其特征在于，所述变换电路的电阻的大小为66K。