CN209280798U - 交流电压传感器及其采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种交流电压传感器及其采样电路。采样电路，包括输入待测交流电压进行降压处理以输出待采样交流电压的降压模块；接收所述待采样交流电压并进行采样以输出样本交流电压的采样模块；接收所述样本交流电压并进行变换以输出样本直流电压的AC/DC变换模块；以及接收所述样本直流电压并放大以输出有效直流电压的放大模块。可用于采取高达数千伏甚至数十千伏的高压交流电的样本电压。
Description
技术领域
本实用新型涉及电压传感器领域，尤其涉及一种交流电压传感器及其采样电路。
背景技术
电压测量是工业、消费电子和医疗电子应用领域中的一个重要组成部分。
电压传感器是能感受被测电压并转换成可用输出信号的传感器。在各种自动检测、控制系统中，常常需要对高速变化的交、直流电压信号作跟踪采集，对于比较复杂的电压波形作频谱分析。这类信号可能是高电压、大电流等强电，也可能是负载能力很差的弱电或幅值很小的信号。在这些情况中，就需要采用合适的电压传感器对不能直接测量或不匹配的电压信号进行采集，从而得到标准化、电气隔离的电压信号。
随着越来越多新技术的发展，电压传感器也得到了进一步发展和应用。例如传动系统的变频器和整流器、不间断电源、有源滤波器、无功补偿、电池充放电、半导体保护、驱动保护等设备或系统中，大量使用了各种各样的电压传感器。电压传感器产品因其良好的精度及线性度、检测电压与输出信号高度隔离、高可靠性、低功耗、维修更换方便等优点，广泛应用于航空、航天、通信、仪表、冶金及铁路等军品、民品领域。目前主流电压传感器产品检测电压主要是千伏以下，检测电压高达数千伏甚至数十千伏的高压交流传感器产品较少。
实用新型内容
本实用新型的一个目的在于提供一种交流电压传感器的采样电路，可用于采取高达数千伏甚至数十千伏的高压交流电的样本电压。
本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种交流电压传感器的采样电路，包括
输入待测交流电压进行降压处理以输出待采样交流电压的降压模块；
接收所述待采样交流电压并进行采样以输出样本交流电压的采样模块；
接收所述样本交流电压并进行变换以输出样本直流电压的AC/DC变换模块；以及
接收所述样本直流电压并放大以输出有效直流电压的放大模块。
优选地，还包括接收所述有效直流电压并线性恒流输出有效直流电流的变送模块。
优选地，还包括设置在所述降压模块的上游对输入所述降压模块的电流进行限流的限流模块。
优选地，所述降压模块包括隔离耦合线圈；
所述隔离耦合线圈的原边构成所述降压模块输入所述待测交流电压的输入端、副边构成所述降压模块输出所述待采样交流电压的输出端。
优选地，所述采样模块包括采样电阻；
所述采样电阻的一端耦接至所述降压模块的输出端、另一端耦接至地。
优选地，所述AC/DC变换模块为真有效值AC/DC变换模块。
优选地，所述放大模块包括一级或多级运算放大单元。
优选地，所述限流模块包括限流电阻；
所述限流电阻的一端输入待测交流电压，另一端耦接所述隔离耦合线圈的原边。
本实用新型的另一个目的在于提供一种交流电压传感器，可用于采取高达数千伏甚至数十千伏的高压交流电的样本电压。
本实用新型的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种交流电压传感器，包括上述记载的采样电路。
本实用新型的有益效果：
能有效地采集高达数千伏的高压交流信号并隔离输出，电路结构较为简单，体积较小，成本较低，易于实施。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例一电路原理图；
图2是本实用新型实施例一的AC/DC变换模块的电路图；
图3是本实用新型实施例一的一级运算放大单元的电路图。
附图标记：101、降压模块；102、限流模块；103、采样模块；104、AC/DC变换模块；105、放大模块；106、变送模块。
具体实施方式
在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便于对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好地理解。
下面将结合附图，对本实用新型实施例的技术方案进行描述。
实施例一：
