CN210155201U

CN210155201U - 一种柔性电流钳形表电路

Info

Publication number: CN210155201U
Application number: CN201920597218.8U
Authority: CN
Inventors: 柯元东; 黄志刚; 陈志宏; 曾繁建; 黄海林
Original assignee: Zhangzhou Eastern Intelligent Meter Co ltd
Current assignee: Zhangzhou Eastern Intelligent Meter Co ltd
Priority date: 2019-04-28
Filing date: 2019-04-28
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2029-04-28

Abstract

本实用新型涉及一种柔性电流钳形表电路，包括罗氏线圈电流互感器L1、积分电路、放大与射极跟随电路、ADC转换器、DSP数字处理器、LCD显示屏和电源供给电路；所述罗氏线圈电流互感器L1与所述积分电路的输入端电连接，用于感应被测导体的电压信号并发送至所述积分电路；所述积分电路的输出端与所述放大与射极跟随电路电连接，用于将电压信号转换为电流信号后再发送至所述放大与射极跟随电路；所述放大与射极跟随电路对所述电流信号进行放大、消除干扰后，输出至所述ADC转换器；所述ADC转换器将模拟信号转化为数字信号并输出至所述DSP数字处理器；所述DSP数字处理器对数字信号进行处理，并输出至所述LCD显示屏显示对应数据。

Description

一种柔性电流钳形表电路

技术领域

本实用新型涉及一种柔性电流钳形表电路，属于数字多用表技术领域。

背景技术

在电力测量系统中，电力数字仪表多采用铁芯电流互感器作为信号采集装置，采用铁芯电流互感器有以下缺点：

首先，铁芯互感器由于其二次绕组是在短路工作状态，因而能耗较高；一般一只铁芯互感器额定工作状态的功耗达15W 以上，电能损耗很大；

其次，铁芯互感器易饱和、线性范围小，再者，使用铁芯互感器的电力数字仪表，由于受互感器精度的影响，整个仪表和互感器的系统精度很低，大部份系统精度都不到2%。

还有由于线圈感应到的电压满足关系式：E= nΔΦ/Δdt，n为匝数，说明测试频率与线圈感应到的电压呈正比例关系，频率越高感应到的电压越大，采用铁芯互感器的产品基本上频率范围都很小正常都在50~60Hz之间。

罗氏线圈作为一次电流传感单元，以其线性度好、无磁饱和现象、测量带宽广且准确度高等优良特性，得到了广泛的关注和应用。但是由于罗氏线圈二次侧输出电压信号是一次侧电流信号的微分，需要还原出与一次侧电流信号成正比例的信号，必须添加相应的积分环节。因此，积分器电路是罗氏线圈互感器实际应用中的关键且必不可少组成部分。在信号处理电路和有源网络中作模拟运算的积分器常用运算放大器和RC器件构成，由于运算放大器固有输入或输出偏置，正常都要选用价格昂贵的失调高精度器件，无形中增加产品不少的成本。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种柔性电流钳形表电路，采用罗氏线圈电流互感器，实现电流钳形表无磁饱和现象可测量范围大（0.01A~3000A），测量带宽（40~1KHz）且准确度高线性度好。

本实用新型的技术方案如下：

一种柔性电流钳形表电路，包括罗氏线圈电流互感器L1、积分电路、放大与射极跟随电路、ADC转换器、DSP数字处理器、LCD显示屏和电源供给电路；所述罗氏线圈电流互感器L1与所述积分电路的输入端电连接，用于感应被测导体的电压信号并发送至所述积分电路；所述积分电路的输出端与所述放大与射极跟随电路电连接，用于将电压信号转换为电流信号后再发送至所述放大与射极跟随电路；所述放大与射极跟随电路对所述电流信号进行放大、消除干扰后，输出至所述ADC转换器；所述ADC转换器将模拟信号转化为数字信号并输出至所述DSP数字处理器；所述DSP数字处理器对数字信号进行处理，并输出至所述LCD显示屏显示对应数据；所述电源供给电路为用电器件提供电能。

进一步的，所述积分电路包括运算放大器U2、电容C3、电阻R3、电阻R4和电阻R15；所述电容C3与电阻R15并联后两端分别与所述运算放大器U2的反向输入端和输出端电连接，所述运算放大器U2的正向输入端接地；所述电阻R4与所述罗氏线圈电流互感器L1并联后，一端接地，另一端与所述电阻R3的串联，所述电阻R3的另一端与所述电容C12与电阻R15并联后回路电连接。

进一步的，所述放大与射极跟随电路包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、电容C2、电容C6、电阻R2、电阻R7、电阻R8、电阻R11和电阻R12；所述电容C6与所述电阻R11并联后，两端分别与所述运算放大器U1B的反向输入端和输出端电连接；所述电阻R7一端与所述运算放大器U2的输出端电连接，另一端与所述运算放大器U1B的方向输入端电连接；所述电阻R12一端与所述运算放大器U1B的输出端电连接，另一端与所述运算放大器U1A的正向输入端电连接；所述运算放大器U1A的反向输入端与输出端短接；所述电容C2与所述电阻R2并联后，一端接地，另一端与所述电阻R8的一端电连接，电阻R8的另一端与所述运算放大器U1A的输出端电连接。

进一步的，所述ADC转换器和DSP数字处理器集成于一万用表自动量程转换芯片IC1中。

进一步的，所述电源供给电路包括电池BAT、稳压管U3、刀盘开关SW、电阻R16、电阻R17、三极管Q5和三极管Q6；所述电池BAT的正极经所述刀盘开关SW与所述稳压管U3的输入端电连接，所述电池BAT的负极作为电源负端V-；所述稳压管U3的输出端作为万用表自动量程转换芯片IC1的供电端VDD，所述稳压管U3的接地端与电源负端V-电连接；所述电阻R16的一端与所述万用表自动量程转换芯片IC1电连接，另一端与所述三极管Q5的基极电连接，所述三极管Q5的发射极与电源负端V-电连接，集电极经电阻R17与所述三极管Q6的基极电连接，所述三极管Q6的发射极与所述电源端VDD电连接，集电极作为运算放大器U1A、运算放大器U1B和运算放大器U2的供电端VDD1。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型一种柔性电流钳形表电路，采用罗氏线圈电流互感器，实现电流钳形表无磁饱和现象可测量范围大（0.01A~3000A），测量带宽（40~1KHz）且准确度高线性度好。

2、本实用新型选用万用表自动量程转换芯片IC1，可通过标定的方式对测量准确度进行校准，并在标定的过程中，在没有测量信号输入时LCD显示屏如有显示几个字的读数也可以清除掉，因此运算放大器U1A和运算放大器U1B不必选用价格昂贵的低失调高精度的器件，具有较高的性价比。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图；

图2为本实用新型实施例的电路原理图；

图3为本实用新型实施例的积分电路原理图；

图4为本实用新型实施例的放大与射极跟随电路原理图；

图5为本实用新型实施例的电压供给电路原理图。

图中附图标记表示为：

2、积分电路；3、放大与射极跟随电路；4、ADC转换器；5、DSP数字处理器；6、LCD显示屏；7、电源供给电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。

参见图1-5，一种柔性电流钳形表电路，包括罗氏线圈电流互感器L1、积分电路2、放大与射极跟随电路3、ADC转换器4、DSP数字处理器5、LCD显示屏6和电源供给电路7；所述罗氏线圈电流互感器L1与所述积分电路2的输入端电连接，用于感应被测导体的电压信号并发送至所述积分电路2；所述积分电路2的输出端与所述放大与射极跟随电路3电连接，用于将电压信号转换为电流信号后再发送至所述放大与射极跟随电路3；所述放大与射极跟随电路3对所述电流信号进行放大、消除干扰后，输出至所述ADC转换器；所述ADC转换器将模拟信号转化为数字信号并输出至所述DSP数字处理器5；所述DSP数字处理器5对数字信号进行处理，并输出至所述LCD显示屏6显示对应数据；所述电源供给电路7为用电器件提供电能。

进一步的，请参见图3，所述积分电路2包括运算放大器U2、电容C3、电阻R3、电阻R4和电阻R15；所述电容C3与电阻R15并联后两端分别与所述运算放大器U2的反向输入端和输出端电连接，所述运算放大器U2的正向输入端接地；所述电阻R4与所述罗氏线圈电流互感器L1并联后，一端接地，另一端与所述电阻R3的串联，所述电阻R3的另一端与所述电容C12与电阻R15并联后回路电连接；罗氏线圈电流互感器L1是一种空心环形的线圈，可以直接套在被测量的导体上，导体中流过的交流电流会在导体周围产生一个交替变化的磁场，从而在线圈中感应出一个与电流变比成比例的交流电压信号。罗氏线圈电流互感器L1的输出电压可以用公式Vout=Mdi/dt来表示，其中M为线圈的互感，di/dt则是电流的变化比率，由此可见，线圈匝数一定时，M为定值，线圈的输出电压与di／dt成正比，若想准确还原测量的交流电流i , 必须加一个反相积分电路。积分电路2作为罗氏线圈电流互感器L1的反向积分电路还原电流i，积分电路2的积分时间常数τ=C3*R3，R15是积分漂移泄漏电阻，用来防止积分漂移所造成的饱和或截止现象。

进一步的，请参见图4，所述放大与射极跟随电路3包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、电容C2、电容C6、电阻R2、电阻R7、电阻R8、电阻R11和电阻R12；所述电容C6与所述电阻R11并联后，两端分别与所述运算放大器U1B的反向输入端和输出端电连接；所述电阻R7一端与所述运算放大器U2的输出端电连接，另一端与所述运算放大器U1B的方向输入端电连接；所述电阻R12一端与所述运算放大器U1B的输出端电连接，另一端与所述运算放大器U1A的正向输入端电连接；所述运算放大器U1A的反向输入端与输出端短接；所述电容C2与所述电阻R2并联后，一端接地，另一端与所述电阻R8的一端电连接，电阻R8的另一端与所述运算放大器U1A的输出端电连接；运算放大器U1B起反向放大作用，放大倍数A=R11/R7,电容C6起高频补偿作用，电阻R2为取样电阻，电容C2起高频滤波作用，运算放大器U1A作为射极跟随器起阻抗变化作用，确保输入到ADC转换器时有一个阻值比较低的输入阻抗，能对外界的杂散信号干扰有较好的消除作用。

进一步的，所述ADC转换器4和DSP数字处理器5集成于一万用表自动量程转换芯片IC1(可以采用SD7890A2或其它型号的芯片)中。

进一步的，请参见图5，所述电源供给电路7包括电池BAT、稳压管U3、刀盘开关SW、电阻R16、电阻R17、三极管Q5和三极管Q6；所述电池BAT的正极经所述刀盘开关SW与所述稳压管U3的输入端电连接，所述电池BAT的负极作为电源负端V-；所述稳压管U3的输出端作为万用表自动量程转换芯片IC1的供电端VDD，所述稳压管U3的接地端与电源负端V-电连接；所述电阻R16的一端与所述万用表自动量程转换芯片IC1电连接，另一端与所述三极管Q5的基极电连接，所述三极管Q5的发射极与电源负端V-电连接，集电极经电阻R17与所述三极管Q6的基极电连接，所述三极管Q6的发射极与所述电源端VDD电连接，集电极作为运算放大器U1A、运算放大器U1B和运算放大器U2的供电端VDD1；供电端VDD1由万用表自动量程转换芯片IC1控制，当万用表自动量程转换芯片IC1进入休眠状态时，使得供电端VDD1停止供电，以便节省电源。

