CN209992559U - 一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，用以实现电源转换系统对检测负载的电流及频率的采样，包括依次连接的互感器、采样模块、电流检测模块和频率检测模块，所述的频率检测模块与MCU的输入捕获端口连接，其特征在于，所述的频率检测模块包括相互连接的电压比较器单元和门电路单元，所述的电压比较器单元的输入端分别连接电压基准和电流检测模块，输出端通过门电路单元与MCU的输入捕获端口连接。与现有技术相比，本实用新型具有抗干扰能力强、频率输出纹波小、采样精度高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及采样电路，尤其是涉及一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路。
背景技术
随着电力事业的发展，用电设备对电源的连续性和可靠性的要求越来越高，良好的信号采集技术可以将控制系统输出的误判率降到最低，同时提高系统的可靠性，使控制器能够实时检测用电设备的情况，当偏离设定的正常状态时，可以及时反映做出调整。
如图1所示，现有采样电路一般都是电流经互感器后直接接到差分放大器上，频率检测一般都是只经过一个电压比较器就直接输出给MCU。导致有如下几个问题：
1)电流采样波形抗干扰能力差；
2)容易产生振荡；
3)频率输出纹波大，容易漏检或多检；
4)滤波能力不强，采样精度容易受电源波动影响；
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，用以实现电源转换系统对检测负载的电流及频率的采样，包括依次连接的互感器、采样模块、电流检测模块和频率检测模块，所述的频率检测模块与MCU的输入捕获端口连接，其特征在于，所述的频率检测模块包括相互连接的电压比较器单元和门电路单元，所述的电压比较器单元的输入端分别连接电压基准和电流检测模块，输出端通过门电路单元与MCU的输入捕获端口连接。
所述的电流检测模块包括第一运算放大器、第一电容和反馈电阻，所述的第一运算放大器的输出端通过相互并联连接的第一电容和反馈电阻与负输入端连接，并且第一运算放大器的输出端通过第一电阻分别与MCU的ADC端口和电压比较器单元的输入端连接，所述的第一运算放大器的负输入端通过第一高侧采样电阻与互感器的正极连接，正输入端通过第二高侧采样电阻与互感器的正极连接。
所述的采样模块包括分别并联在互感器两端的采样电阻和采样电容，所述的第一运算放大器的正输入端通过低侧采样电阻与电压基准连接，所述的互感器的正极通过第一上拉电阻与电压基准连接，所述的互感器的负极通过第二上拉电阻与电压基准连接。
所述的电压比较器单元包括第二运算放大器，所述的第二运算放大器的负输入端与电压基准连接，正输入端依次通过第二电阻和第一电阻与第一运算放大器的输出端连接，所述的第二运算放大器的输出端连接门电路单元。
所述的门电路单元包括第二电容和门电路，所述的第二电容一端通过第三上拉电阻连接电源，另一端接地，所述的门电路的输入端与第二运算放大器的输出端分别连接到第三上拉电阻和第二电容之间，门电路的输出端连接MCU的输入捕获端口。
待检测电流通路经过电流互感器后，在采样电容和采样电阻两端产生电压，该电压与电压基准经差分放大器模块后的输出接入MCU的ADC端口实现电流检测，该输出同时接入频率检测模块，与电压基准经电压比较器单元以及门电路单元后，接入MCU的输入捕获端口，实现频率检测。
所述的第二运算放大器的负输入端还通过第二滤波电容接地。
所述的第一电阻通过第三电容接地。
所述的电压基准的值为1.5V。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1)抗干扰能力强：采样电容和两个上拉电阻的设置提高了电路的稳定性，使电流波形输出抗干扰能力更强；
2)抑制自激振荡：第一运算放大器的负输入端与输出端之间，设置与反馈电阻并联的第一电容有效抑制了放大器自激振荡的产生；
3)频率输出波形纹波小：电压比较器输出波形经第二电容的滤波和门电路单元的整理后频率波形纹波极小；
4)滤波能力强：低通滤波的构建使电路抗电源波动能力增强，采样精度提高。
附图说明
图1为现有采样电路电路图；
图2为本实用新型采样电路电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
如图2所示，本实用新型提供一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，用于电源转换系统对检测负载的电流及频率的采样，包括依次连接的互感器PT1、采样模块、电流检测模块和频率检测模块，频率检测模块与MCU的输入捕获端口连接。
电流检测模块包括第一运算放大器U1、第一电容C2和反馈电阻R7，第一运算放大器U1的输出端通过相互并联连接的第一电容C2和反馈电阻R7与负输入端连接，并且第一运算放大器U1的输出端通过第一电阻R8分别与MCU的ADC端口和电压比较器单元的输入端连接，第一运算放大器U1的负输入端通过第一高侧采样电阻R2与互感器PT1的正极连接，正输入端通过第二高侧采样电阻R3与互感器PT1的正极连接。
