CN214591191U - 一种高压变送信号转换电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高压变送信号转换电路，包括高压输入端、低压输出端以及依次连接在所述高压输入端与所述低压输出端之间的电压互感器、同相运放电路、线性检波电路、有源滤波电路以及反相放大电路；所述电压互感器，用于将所述高压输入端输入的0～380V高压线性转换为0～5V低压。本申请克服了现有技术中高压无法接入低压电路的问题，有利于高压交流电压的精确测量和变送，具有稳定输出的优点，能够满足PLC及监控仪表对模拟量信号的输入需求，从而可以实现对供电系统的电力状况的实时监控，进而有利于及时发现供电设备的安全隐患，有利于对故障和事故进行快速有效处理。

Description

一种高压变送信号转换电路

技术领域

本申请涉高压电压监控技术领域，尤其涉及一种高压变送信号转换电路。

背景技术

在工业机械控制领域，高压动力电广泛应用，由于其供电存在一定的不稳定性，为此需要检测高压动力电的电压变化。现有技术中的交流变送器存在着无法接入高压以及受电压干扰等问题。

在很多工业应用中，需要对供电电压实时监测。传统的监测电路使用不同规格的电能表来获取到不同分相电压，根据得到的分相电压来判断供电电压的运行状况，因此它不具备对电压、电流的连续监测功能。为了对电力状况实时监控，及时发现供电设备的隐患，对故障或事故进行有效的处理，本申请提出一种高压变送信号转换电路。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种高压变送信号转换电路。

本申请提供一种高压变送信号转换电路，包括高压输入端、低压输出端以及依次连接在所述高压输入端与所述低压输出端之间的电压互感器、同相运放电路、线性检波电路、有源滤波电路以及反相放大电路；所述电压互感器，用于将所述高压输入端输入的0～380V高压线性转换为0～5V低压。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述同相运放电路包括第一正向放大器AR1；第一正向放大器AR1的正向输入端依次与第三电阻R3、第一电容C1以及第一电阻R1串联后接地；第一正向放大器AR1的负向输入端与第二电阻R2串联后接地；第一正向放大器AR1的负向输入端与输出端之间并联有第四电阻R4。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述线性检波电路包括第一反向放大器AR2；第一反向放大器AR2的正向输入端与第六电阻R6串联后接地；第一反向放大器AR2的负向输入端与第一正向放大器AR1的输出端之间连接有第五电阻R5；第一反向放大器AR2的负向输入端与输出端之间并联有第一二极管D1，第一二极管D1的正极端与第一反向放大器AR2的负向输入端相连；第一反向放大器AR2的负向输入端与输出端之间还并联有第二电容C2、第七电阻R7以及第二二极管D2，第二电容C2与第七电阻R7先并联后再与第二二极管D2串联，第二二极管D2的正极端与第一反向放大器AR2的输出端相连。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述有源滤波电路包括第二反向放大器AR3；第二反向放大器AR3的正向输入端与第十电阻R10串联后接地；第二反向放大器AR3的负向输入端与第二二极管D2的负极端之间连接有第八电阻R8；第二反向放大器AR3的负向输入端与输出端之间并联有第三电容C3和第九电阻R9；第三电容C3和第九电阻R9并联连接。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述反相放大电路包括第三反向放大器AR4；第三反向放大器AR4的正向输入端与第十三电阻R13串联后接地；第三反向放大器AR4的负向输入端与第二反向放大器AR3的输出端之间连接有第十一电阻R11；第三反向放大器AR4的负向输入端与输出端之间并联有第一滑动变阻器R12。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，该高压变送信号转换电路还包括电源供电电路；所述电源供电电路用于为第一正向放大器AR1、第一反向放大器AR2、第二反向放大器AR3以及第三反向放大器AR4提供±15V电源。

根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述第一电容C1、所述第二电容C2、所述第三电容C3为电解电容、胆电容或陶瓷电容。

与现有技术相比，本申请的有益效果：该高压变送信号转换电路，通过设置电压互感器、同相运放电路、线性检波电路、有源滤波电路以及反相放大电路，能够将电网中的三相0～380V的交流高压电压信号转换成按线性比例输出的0～10V的直流低压电压信号并隔离输出模拟量信号，克服了现有技术中高压无法接入低压电路的问题，有利于高压交流电压的精确测量和变送，具有稳定输出的优点，能够满足PLC及监控仪表对模拟量信号的输入需求，从而可以实现对供电系统的电力状况的实时监控，进而有利于及时发现供电设备的安全隐患，有利于对故障和事故进行快速有效处理。

附图说明

图1为本申请实施例提供的高压变送信号转换电路的电路图；

图2为高压变送器的示意图；

图3为图2中高压变送器各分区的示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。

请参考图1，本实施例提供一种用于高压变送器的高压变送信号转换电路，包括高压输入端、低压输出端以及依次连接在所述高压输入端与所述低压输出端之间的电压互感器、同相运放电路、线性检波电路、有源滤波电路以及反相放大电路；所述电压互感器，用于将所述高压输入端输入的0～380V高压线性转换为0～5V低压。