如图1所示，一种交流电压传感器的采样电路，包括输入待测交流电压Vac进行降压处理以输出待采样交流电压Vac′的降压模块101；设置在所述降压模块101的上游对输入所述降压模块101的输入电流Iin进行限流的限流模块102；接收所述待采样交流电压Vac′并进行采样以输出样本交流电压Vs的采样模块103；接收所述样本交流电压Vs并进行变换以输出样本直流电压Vdc的AC/DC变换模块104；接收所述样本直流电压Vdc并放大以输出有效直流电压Vout的放大模块105；以及接收所述有效直流电压Vout并线性恒流输出有效直流电流Iout的变送模块106。
其中，所述限流模块102包括限流电阻R1；所述限流电阻R1的一端输入待测交流电压Vac。所述限流电阻R1实际中并不局限于一个，是一个物理学意义上的等效电阻，需根据实际情况配置。且所述限流电阻的最大功耗不能超过其允许最大功耗，并且需要预留部分雨量，即降额使用。
例如，假设使用M个相同阻值为R的电阻串联组成所述限流电阻R1，则最大输入电流为：
则单个电阻R的最大功耗为：
其中，所述降压模块101包括隔离耦合线圈T1；所述隔离耦合线圈T1的原边构成所述降压模块101输入所述待测交流电压Vac的输入端、副边构成所述降压模块101输出所述待采样交流电压Vac′的输出端。其输入端耦接限流电阻R1的输出端。
其中，所述采样模块103包括采样电阻Rs；所述采样电阻Rs的一端耦接至所述降压模块101的输出端、另一端耦接至地。
所述隔离耦合线圈T1，不仅限于1:1的匝比，可根据实际转换的输入电流Iin及需要的待采样交流电压Vac′确定匝比。
假设隔离耦合线圈T1的原副边匝比为N，则副边连接采样电阻Rs采集的样本交流电压Vs可以表达为：
VS＝N·Iin·RS
该采样电阻的功率损耗为：
Ploss-S＝VS 2/RS
应当根据上两式选取合适隔离耦合线圈T1的匝比N及采样电阻RS，使得采样电阻RS采集的样本交流电压Vs不能超过后级AC/DC变换模块104的最大输入电压，且采样电阻RS的功率损耗不能超过其允许最大功耗，即预留部分余量。
其中，所述AC/DC变换模块104为真有效值AC/DC变换模块，例如是型号为AD736的AC/DC变换芯片，其原理电路参见图2，样本交流电压Vs经过绝对值变换为样本直流电压Vd，且Vdc的值与Vs的值相等。
其中，所述放大模块105包括一级或多级运算放大单元。本实施例中，采用一级运算放大单元进行放大，假如需要的输出电压Vout＝KVdc，则一级运算放大电路的放大倍数为K即可。亦可选取两级或者多级放大，只要使得K1*K2*……*KN＝K即可。本实施例中选用如图3所示的放大电路，则运算放大后输出的有效直流电压Vout可以表示为：
Vout＝K*Vdc
式中，K为运算放大电路的放大倍数，且K＝(R9+R10+R11)/R9。
其中，有效直流电压Vout可以由上述运算放大电路后直接输出，亦可以根据需要，经过变送模块106变送后输出有效直流电流Iout。常用的变送电路可将0～2V电压变送为4～20mA电流，例如可以是型号为AD694的变送芯片搭建。
综上所述，待测交流电压Vac经限流电阻R1限流得到待测输入电流Iin，输入电流Iin经隔离耦合线圈T1从原边耦合至副边，得到待采样交流电压Vac′，经采样电阻Rs采样转换为样本交流电压Vs，样本交流电压Vs经AC/DC变换模块变换为样本直流电压Vdc，该样本直流电压Vdc经过运算放大后可以直接输出有效直流电压Vout，也可以经过变送模块输出有效直流电流Iout。
具体的计算过程如下：
隔离耦合线圈T1的线阻远远小于限流电阻R1，可以忽略不计，故原边电流可以计算为：
副边采样电阻Rs采集的样本交流电压Vs可以表示为：
Vs＝N*Iin*Rs
式中，N为耦合线圈原副边匝数比，VS为交流电压有效值。
样本交流电压Vs经过真有效值AC/DC变换，输出样本直流电压Vdc，得到：
|Vs|＝Vdc
运算放大后输出的有效直流电压Vout为：
Vout＝K*Vdc
基于本发明设计的0～4500Vac交流电压传感器的采样电路，经限流电阻R1、阻值450万Ω转化为0～1mA交流电流，经1:1匝比隔离耦合线圈T1及100Ω采样电阻转化为0～100mV有效值的交流电压，经真有效值AC/DC变换电路及运算放大电路产生一个0～2V的直流输出电压，该电压经电压/电流变送电路后输出4～20mA的直流电流。
测试结果如下表所示：
由结果可以看出，该交流传感器的采样电路具有良好的精度及线性度，且使用的元器件中没有随温度变化较大的器件，故其温度性能亦很好。应用本采样电路，可以将检测的交流电压拓展到数十千伏。
实施例二
一种交流电压传感器，包括实施例一记载的采样电路。
尽管这里参照本实用新型的解释性实施例对本实用新型进行了描述，上述实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (9)
