CN209070083U - 一种精度自适应交流电压电流信号采样电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种精度自适应交流电压电流信号采样电路，电压信号隔离单元的输入端连接外部的电压信号，电压信号隔离单元的输出端连接到电压信号跟随单元的输入端，电压信号跟随单元的输出端连接到信号采集主控单元的输入端，电流信号隔离单元的输入端连接外部的电流信号，电流信号隔离单元的输出端分别连接到电流信号跟随单元的输入端和电流信号放大单元的输入端，电流信号跟随单元的输出端和电流信号放大单元的输出端分别连接到信号采集主控单元的输入端，基准电压单元的输出端分别连接到电压信号跟随单元的输入端、电流信号跟随单元的输入端、电流信号放大单元的输入端。本实用新型的交流电压电流信号采样电路成本低、采样精确。

Description

一种精度自适应交流电压电流信号采样电路

技术领域

本实用新型涉及高压电力线路的采样，尤其涉及一种精度自适应交流电压电流信号采样电路。

背景技术

控制器是高压开关断路器的控制设备，主要根据电力线路的电压和电流来判断线路的正常与否，由此涉及到如何能准确地测量开关的三相电流和电压，尤其是电流信号，在线路正常运行时，不同的线路负荷情况不同，但一般不大于开关的额定电流，但在出现短路故障时，则线路电流往往会出现2-10倍的短路电流。因此对线路的电流采样提出了更高的要求：既要能准确地区分小电流，也要正确的采集到线路短路电流，而且现有用于高压电力线路的采样电路采样信号容易受干扰，且元器件复杂，成本高。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能同时适应两种精度采样、元器件少、成本低、采样精确且精度自适应的交流电压电流信号采样电路。

为了实现以上目的，本实用新型采用这样一种精度自适应交流电压电流信号采样电路，包括电压采样电路、电流采样电路、基准电压单元、信号采集主控单元，所述电压采样电路包括电路连接一致的A相电压采样电路、B相电压采样电路、C相电压采样电路、零序电压采样电路，所述A相电压采样电路、B相电压采样电路、C相电压采样电路、零序电压采样电路均包括电压信号隔离单元、电压信号跟随单元，所述电流采样电路包括电路连接一致的A相电流采样电路、B相电流采样电路、C相电流采样电路、零序电流采样电路，所述A相电流采样电路、B相电流采样电路、C相电流采样电路、零序电流采样电路均包括电流信号隔离单元、电流信号跟随单元、电流信号放大单元，所述电压信号隔离单元的输入端连接外部的电压信号，电压信号隔离单元的输出端连接到电压信号跟随单元的输入端，电压信号跟随单元的输出端连接到信号采集主控单元的输入端，所述电流信号隔离单元的输入端连接外部的电流信号，电流信号隔离单元的输出端分别连接到电流信号跟随单元的输入端和电流信号放大单元的输入端，电流信号跟随单元的输出端和电流信号放大单元的输出端分别连接到信号采集主控单元的输入端，所述基准电压单元的输出端分别连接到电压信号跟随单元的输入端、电流信号跟随单元的输入端、电流信号放大单元的输入端。

上述电流信号隔离单元先对电流信号进行隔离，隔离后的电流信号分别通过电流信号跟随单元和电流信号放大单元输出放大后的电流信号至信号采集主控单元，其中电流信号跟随单元能采集到较大的电流信号，电流信号放大单元能采集到较小的电流信号，实现对大小不同的短路电流的采样，提高电流采样的范围，满足市场的需求，信号采集主控单元根据产生信号的大小进行判别，达到较高精度的信号测量；电压信号隔离单元对电压信号进行隔离，隔离后的电压信号通过电压信号跟随单元输出放大后的电压信号至信号采集主控单元，实现电压的采样；基准电压单元分别为电压信号跟随单元、电流信号跟随单元、电流信号放大单元提供稳定的基准电压，提高电压采样与电流采样的精确度。