所述同相运放电路包括第一正向放大器AR1、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；第一正向放大器AR1的正向输入端依次与第三电阻R3、第一电容C1以及第一电阻R1串联后接地；第一正向放大器AR1的负向输入端与第二电阻R2串联后接地；第一正向放大器AR1的负向输入端与输出端之间并联有第四电阻R4。

第一电容C1和第一电阻R1用于去除高频噪声，第一正向放大器AR1的电压放大输出倍数取决于第四电阻R4与第二电阻R2的比值，而与第一正向放大器AR1本身的参数无关；所述同相运放电路不仅能够提高输入阻抗，还可以提高灵敏度，在同相运放电路中，将输出电压全部反馈到了反相输入端，就构成了电压跟随器。此时的输出电压与输入电压完全一样。类似于晶体管放大电路中的共集电极放大电路(射极跟随器)，但是性能远优于由晶体三极管构成的共集电极放大电路。

所述线性检波电路包括第一反向放大器AR2、第一二极管D1、第二二极管D2、第二电容C2、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7；第一反向放大器AR2的正向输入端与第六电阻R6串联后接地；第一反向放大器AR2的负向输入端与第一正向放大器AR1的输出端之间连接有第五电阻R5；第一反向放大器AR2的负向输入端与输出端之间并联有第一二极管D1，第一二极管D1的正极端与第一反向放大器AR2的负向输入端相连；第一反向放大器AR2的负向输入端与输出端之间还并联有第二电容C2、第七电阻R7以及第二二极管D2，第二电容C2与第七电阻R7先并联后再与第二二极管D2串联，第二二极管D2的正极端与第一反向放大器AR2的输出端相连。

所述线性检波电路具有输入阻抗较低、带宽较宽、动态范围大，线性保真度较高的特点；所述线性检波电路的第一反向放大器AR2、第一二极管D1、第二二极管D2、第二电容C2、第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7组成线性半波平均值检波器。所述线性检波电路采用并联负反馈运算放大器，其输入阻抗较低。当输入电压为正半周期时，因从第一反向放大器AR2的负向输入端输入，故第一反向放大器AR2的输出端的电压为负值，由于这时第一反向放大器AR2工作于反相放大状态，其负向输入端为虚地点，接近零电位，而第一反向放大器AR2的输出端为负电位，故第二二极管D2导通，第一反向放大器AR2的输出端被箝位于-0.6V左右，导致第一二极管D1截止，显然检波器的输出电压为零；当输入电压为负半周期时，第一反向放大器AR2的输出端电压为正值，那么第二二极管D2截止，第一二极管D1导通，这是检波器相当于反向运算放大器。网络内，在运算放大器放大倍数很高的条件下，很容易得出线检波器闭环增益主要取决于反馈网络的第七电阻R7、第二电容C2及第五电阻R5，而与第二二极管D2无关，因此，由第二二极管D2的伏安特性而引起的非线性影响将大大减小了，从而说明该检波电路是一个线性检波电路。在整个周期内，当输出端电压为0～10V时，半波检波的平均值电压为0-4.5V；第二电容C2起略微缩窄频带的作用，以滤去混入输入信号中的极窄脉冲干扰；第七电阻R7和第二电容C2组成可以让阻容谐振的频点放大倍数减小的电路，使信号得到充分放大。

所述有源滤波电路包括第二反向放大器AR3；第二反向放大器AR3的正向输入端与第十电阻R10串联后接地；第二反向放大器AR3的负向输入端与第二二极管D2的负极端之间连接有第八电阻R8；第二反向放大器AR3的负向输入端与输出端之间并联有第三电容C3和第九电阻R9；第三电容C3和第九电阻R9并联连接。

所述有源滤波电路的滤波精度较高，滤波范围较宽，对负载的波动响应快，可以滤除97％以上的谐波。为获得平滑的直流电压以及带负载能力，在检波器后加接RC有源低通滤波器，其对应的为所述有源滤波电路，滤波器的截止频率远小于工频频率，滤波效果较好。

所述反相放大电路包括第三反向放大器AR4；第三反向放大器AR4的正向输入端与第十三电阻R13串联后接地；第三反向放大器AR4的负向输入端与第二反向放大器AR3的输出端之间连接有第十一电阻R11；第三反向放大器AR4的负向输入端与输出端之间并联有第一滑动变阻器R12。

所述反相放大电路可提高放大电路的稳定性，抑制反馈环内的噪声干扰，减小输出电阻，减小非线性失真；反相放大电路对应的为反相放大器，反相放大器用以提高灵敏度和扩大量程；第一滑动变阻器电位器R12用于调节电压的输出范围，通过调整第一滑动变阻器电位器R12，即可使输入交流电压为380V时，输出电压Vout为10V，从而完成0～380V交流信号到0～10V直流信号的线性转换输出。