1.一种交流电压传感器的采样电路，其特征在于，包括
输入待测交流电压进行降压处理以输出待采样交流电压的降压模块；
接收所述待采样交流电压并进行采样以输出样本交流电压的采样模块；
接收所述样本交流电压并进行变换以输出样本直流电压的AC/DC变换模块；以及
接收所述样本直流电压并放大以输出有效直流电压的放大模块。
2.根据权利要求1所述的采样电路，其特征在于，还包括接收所述有效直流电压并线性恒流输出有效直流电流的变送模块。
3.根据权利要求2所述的采样电路，其特征在于，还包括设置在所述降压模块的上游对输入所述降压模块的电流进行限流的限流模块。
4.根据权利要求3所述的采样电路，其特征在于，所述降压模块包括隔离耦合线圈；
所述隔离耦合线圈的原边构成所述降压模块输入所述待测交流电压的输入端、副边构成所述降压模块输出所述待采样交流电压的输出端。
5.根据权利要求3所述的采样电路，其特征在于，所述采样模块包括采样电阻；
所述采样电阻的一端耦接至所述降压模块的输出端、另一端耦接至地。
6.根据权利要求3所述的采样电路，其特征在于，所述AC/DC变换模块为真有效值AC/DC变换模块。
7.根据权利要求3所述的采样电路，其特征在于，所述放大模块包括一级或多级运算放大单元。
8.根据权利要求4所述的采样电路，其特征在于，所述限流模块包括限流电阻；
所述限流电阻的一端输入待测交流电压，另一端耦接所述隔离耦合线圈的原边。
9.一种交流电压传感器，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的采样电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201821967430.0U CN209280798U (zh) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | 交流电压传感器及其采样电路 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201821967430.0U CN209280798U (zh) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | 交流电压传感器及其采样电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209280798U true CN209280798U (zh) | 2019-08-20 |
Family
ID=67603003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201821967430.0U Active CN209280798U (zh) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | 交流电压传感器及其采样电路 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN209280798U (zh) |
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2018
- 2018-11-27 CN CN201821967430.0U patent/CN209280798U/zh active Active
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Kang Hongjun Inventor after: Zhao Zhiguo Inventor after: Wang Wei Inventor after: Cao Jiayong Inventor after: Pu Guanyu Inventor after: Du Gang Inventor after: Lu Chao Inventor after: Ye Fengbin Inventor before: Kang Hongjun Inventor before: Wang Wei Inventor before: Cao Jiayong Inventor before: Pu Guanyu Inventor before: Du Gang Inventor before: Lu Chao Inventor before: Ye Fengbin |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |