CN211720479U - 用于电量交流电流变送的信号调理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及工业现场的信号测量技术领域，尤其涉及用于电量交流电流变送的信号调理电路，包括电流互感器采样电路、电流/电压变换电路、运放整流电路和二阶低通有源滤波电路，电流互感器采样电路、电流/电压变换电路、运放整流电路和二阶低通有源滤波电路依次连接，电流互感器采样电路用于将交流信号按照一定比例转换成微弱电流信号，电流/电压变换电路用于将微弱的电流信号转换成电压信号，运放整流电路用于将电流互感器采样电路输出的电压信号转换成正半波信号，二阶低通有源滤波电路用于将正半波信号滤成稳定的直流信号。本实用新型简单可靠，实现高转换线性度和高采样精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业现场的信号测量技术领域，尤其涉及一种用于电量交流电流变送的信号调理电路。
背景技术
工业现场的电源信号由三相电网户外引入，由于传输距离长、电网电压波动等因素影响，导致后端设备的运行不稳定。为了有效的监控电网状态，通常采用电量变送器采样变送至后端，目前的采样通常分为直流采样和交流采样两种方式。
直流采样方式是将交流电流大信号经过输入缓冲电路、再经过整流后得到直流量，用户可以直接对采集得到的值进行相应比例计算即可得到输入的被测交流电流大信号，该方式虽简单易实现、成本低，但其测量精度受到输入缓冲电路及整流电路稳定度的影响，存在线性度差、温漂大、稳定度低的缺点，尤其当次级负载电阻过大时，互感器的比值差、相位差增大、线性范围变窄，甚至出现饱和、输出波形失真的现象。
交流采样方式是指利用MCU对经过输入缓冲电路处理后的交流信号的瞬时值进行实时采集，该方式实时性好、维护方便，但其算法复杂，对负责采集的硬件芯片的转换速率要求较高。
实用新型内容
本实用新型提供了用于电量交流电流变送的信号调理电路，该电路简单可靠，实现了高转换线性度。
为了实现本实用新型的目的，所采用的技术方案是：用于电量交流电流变送的信号调理电路，包括电流互感器采样电路、电流/电压变换电路、运放整流电路和二阶低通有源滤波电路，电流互感器采样电路、电流/电压变换电路、运放整流电路和二阶低通有源滤波电路依次连接，电流互感器采样电路用于将交流信号按照一定比例转换成微弱电流信号，电流/电压变换电路用于将微弱的电流信号转换成电压信号，运放整流电路用于将电流/电压变换电路输出的电压信号转换成正半波信号，二阶低通有源滤波电路用于将正半波信号滤成稳定的直流信号。
作为本实用新型的优化方案，在电流互感器采样电路的输出端和电流/电压变换电路的输入端之间接第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1和第二二极管D2反相并联连接在电流互感器采样电路的副边和地之间。
作为本实用新型的优化方案，运放整流电路包括第二电阻R2、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三二极管D3、第四二极管D4、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，第四电阻R4连接在第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端之间，第九电阻R9连接在第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的另一端之间，第二电阻R2连接在第八电阻R8的一端和第三运算放大器U3的输出端之间，第二运算放大器U2的负极输入端与第七电阻R7的另一端连接，第八电阻R8的另一端与第三二极管D3的正极相连，第八电阻R8的另一端与第三二极管D3的正极相连，第四二极管D4的正极与第二运算放大器U2的输出端相连。
作为本实用新型的优化方案，二阶低通有源滤波电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3、第八电容C8和第四运算放大器U4，第五电阻R5的一端与运放整流电路的输出端相连，第六电阻R6连接在第五电阻R5的另一端和第四运算放大器U4的负极输入端之间，第三电容C3连接在第五电阻R5的另一端和第四运算放大器U4的输出端之间，第八电容C8连接在第四运算放大器U4的负极输入端和地之间。
本实用新型具有积极的效果：1)本实用新型运用巧妙的运放整流电路，可解决普通二极管整流电路所带来的波形在零区附近明显失真的问题，加上后级的二阶低通滤波后，线性度和稳定度得到大幅提升；
2)本实用新型通过电流/电压变换电路提高互感器的带载能力且解决了传统采样电路次级负载电阻过大时，互感器比值差、相位差增大、线性度降低，甚至出现的饱和、输出波形失真现象；
3)本实用新型通过各个电路构建的交流电流信号处理电路可以实现提高产品精度和非线性以及减小产品温漂的目的，该电路整体由分立器件搭建而成，方案简单，运行可靠。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的原理框图；
图2为电流互感器采样电路和电流/电压变换电路的电路连接示意图；
图3为运放整流电路的电路连接示意图；
图4为二阶低通有源滤波电路的电路连接示意图。
其中：1、电流互感器采样电路，2、电流/电压变换电路，3、运放整流电路，4、二阶低通有源滤波电路。
具体实施方式
如图1-4所示，本实用新型公开了用于电量交流电流变送的信号调理电路，包括电流互感器采样电路1、电流/电压变换电路2、运放整流电路3和二阶低通有源滤波电路4，电流互感器采样电路1、电流/电压变换电路2、运放整流电路3和二阶低通有源滤波电路4依次连接，电流互感器采样电路1用于将交流信号按照一定比例转换成微弱电流信号，电流/电压变换电路2用于将微弱的电流信号转换成电压信号，运放整流电路3用于将电流/电压变换电路2输出的电压信号转换成正半波信号，二阶低通有源滤波电路4用于将正半波信号滤成稳定的直流信号。当输入交流电流信号时，经过电流互感器采样电路1将交流信号按照一定比例转换成微弱电流信号，再通过电流/电压变换电路2转换成适当的电压信号，交变的电压信号经过运放整流电路3转变成正半波信号，正半波信号再通过二阶低通有源滤波电路4滤成稳定的直流信号作为输出。
如图2所示，在电流互感器采样电路1的输出端和电流/电压变换电路2的输入端之间接第一二极管D1和第二二极管D2，所述的第一二极管D1和第二二极管D2反相并联连接在电流互感器采样电路1的副边和地之间。通过设置第一二极管D1和第二二极管D2作为电流/电压变换电路2的输入保护。