本实用进一步设置为基准电压单元包括电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、可控精密稳压源U8、运算放大器U7A、电容C12、电解电容E1，所述电阻R37的一端连接高电平，电阻R37的另一端分别连接可控精密稳压源U8的阴极、电阻R39的一端、电阻R41的一端、运算放大器U7A的同相输入端，所述电阻R39的另一端分别连接可控精密稳压源U8的参考极和电阻R40的一端，所述可控精密稳压源U8的阳极、电阻R40的另一端、电阻R41的另一端共地连接，所述运算放大器U7A的输出端分别连接到运算放大器U7A的反相输入端和电阻R38的一端，电阻R38的另一端分别连接电容C12的一端和电解电容E1的正极，所述电容C12的另一端与电解电容E1的负极共地连接，所述电容R38的另一端输出基准电压VREF。

上述基准电压单元构成的元器件少，连接简单，成本低。

本实用进一步设置为A相电压采样电路的电压信号隔离单元包括电阻R45、电压互感器PT1，所述A相电压采样电路的电压信号跟随单元包括电阻R1、电阻R5、电阻R13、电容C1、运算放大器U1A、双向二极管DB1，所述电压互感器PT1的原边的两端连接外部A相电压信号，电阻R45连接在电压互感器PT1的原边的一端，所述电压互感器PT1的副边的两端分别连接电阻R1的两端，所述电阻R1的一端连接基准电压VREF，电阻R1的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接电容C1的一端和运算放大器U1A的同相输入端，电容C1的另一端模拟接地，运算放大器U1A的输出端分别连接运算放大器U1A的反相输入端和电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接双向二极管DB1的一端，双向二极管DB1的另外两端分别接高电平和模拟接地，电阻R13的另一端输出A相电压采样信号到信号采集主控单元。

上述A相电压先通过电压互感器PT1进行隔离降压，再经过运算放大器U1A进行放大输出电压信号，双向二极管DB1的作用是对输出电压信号进行限压，避免损坏电路其他元件和放大电路失真，B相电压采样电路、C相电压采样电路、零序电压采样电路的构成和连接均与A相电压采样电路一致。

本实用进一步设置为A相电流采样电路的电流信号隔离单元包括电流互感器CT1、电阻R17、电容C9，所述A相电流采样电路的电流信号跟随单元包括电阻R21、运算放大器U3A、电阻R22、双向二极管DB2，所述A相电流采样电路的电流信号放大单元包括电阻R6、电阻R33、电阻R23、电容C2、运算放大器U3B、双向二极管DB3，所述电流互感器CT1的原边的两端连接外部A相电流信号，电流互感器CT1的副边的两端分别连接电阻R17的两端，电容C9并联在电阻R17的两端，所述电容C9的一端连接基准电压VREF，电阻R21的一端连接电容C9的另一端，电阻R21的另一端连接运算放大器U3A的同相输入端，运算放大器U3A的输出端分别连接运算放大器U3A的反相输入端和电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接双向二极管DB2的一端，双向二极管DB2的另外两端分别接高电平和模拟接地，电阻R22的另一端输出A相电流采样信号到信号采集主控单元，所述电阻R6的一端连接电容C9的另一端，电阻R6的另一端分别连接电容C2的一端、运算放大器U3B的反相输入端、电阻R33的一端，所述运算放大器U3B的同相输入端连接基准电压VREF，所述运算放大器U3B的输出端分别连接电阻R33的另一端和电阻R23的一端，电阻R23的另一端连接双向二极管DB3的一端，双向二极管DB3的另外两端分别接高电平和模拟接地，电阻R23的另一端输出A相电流采样信号到信号采集主控单元。

上述A相电流先通过电流互感器CT1进行隔离变流，再经过运算放大器U3A和运算放大器U3B，分别对隔离后的大电流信号和小电流信号进行放大并输出，双向二极管DB2和双向二极管DB2的作用是对输出电流信号进行限压，避免损坏电路其他元件和放大电路失真，B相电流采样电路、C相电流采样电路、零序电流采样电路的构成和连接均与A相电流采样电路一致。