采样模块包括分别并联在互感器PT1两端的采样电阻R1和采样电容C1，第一运算放大器U1的正输入端通过低侧采样电阻R6与电压基准VREF连接，互感器PT1的正极通过第一上拉电阻R4与电压基准VREF连接，互感器PT1的负极通过第二上拉电阻R5与电压基准VREF连接，电压基准VREF的值为1.5V。
频率检测模块包括相互连接的电压比较器单元和门电路单元，电压比较器单元包括第二运算放大器U2，第二运算放大器U2的负输入端与电压基准VREF连接，正输入端通过第二电阻R9连接第一电阻R8，输出端连接门电路单元，门电路单元包括第二电容C7和门电路U3，第二电容C7一端通过第三上拉电阻R10连接电源VCC，另一端接地，门电路U3的输入端与第二运算放大器U2的输出端分别连接到第三上拉电阻R10和第二电容C7之间，门电路U3的输出端连接MCU的输入捕获端口，第二运算放大器U2的负输入端通过第二滤波电容C5接地，第一电阻R8和第二电阻R9之间通过第三电容C4接地。
待检测电流通路经过电流互感器PT1后，在采样电容C1和采样电阻R1两端产生电压，与电压基准VREF经过差分放大器模块后的输出接入MCU的ADC端口实现电流检测，该输出同时接入频率检测模块，与电压基准VREF经过电压比较器单元以及门电路单元的整理后，接入MCU的输入捕获端口，实现频率检测。
本电路第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和门电路U3分别设有第一去耦电容C1、第二去耦电容C2和第三去耦电容C3。
本实用新型电路主要用于电源转换系统对检测负载的电流及频率的采样。电流互感器PT1可直接焊接到电路板上，对于小功率的负载电流通路可直接穿过电流互感器PT1接口，而对于大功率负载，可以连接更大的电流互感器再接到互感器PT1上，这样就有了电流框架的效果。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，用以实现电源转换系统对检测负载的电流及频率的采样，包括依次连接的互感器(PT1)、采样模块、电流检测模块和频率检测模块，所述的频率检测模块与MCU的输入捕获端口连接，其特征在于，所述的频率检测模块包括相互连接的电压比较器单元和门电路单元，所述的电压比较器单元的输入端分别连接电压基准(VREF)和电流检测模块，输出端通过门电路单元与MCU的输入捕获端口连接。
2.根据权利要求1所述的一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，其特征在于，所述的电流检测模块包括第一运算放大器(U1)、第一电容(C2)和反馈电阻(R7)，所述的第一运算放大器(U1)的输出端通过相互并联连接的第一电容(C2)和反馈电阻(R7)与负输入端连接，并且第一运算放大器(U1)的输出端通过第一电阻(R8)分别与MCU的ADC端口和电压比较器单元的输入端连接，所述的第一运算放大器(U1)的负输入端通过第一高侧采样电阻(R2)与互感器(PT1)的正极连接，正输入端通过第二高侧采样电阻(R3)与互感器(PT1)的正极连接。
3.根据权利要求2所述的一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，其特征在于，所述的采样模块包括分别并联在互感器(PT1)两端的采样电阻(R1)和采样电容(C1)，所述的第一运算放大器(U1)的正输入端通过低侧采样电阻(R6)与电压基准(VREF)连接，所述的互感器(PT1)的正极通过第一上拉电阻(R4)与电压基准(VREF)连接，所述的互感器(PT1)的负极通过第二上拉电阻(R5)与电压基准(VREF)连接。
4.根据权利要求3所述的一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，其特征在于，所述的电压比较器单元包括第二运算放大器(U2)，所述的第二运算放大器(U2)的负输入端与电压基准(VREF)连接，正输入端依次通过第二电阻(R9)和第一电阻(R8)与第一运算放大器(U1)的输出端连接，所述的第二运算放大器(U2)的输出端连接门电路单元。
5.根据权利要求4所述的一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，其特征在于，所述的门电路单元包括第二电容(C7)和门电路(U3)，所述的第二电容(C7)一端通过第三上拉电阻(R10)连接电源(VCC)，另一端接地，所述的门电路(U3)的输入端与第二运算放大器(U2)的输出端分别连接到第三上拉电阻(R10)和第二电容(C7)之间，门电路(U3)的输出端连接MCU的输入捕获端口。
6.根据权利要求4所述的一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，其特征在于，所述的第二运算放大器(U2)的负输入端还通过第二滤波电容(C5)接地。
7.根据权利要求5所述的一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，其特征在于，所述的第一电阻(R8)通过第三电容(C4)接地。
8.根据权利要求1所述的一种电源自动转换系统用电流及频率采样电路，其特征在于，所述的电压基准(VREF)的值为1.5V。
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