CN209894959U - 高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，包括抗共模电阻分压网络，于电压信号采集，并滤除信号传输过程中的共模干扰；隔离电源，为电子式互感器的二次侧提供一个与测控设备电气隔离的电源；第一隔离放大器，输出放大后的差分电压信号；第二隔离放大器，用于差分输入，产生单端电压信号输出；非隔离电源，为第二隔离放大器提供一个负电源，使电路输入输出信号允许在以电源地为基准的范围内摆动。本实用新型可以使电路简化，温度漂移小，参数一致性好，精度高，并且高度方便。因信号和测控装置隔离，电路整体的可靠性有质的提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号功放技术领域，尤其涉及一种应用于一二次融合技术的高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路。
背景技术
现阶段一二次融合技术的电子式电压电流互感器信号采集主要有两种方式：一种是电子式互感器二次输出电压小信号模拟信号，通过线性光耦隔离采样(如图1所示)，送给测控设备(FTU/DTU)，还有一种是直接二次AD转换成数字信号，进行数字信号隔离传送给测控设备(如图2所示)。
这两种方案在实际使用过程中都有比较明显的缺点，第一种方案，使用线性光耦，电路使用的器件众多，调试比较麻烦，而且在小信号方面对于温度漂移要求比较高，而使用器件多带来的温漂也随之增大，并且一致性差。而方案二，使用AD直接采样后隔离传送，由于开关现场工作环境恶劣，AD不和信号隔离很容易因为静电或干扰等造成器件不可逆损坏。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供应用于一二次融合技术的高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，可以使电路简化，温度漂移小，参数一致性好，精度高，并且高度方便。因信号和测控装置隔离，电路整体的可靠性有质的提高。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，包括
抗共模电阻分压网络，与电子式互感器二次侧相连，用于电压信号采集，并滤除信号传输过程中的共模干扰；
隔离电源，与电子式互感器的二次侧相连，为电子式互感器的二次侧提供一个与测控设备电气隔离的电源；
第一隔离放大器，与抗共模电阻分压网络相连，用于将电压信号放大，输出放大后的差分电压信号；
第二隔离放大器，与第一隔离放大器相连，用于差分输入，产生单端电压信号输出；
非隔离电源，与第二隔离放大器相连，为第二隔离放大器提供一个负电源，使电路输入输出信号允许在以电源地为基准的范围内摆动。
在本实用新型一较佳实施例中，所述抗共模电阻分压网络包括相串联的电阻R1、电阻R4、电阻R9、电阻R12，以及与其相并联的电阻R3、电阻R8，电阻R3、电阻R8构成电阻分压器；所述抗共模电阻分压网络还包括电容C1、电容C4，所述电容C1、电容C4与电阻R1、R12组成低通滤波器；所述抗共模电阻分压网络还包括瞬变电压抑制器D1及瞬变电压抑制器D2，将输入信号限定在安全范围内。
作为优选，所述隔离电源为1W的DC5V转DC5V的隔离DCDC电源模块。
作为优选，所述非隔离电源为电荷泵式的非隔离DCDC电源芯片。
作为优选，所述第一隔离放大器为隔离运放AMC1200SDUBR；所述第一隔离放大器的放大倍数为8倍。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型针对大部分电子式传感器二次都是模拟小信号，设计出一种比现有技术电路更简单，性能更稳定，使用器件更少，精度更高的模拟小信号隔离采样电路，更加便于今后一二次融合技术的小型化；
(2)本实用新型是使用隔离运放技术作为基础，前端使用高共模信号采集电阻网络，可以有效的滤除信号传输过程中的共模干扰，信号使用差分输入，并使用瞬变抑制器件，可使电路轻松通过EMC的电快速群脉冲和雷击浪涌等四级的严苛测试；
(3)本实用新型原理简单，容易实现，并具有高度的可靠性和低成本，和现有一二次融合技术电子式互感器隔离采样技术相比，抗共模干扰性能得到质的提高，电路小信号放大精度得到提高，同时因使用的隔离运放使用固定的放大倍数，其放大倍数的温度漂移也得到减小，因此在和原有技术接近的成本下，实现了一二次融合电子式互感器模拟小信号的低温漂，高精度，高抗共模干扰的隔离采样调理电路，在柱上开关控制器现场具有非常实用的意义，对电磁式向电子式互感器过渡的阶段，本实用新型的电路也可以很好的应用，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为现有技术中采用线性光耦隔离采样的电路原理图；
图2为现有技术中采用AD采样转换成数字信号隔离传送的电路原理图；
图3为本实用新型高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路的电路原理图；
图4为本实用新型高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路应用到单端输入的AD前端输入前的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本专利将电子式互感器的小信号电压信号通过高共模电阻分压网络调整为隔离运放允许的差分电压范围，通过隔离运放放大后，经过差分输入单端输出运放跟随后输出。