本实用进一步设置为双向二极管DB1、双向二极管DB2、双向二极管DB3均由两个反向并联的二极管构成。

上述双向二极管对放大输出的电压信号的幅度和电流信号的幅度进行限制，避免损坏电路其他元件和放大电路失真，成本低。

本实用进一步设置为可控精密稳压源U8的型号为TL431。

上述型号为TL431的可控精密稳压源性能好、价格低。

附图说明

图1是本实用新型实施例原理方框图。

图2是本实用新型实施例基准电压单元电路原理图。

图3是本实用新型实施例电压采样电路原理图。

图4是本实用新型实施例电流采样电路原理图。

图5是本实用新型实施例电流采样电路原理图。

具体实施方式

如图1-5所示，本实用新型是一种精度自适应交流电压电流信号采样电路，包括电压采样电路1、电流采样电路2、基准电压单元、信号采集主控单元，所述电压采样电路1包括电路连接一致的A相电压采样电路、B相电压采样电路、C相电压采样电路、零序电压采样电路，所述A相电压采样电路、B相电压采样电路、C相电压采样电路、零序电压采样电路均包括电压信号隔离单元、电压信号跟随单元，所述电流采样电路2包括电路连接一致的A相电流采样电路、B相电流采样电路、C相电流采样电路、零序电流采样电路，所述A相电流采样电路、B相电流采样电路、C相电流采样电路、零序电流采样电路均包括电流信号隔离单元、电流信号跟随单元、电流信号放大单元，所述电压信号隔离单元的输入端连接外部的电压信号，电压信号隔离单元的输出端连接到电压信号跟随单元的输入端，电压信号跟随单元的输出端连接到信号采集主控单元的输入端，所述电流信号隔离单元的输入端连接外部的电流信号，电流信号隔离单元的输出端分别连接到电流信号跟随单元的输入端和电流信号放大单元的输入端，电流信号跟随单元的输出端和电流信号放大单元的输出端分别连接到信号采集主控单元的输入端，所述基准电压单元的输出端分别连接到电压信号跟随单元的输入端、电流信号跟随单元的输入端、电流信号放大单元的输入端。

如图2所示，基准电压单元包括电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、可控精密稳压源U8、运算放大器U7A、电容C12、电解电容E1，可控精密稳压源U8的型号为TL431，所述电阻R37的一端连接高电平，电阻R37的另一端分别连接可控精密稳压源U8的阴极、电阻R39的一端、电阻R41的一端、运算放大器U7A的同相输入端，所述电阻R39的另一端分别连接可控精密稳压源U8的参考极和电阻R40的一端，所述可控精密稳压源U8的阳极、电阻R40的另一端、电阻R41的另一端共地连接，所述运算放大器U7A的输出端分别连接到运算放大器U7A的反相输入端和电阻R38的一端，电阻R38的另一端分别连接电容C12的一端和电解电容E1的正极，所述电容C12的另一端与电解电容E1的负极共地连接，所述电容R38的另一端输出基准电压VREF。

如图3所示，电压采样电路1以A相电压采样电路为例，A相电压采样电路的电压信号隔离单元包括电阻R45、电压互感器PT1，所述A相电压采样电路的电压信号跟随单元包括电阻R1、电阻R5、电阻R13、电容C1、运算放大器U1A、双向二极管DB1，所述双向二极管DB1由两个反向并联的二极管构成，所述电压互感器PT1的原边的两端连接外部A相电压信号，电阻R45连接在电压互感器PT1的原边的一端，所述电压互感器PT1的副边的两端分别连接电阻R1的两端，所述电阻R1的一端连接基准电压VREF，电阻R1的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接电容C1的一端和运算放大器U1A的同相输入端，电容C1的另一端模拟接地，运算放大器U1A的输出端分别连接运算放大器U1A的反相输入端和电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接双向二极管DB1的一端，双向二极管DB1的另外两端分别接高电平和模拟接地，电阻R13的另一端输出A相电压采样信号到信号采集主控单元。