需要说明的是，第一滑动变阻器电位器R12不局限于某一材质、某一封装或某一容值。

进一步的，所述高压输入端与所述同相运放电路之间连接有电压互感器；所述电压互感器用于将所述高压输入端输入的0～380V高压线性转换为0～5V低压。

进一步的，该高压变送信号转换电路还包括电源供电电路；所述电源供电电路用于为第一正向放大器AR1、第一反向放大器AR2、第二反向放大器AR3以及第三反向放大器AR4提供±15V电源。

进一步的，所述第一电容C1、所述第二电容C2、所述第三电容C3为电解电容、胆电容或陶瓷电容，各个电容器均不限于某一材质、某一封装或某一容值。

本实施例提供的高压变送信号转换电路应用于高压变送器，高压变送器的示意图如图2所示，高压变送器上设有独立的A区、B区和C区。其中，A区为0～380V高压输入端，设有外接高压电的接线端子U1、接线端子U2和接线端子PE；B区为±15V电源输入端，用于接收±15V电压输入信号；C区为0～10V模拟量低压输出端；高压变送器各分区的示意图如图3所示。A区外接高压，减少接线错误，减少损坏电路元器件的机会。

本申请实施例提供的高压变送信号转换电路的工作原理为：0～380V的交流高压先经过电压互感器转换成同比例的0～5V交流低压后，再依次经过同相运放电路、线性检波电路、有源滤波电路、反相放大电路，最后输出0～10V直流模拟电压，实现0～380V到0～10V的同比例转换。

本申请实施例提供的高压变送信号转换电路，具有结构简单、制作成本低、输出稳定的优点，通过设置电压互感器、同相运放电路、线性检波电路、有源滤波电路以及反相放大电路，能够将电网中的三相0～380V的交流高压电压信号转换成按线性比例输出的0～10V的直流低压电压信号并隔离输出模拟量信号，克服了高压无法接入低压电路的问题，有利于高压交流电压的精确测量和变送，能够满足PLC及监控仪表对模拟量信号的输入需求。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种高压变送信号转换电路，其特征在于，包括高压输入端、低压输出端以及依次连接在所述高压输入端与所述低压输出端之间的电压互感器、同相运放电路、线性检波电路、有源滤波电路以及反相放大电路；所述电压互感器，用于将所述高压输入端输入的0～380V高压线性转换为0～5V低压。

2.根据权利要求1所述的高压变送信号转换电路，其特征在于，所述同相运放电路包括第一正向放大器AR1；第一正向放大器AR1的正向输入端依次与第三电阻R3、第一电容C1以及第一电阻R1串联后接地；第一正向放大器AR1的负向输入端与第二电阻R2串联后接地；第一正向放大器AR1的负向输入端与输出端之间并联有第四电阻R4。

3.根据权利要求2所述的高压变送信号转换电路，其特征在于，所述线性检波电路包括第一反向放大器AR2；第一反向放大器AR2的正向输入端与第六电阻R6串联后接地；第一反向放大器AR2的负向输入端与第一正向放大器AR1的输出端之间连接有第五电阻R5；第一反向放大器AR2的负向输入端与输出端之间并联有第一二极管D1，第一二极管D1的正极端与第一反向放大器AR2的负向输入端相连；第一反向放大器AR2的负向输入端与输出端之间还并联有第二电容C2、第七电阻R7以及第二二极管D2，第二电容C2与第七电阻R7先并联后再与第二二极管D2串联，第二二极管D2的正极端与第一反向放大器AR2的输出端相连。

4.根据权利要求3所述的高压变送信号转换电路，其特征在于，所述有源滤波电路包括第二反向放大器AR3；第二反向放大器AR3的正向输入端与第十电阻R10串联后接地；第二反向放大器AR3的负向输入端与第二二极管D2的负极端之间连接有第八电阻R8；第二反向放大器AR3的负向输入端与输出端之间并联有第三电容C3和第九电阻R9；第三电容C3和第九电阻R9并联连接。

5.根据权利要求4所述的高压变送信号转换电路，其特征在于，所述反相放大电路包括第三反向放大器AR4；第三反向放大器AR4的正向输入端与第十三电阻R13串联后接地；第三反向放大器AR4的负向输入端与第二反向放大器AR3的输出端之间连接有第十一电阻R11；第三反向放大器AR4的负向输入端与输出端之间并联有第一滑动变阻器R12。

6.根据权利要求5所述的高压变送信号转换电路，其特征在于，还包括电源供电电路；所述电源供电电路用于为第一正向放大器AR1、第一反向放大器AR2、第二反向放大器AR3以及第三反向放大器AR4提供±15V电源。

7.根据权利要求6所述的高压变送信号转换电路，其特征在于，所述第一电容C1、所述第二电容C2、所述第三电容C3为电解电容、胆电容或陶瓷电容。

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