如图3所示，一种高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，具体细节如下：电子式互感器的输出电压Vin，经过抗共模电阻网络后调理成Vi1，
因R1＝R12，R4＝R9；
所以：
其中，由R1、R12、R4、R9、R3、R8构成的抗共模电阻分压网络，与电子式互感器二次侧相连，用于电压信号采集。信号中的共模干扰因本专利的抗共模电阻网络滤除，而在开关设备现场，主要的干扰也是来自开关动作或线路故障造成的共模干扰。因此本专利的实用意义很大。同时电路中的电容C1、C4和R1、R12组成低通滤波器，可以有效滤除差模的干扰信号。电路中R3、R8构成电阻分压器，给采样电阻网络的电桥中点提供一个电源电压一半的直流偏置，从而使信号调理后到第二隔离放大器U2只输入以电源电压一半为基准，上下摆动的一个交变信号。实际使用中只要控制电阻网络的分压比，使信号相对电源电压一半的峰值不超过U2电源电压的一半，电路就能稳定的工作。电路中的D1、D2是两只瞬变电压抑制器，其作用是出现过量的输入信号时通过这两个器件，可以将输入信号限制在安全范围内。
第一隔离放大器U1使用的是德州仪器的隔离运放AMC1200SDUBR，其电压放大倍数固定为8倍，第二隔离放大器U2使用的是EL5172ISZ-T7，为差分输入，单端输出运放，把其接成电压跟随器，提高输出信号驱动能力，降低其输出阻抗，因此经过隔离放大后的输出电压值：
从计算结果可以看出调理后的输出电压信号只和输入有关。
电路中，隔离电源DCT1为一1W的DC5V转DC5V的隔离DCDC模块，为电子式互感器的二次侧提供一个与测控设备电气隔离的电源。非隔离电源U3为一个电荷泵式的非隔离DCDC芯片，为U2提供一个负电源，使电路输入输出信号允许在以电源地为基准的正负5V范围内摆动。
本实用新型是以隔离式差分运放为例，实现了模拟小信号的隔离放大采样，延伸到非隔离场合，该实用新型也具有非常实用的意义，如图4所述，将本实用新型的高抗共模干扰差分电阻分压网络应用到单端输入的AD前端输入前，也将可以大提高采样的抗共模能力，并且可以实现直流偏置，从而可以实现交流信号的采集。而传统的单片机AD一般为单端输入，只能测量地电位以上的电压信号，而如果需要测量交流电压信号必须增加直流偏置电路。本实用新型在提高共模抗干扰能力的同时解决了普通AD采样交流电压信号的能力。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，其特征在于：包括
抗共模电阻分压网络，与电子式互感器二次侧相连，用于电压信号采集，并滤除信号传输过程中的共模干扰；
隔离电源，与电子式互感器的二次侧相连，为电子式互感器的二次侧提供一个与测控设备电气隔离的电源；
第一隔离放大器，与抗共模电阻分压网络相连，用于将电压信号放大，输出放大后的差分电压信号；
第二隔离放大器，与第一隔离放大器相连，用于差分输入，产生单端电压信号输出；
非隔离电源，与第二隔离放大器相连，为第二隔离放大器提供一个负电源，使电路输入输出信号允许在以电源地为基准的范围内摆动。
2.根据权利要求1所述的高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，其特征在于：所述抗共模电阻分压网络包括相串联的电阻R1、电阻R4、电阻R9、电阻R12，以及与其相并联的电阻R3、电阻R8，电阻R3、电阻R8构成电阻分压器。
3.根据权利要求2所述的高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，其特征在于：所述抗共模电阻分压网络还包括电容C1、电容C4，所述电容C1、电容C4与电阻R1、R12组成低通滤波器。
4.根据权利要求3所述的高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，其特征在于：所述抗共模电阻分压网络还包括瞬变电压抑制器D1及瞬变电压抑制器D2，将输入信号限定在安全范围内。
5.根据权利要求1所述的高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，其特征在于：所述隔离电源为1W的DC5V转DC5V的隔离DCDC电源模块。
6.根据权利要求1所述的高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，其特征在于：所述非隔离电源为电荷泵式的非隔离DCDC电源芯片。
7.根据权利要求1所述的高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，其特征在于：所述第一隔离放大器为隔离运放AMC1200SDUBR。
8.根据权利要求7所述的高抗共模干扰的电子式互感器小信号隔离采样调理电路，其特征在于：所述第一隔离放大器的放大倍数为8倍。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112379162A (zh) * | 2020-08-21 | 2021-02-19 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种用于台区拓扑识别的差分转单端采样装置及方法 |
| CN113848365A (zh) * | 2021-11-29 | 2021-12-28 | 之江实验室 | 一种高带宽测量电机相电流的电路 |
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