如图4和5所示，电流采样电路2以A相电流采样电路为例，A相电流采样电路的电流信号隔离单元包括电流互感器CT1、电阻R17、电容C9，所述A相电流采样电路的电流信号跟随单元包括电阻R21、运算放大器U3A、电阻R22、双向二极管DB2，所述A相电流采样电路的电流信号放大单元包括电阻R6、电阻R33、电阻R23、电容C2、运算放大器U3B、双向二极管DB3，所述双向二极管DB2和双向二极管DB3均由两个反向并联的二极管构成，所述电流互感器CT1的原边的两端连接外部A相电流信号，电流互感器CT1的副边的两端分别连接电阻R17的两端，电容C9并联在电阻R17的两端，所述电容C9的一端连接基准电压VREF，电阻R21的一端连接电容C9的另一端，电阻R21的另一端连接运算放大器U3A的同相输入端，运算放大器U3A的输出端分别连接运算放大器U3A的反相输入端和电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接双向二极管DB2的一端，双向二极管DB2的另外两端分别接高电平和模拟接地，电阻R22的另一端输出A相电流采样信号到信号采集主控单元，所述电阻R6的一端连接电容C9的另一端，电阻R6的另一端分别连接电容C2的一端、运算放大器U3B的反相输入端、电阻R33的一端，所述运算放大器U3B的同相输入端连接基准电压VREF，所述运算放大器U3B的输出端分别连接电阻R33的另一端和电阻R23的一端，电阻R23的另一端连接双向二极管DB3的一端，双向二极管DB3的另外两端分别接高电平和模拟接地，电阻R23的另一端输出A相电流采样信号到信号采集主控单元。

根据以上实施例，基准电压单元输出得到稳定的基准电压给电压信号跟随单元、电流信号跟随单元、电流信号放大单元，提高采样的精确度，以A相电压采样和A相电流采样为例，A相电压先通过电压互感器PT1进行隔离降压，再经过运算放大器U1A进行放大输出电压信号，双向二极管DB1的作用是对输出电压信号进行限压；A相电流先通过电流互感器CT1进行隔离变流，再经过运算放大器U3A和运算放大器U3B，分别对隔离后的大电流信号和小电流信号进行放大并输出，双向二极管DB2和双向二极管DB2的作用是对输出电流信号进行限压，本实用的交流电压电流信号采样电路能对大小不同的短路电流进行不同形式的放大，再经信号采集主控单元根据产生信号的大小进行判别，达到较高精度的信号测量，计算出高精度的电压、电流、功率的值。

Claims (6)

1.一种精度自适应交流电压电流信号采样电路，其特征在于：包括电压采样电路、电流采样电路、基准电压单元、信号采集主控单元，所述电压采样电路包括电路连接一致的A相电压采样电路、B相电压采样电路、C相电压采样电路、零序电压采样电路，所述A相电压采样电路、B相电压采样电路、C相电压采样电路、零序电压采样电路均包括电压信号隔离单元、电压信号跟随单元，所述电流采样电路包括电路连接一致的A相电流采样电路、B相电流采样电路、C相电流采样电路、零序电流采样电路，所述A相电流采样电路、B相电流采样电路、C相电流采样电路、零序电流采样电路均包括电流信号隔离单元、电流信号跟随单元、电流信号放大单元，所述电压信号隔离单元的输入端连接外部的电压信号，电压信号隔离单元的输出端连接到电压信号跟随单元的输入端，电压信号跟随单元的输出端连接到信号采集主控单元的输入端，所述电流信号隔离单元的输入端连接外部的电流信号，电流信号隔离单元的输出端分别连接到电流信号跟随单元的输入端和电流信号放大单元的输入端，电流信号跟随单元的输出端和电流信号放大单元的输出端分别连接到信号采集主控单元的输入端，所述基准电压单元的输出端分别连接到电压信号跟随单元的输入端、电流信号跟随单元的输入端、电流信号放大单元的输入端。

2.根据权利要求1所述的精度自适应交流电压电流信号采样电路，其特征在于：所述基准电压单元包括电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、可控精密稳压源U8、运算放大器U7A、电容C12、电解电容E1，所述电阻R37的一端连接高电平，电阻R37的另一端分别连接可控精密稳压源U8的阴极、电阻R39的一端、电阻R41的一端、运算放大器U7A的同相输入端，所述电阻R39的另一端分别连接可控精密稳压源U8的参考极和电阻R40的一端，所述可控精密稳压源U8的阳极、电阻R40的另一端、电阻R41的另一端共地连接，所述运算放大器U7A的输出端分别连接到运算放大器U7A的反相输入端和电阻R38的一端，电阻R38的另一端分别连接电容C12的一端和电解电容E1的正极，所述电容C12的另一端与电解电容E1的负极共地连接，所述电容R38的另一端输出基准电压VREF。

3.根据权利要求2所述的精度自适应交流电压电流信号采样电路，其特征在于：所述A相电压采样电路的电压信号隔离单元包括电阻R45、电压互感器PT1，所述A相电压采样电路的电压信号跟随单元包括电阻R1、电阻R5、电阻R13、电容C1、运算放大器U1A、双向二极管DB1，所述电压互感器PT1的原边的两端连接外部A相电压信号，电阻R45连接在电压互感器PT1的原边的一端，所述电压互感器PT1的副边的两端分别连接电阻R1的两端，所述电阻R1的一端连接基准电压VREF，电阻R1的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接电容C1的一端和运算放大器U1A的同相输入端，电容C1的另一端模拟接地，运算放大器U1A的输出端分别连接运算放大器U1A的反相输入端和电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接双向二极管DB1的一端，双向二极管DB1的另外两端分别接高电平和模拟接地，电阻R13的另一端输出A相电压采样信号到信号采集主控单元。

4.根据权利要求3所述的精度自适应交流电压电流信号采样电路，其特征在于：所述A相电流采样电路的电流信号隔离单元包括电流互感器CT1、电阻R17、电容C9，所述A相电流采样电路的电流信号跟随单元包括电阻R21、运算放大器U3A、电阻R22、双向二极管DB2，所述A相电流采样电路的电流信号放大单元包括电阻R6、电阻R33、电阻R23、电容C2、运算放大器U3B、双向二极管DB3，所述电流互感器CT1的原边的两端连接外部A相电流信号，电流互感器CT1的副边的两端分别连接电阻R17的两端，电容C9并联在电阻R17的两端，所述电容C9的一端连接基准电压VREF，电阻R21的一端连接电容C9的另一端，电阻R21的另一端连接运算放大器U3A的同相输入端，运算放大器U3A的输出端分别连接运算放大器U3A的反相输入端和电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接双向二极管DB2的一端，双向二极管DB2的另外两端分别接高电平和模拟接地，电阻R22的另一端输出A相电流采样信号到信号采集主控单元，所述电阻R6的一端连接电容C9的另一端，电阻R6的另一端分别连接电容C2的一端、运算放大器U3B的反相输入端、电阻R33的一端，所述运算放大器U3B的同相输入端连接基准电压VREF，所述运算放大器U3B的输出端分别连接电阻R33的另一端和电阻R23的一端，电阻R23的另一端连接双向二极管DB3的一端，双向二极管DB3的另外两端分别接高电平和模拟接地，电阻R23的另一端输出A相电流采样信号到信号采集主控单元。

5.根据权利要求4所述的精度自适应交流电压电流信号采样电路，其特征在于：所述双向二极管DB1、双向二极管DB2、双向二极管DB3均由两个反向并联的二极管构成。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的精度自适应交流电压电流信号采样电路，其特征在于：所述可控精密稳压源U8的型号为TL431。