电流/电压变换电路2包括第一运算放大器U1、第一电阻R1、第一电容C1和第三电阻R3，第一电阻R1和第一电容C1并联连接后与第三电阻R3串联连接在第一运算放大器U1的负极输入端和第一运算放大器U1的输出端之间。接运算放大器的电流/电压变换电路2提高了负载能力，让电流互感器采样电路1工作在零负载状态。
如图3所示，运放整流电路3包括第二电阻R2、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三二极管D3、第四二极管D4、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，第四电阻R4连接在第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端之间，第九电阻R9连接在第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的另一端之间，第二电阻R2连接在第八电阻R8的一端和第三运算放大器U3的输出端之间，第二运算放大器U2的负极输入端与第七电阻R7的另一端连接，第八电阻R8的另一端与第三二极管D3的正极相连，第八电阻R8的另一端与第三二极管D3的正极相连，第四二极管D4的正极与第二运算放大器U2的输出端相连。当输入为正(Vin＝V+)时，第二运算放大器U2输出为负，第四二极管D4截止，第三二极管D3导通，第七电阻R7、第九电阻R9、第三二极管D3和第二运算放大器U2构成反相放大电路，第二电阻R2、第四电阻R4、第八电阻R8和第三运算放大器U3构成反相加法电路，最终使得Vout＝V+。当输入为负(Vin＝V-)时，第二运算放大器U2输出为正，第四二极管D4导通，第三二极管D3截止，第二电阻R2、第四电阻R4和第三运算放大器U3构成反相放大电路，最终使得Vout仍然＝V+。交变电流输入信号经过运放整流电路3之后变成直流信号。
如图4所示，二阶低通有源滤波电路4包括第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3、第八电容C8和第四运算放大器U4，第五电阻R5的一端与运放整流电路3的输出端相连，第六电阻R6连接在第五电阻R5的另一端和第四运算放大器U4的负极输入端之间，第三电容C3连接在第五电阻R5的另一端和第四运算放大器U4的的输出端之间，第八电容C8连接在第四运算放大器U4的负极输入端和地之间。二阶低通有源滤波电路4相比无源滤波可以完全吸收系统内的谐波且不会产生谐振。通带内的信号也没有能量损耗。并且滤波器的体积小，重量轻。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.用于电量交流电流变送的信号调理电路，其特征在于：包括电流互感器采样电路(1)、电流/电压变换电路(2)、运放整流电路(3)和二阶低通有源滤波电路(4)，所述的电流互感器采样电路(1)、电流/电压变换电路(2)、运放整流电路(3)和二阶低通有源滤波电路(4)依次连接，所述的电流互感器采样电路(1)用于将交流信号按照一定比例转换成微弱电流信号，所述的电流/电压变换电路(2)用于将微弱的电流信号转换成电压信号，所述的运放整流电路(3)用于将电流/电压变换电路(2)输出的电压信号转换成正半波信号，所述的二阶低通有源滤波电路(4)用于将正半波信号滤成稳定的直流信号。
2.根据权利要求1所述的用于电量交流电流变送的信号调理电路，其特征在于：在电流互感器采样电路(1)的输出端和电流/电压变换电路(2)的输入端之间接第一二极管D1和第二二极管D2，所述的第一二极管D1和第二二极管D2反相并联连接在电流互感器采样电路(1)的副边和地之间。
3.根据权利要求1或2所述的用于电量交流电流变送的信号调理电路，其特征在于：所述运放整流电路(3)包括第二电阻R2、第四电阻R4、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第三二极管D3、第四二极管D4、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，第四电阻R4连接在第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端之间，第九电阻R9连接在第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的另一端之间，第二电阻R2连接在第八电阻R8的一端和第三运算放大器U3的输出端之间，第二运算放大器U2的负极输入端与第七电阻R7的另一端连接，第八电阻R8的另一端与第三二极管D3的正极相连，第八电阻R8的另一端与第三二极管D3的正极相连，第四二极管D4的正极与第二运算放大器U2的输出端相连。
4.根据权利要求3所述的用于电量交流电流变送的信号调理电路，其特征在于：所述的二阶低通有源滤波电路(4)包括第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3、第八电容C8和第四运算放大器U4，第五电阻R5的一端与运放整流电路(3)的输出端相连，第六电阻R6连接在第五电阻R5的另一端和第四运算放大器U4的负极输入端之间，第三电容C3连接在第五电阻R5的另一端和第四运算放大器U4的输出端之间，第八电容C8连接在第四运算放大器U4的负极输入端和地之间。
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| CN202020659200.9U CN211720479U (zh) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | 用于电量交流电流变送的信号调理电路 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113472335A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-01 | 电子科技大学 | 一种交流信号的单向导通电路 |
| CN114113762A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-03-01 | 上海金智晟东电力科技有限公司 | 一种有源零磁通采样装置 |
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2020
- 2020-04-27 CN CN202020659200.9U patent/CN211720479U/zh active Active
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