本实施例采用罗氏线圈电流互感器L1，实现电流钳形表无磁饱和现象可测量范围大（0.01A~3000A），测量带宽（40~1KHz）且准确度高线性度好；通过选用万用表自动量程转换芯片IC1，可通过标定的方式对测量准确度进行校准，并在标定的过程中，在没有测量信号输入时LCD显示屏6如有显示几个字的读数也可以清除掉，因此运算放大器U1A和运算放大器U1B不必选用价格昂贵的低失调高精度的器件，而选用价格低廉的器件（如LM358）即可。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种柔性电流钳形表电路，其特征在于：包括罗氏线圈电流互感器L1、积分电路（2）、放大与射极跟随电路（3）、ADC转换器（4）、DSP数字处理器（5）、LCD显示屏（6）和电源供给电路（7）；所述罗氏线圈电流互感器L1与所述积分电路（2）的输入端电连接，用于感应被测导体的电压信号并发送至所述积分电路（2）；所述积分电路（2）的输出端与所述放大与射极跟随电路（3）电连接，用于将电压信号转换为电流信号后再发送至所述放大与射极跟随电路（3）；所述放大与射极跟随电路（3）对所述电流信号进行放大、消除干扰后，输出至所述ADC转换器；所述ADC转换器将模拟信号转化为数字信号并输出至所述DSP数字处理器（5）；所述DSP数字处理器（5）对数字信号进行处理，并输出至所述LCD显示屏（6）显示对应数据；所述电源供给电路（7）为用电器件提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种柔性电流钳形表电路，其特征在于：所述积分电路（2）包括运算放大器U2、电容C3、电阻R3、电阻R4和电阻R15；所述电容C3与电阻R15并联后两端分别与所述运算放大器U2的反向输入端和输出端电连接，所述运算放大器U2的正向输入端接地；所述电阻R4与所述罗氏线圈电流互感器L1并联后，一端接地，另一端与所述电阻R3的串联，所述电阻R3的另一端与所述电容C12与电阻R15并联后回路电连接。

3.根据权利要求2所述的一种柔性电流钳形表电路，其特征在于：所述放大与射极跟随电路（3）包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、电容C2、电容C6、电阻R2、电阻R7、电阻R8、电阻R11和电阻R12；所述电容C6与所述电阻R11并联后，两端分别与所述运算放大器U1B的反向输入端和输出端电连接；所述电阻R7一端与所述运算放大器U2的输出端电连接，另一端与所述运算放大器U1B的方向输入端电连接；所述电阻R12一端与所述运算放大器U1B的输出端电连接，另一端与所述运算放大器U1A的正向输入端电连接；所述运算放大器U1A的反向输入端与输出端短接；所述电容C2与所述电阻R2并联后，一端接地，另一端与所述电阻R8的一端电连接，电阻R8的另一端与所述运算放大器U1A的输出端电连接。

4.根据权利要求3所述的一种柔性电流钳形表电路，其特征在于：所述ADC转换器（4）和DSP数字处理器（5）集成于一万用表自动量程转换芯片IC1中。

5.根据权利要求4所述的一种柔性电流钳形表电路，其特征在于：所述电源供给电路（7）包括电池BAT、稳压管U3、刀盘开关SW、电阻R16、电阻R17、三极管Q5和三极管Q6；所述电池BAT的正极经所述刀盘开关SW与所述稳压管U3的输入端电连接，所述电池BAT的负极作为电源负端V-；所述稳压管U3的输出端作为万用表自动量程转换芯片IC1的供电端VDD，所述稳压管U3的接地端与电源负端V-电连接；所述电阻R16的一端与所述万用表自动量程转换芯片IC1电连接，另一端与所述三极管Q5的基极电连接，所述三极管Q5的发射极与电源负端V-电连接，集电极经电阻R17与所述三极管Q6的基极电连接，所述三极管Q6的发射极与所述电源端VDD电连接，集电极作为运算放大器U1A、运算放大器U1B和运算放大器U2的供电端VDD1。