CN216979172U - 高压交流电压采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压交流电压采集电路，包括滤波电路、电流采集电路、电压转换电路和A/D转换电路，滤波电路、电流采集电路、电压转换电路和A/D转换电路依次连接；滤波电路用于滤除杂波，消除输入信号间的差模干扰及输入与电路地之间的共模干扰；电流采集电路并联在被测高压的输入线之间，采集和隔离高压信号，用于将高压信号转换为电流信号；电压转换电路用于将电流信号转换为低压信号；A/D转换电路用于将低压信号转换为数字信号。该电压采集电路精度高、线性度好、响应快，提升了电力系统的安全性，减少外部高压信号带来的干扰。

Description

高压交流电压采集电路

技术领域

本实用新型涉及电压采集技术领域，更加具体来说，本实用新型涉及一种高压交流电压采集电路。

背景技术

在电力采集系统中，经常需要对几千伏的交流电压进行采集，传统的高压采集方法主要为电阻分压电路采集，其缺点是将高压信号分压后直接引入系统中，这种采集方法不但安全性差，对人员和设备带来了很大的安全隐患；而且外部高压信号携带的干扰会引入系统中，对整个采集系统带来干扰；同时由于分压电阻本身就存在精度、温漂等误差，会对检测精度有较大的影响。

因此，需要一种精度高、且安全性好的高压交流电压采集电路。

实用新型内容

为解决现有高压交流电压采集方法安全性差、精度差等问题，本实用新型创新地提供了一种高压交流电压采集电路，该电压采集电路精度高、线性度好、响应快。

为实现上述的技术目的，本实用新型公开了一种高压交流电压采集电路，包括滤波电路、电流采集电路、电压转换电路和A/D转换电路，所述滤波电路、电流采集电路、电压转换电路和A/D转换电路依次连接；

所述滤波电路用于滤除杂波，消除输入信号间的差模干扰及输入与电路地之间的共模干扰；

所述电流采集电路并联在被测高压的输入线之间，采集和隔离高压信号，用于将高压信号转换为电流信号；

所述电压转换电路用于将电流信号转换为低压信号；

所述A/D转换电路用于将低压信号转换为数字信号。

进一步地，所述滤波电路包括X电容C1、Y电容C2、Y电容C3、滤波电容C4和滤波电容C5，所述X电容C1并联在两个输入端之间，所述Y电容C2和所述滤波电容C4分别并联在一个输入端和接地端之间，所述Y电容C3和所述滤波电容C5分别并联的另一个输入端和接地端之间。

进一步地，所述电流采集电路包括霍尔传感器。

进一步地，所述电流采集电路还包括线性放大器和射极跟随器，所述霍尔传感器、线性放大器和射极跟随器依次连接，所述霍尔传感器的输入端与所述滤波电路的输出端连接，所述射极跟随器的输出端与所述电压转换电路的输入端连接。

进一步地，所述电压转换电路包括运算放大器U2A和T型反馈电路，所述运算放大器U2A的输出端通过所述T型反馈电路与所述运算放大器 U2A的反相输入端连接。

进一步地，所述T型反馈电路包括电阻R3、电阻R4和电阻R5，电阻R3的一端与运算放大器U2A的反相输入端相连，电阻R3的另一端通过串联的电阻R5与运算放大器U2A的信号输出端相连，电阻R3和电阻 R5的公共端通过电阻R4与地连接。

进一步地，所述A/D转换电路包括RC滤波电路和电量采集芯片U3，所述RC滤波电路与所述电量采集芯片U3依次连接。

进一步地，所述RC滤波电路包括电阻R6和电容C10，所述电阻R6 串联在电压转换电路的输出端与电量采集芯片U3的输入端之间，所述电容C10并联在所述电量采集芯片U3的两个输入端之间。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的高压交流电压采集电路精度高、线性度好、响应快，提升电力系统的安全性，减少外部高压信号带来的干扰。

(2)本实用新型的电流采集模块采用霍尔传感器将高压和低压部分进行隔离，霍尔传感器原边和副边具有良好的电气隔离，可以避免将高压信号直接引入电力系统中，大大的提升了系统的安全性，减少了外部高压信号带来的干扰；同时，霍尔电压传感器具有精度高、线性度好、响应快等特点可以使高压信号在隔离转换后保持较高的精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例的高压交流电压采集电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的高压交流电压采集电路的电路原理图。

图中，

1、滤波电路；2、电流采集电路；3、电压转换电路；4、A/D转换电路。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型提供的高压交流电压采集电路进行详细的解释和说明。

本实施例具体公开了一种高压交流电压采集电路，如图1所示，包括滤波电路1、电流采集电路2、电压转换电路3和A/D转换电路4，滤波电路1、电流采集电路2、电压转换电路3和A/D转换电路4依次连接。

滤波电路1用于滤除杂波，消除输入信号间的差模干扰及输入与电路地之间的共模干扰。在本实施例中，如图2所示，滤波电路包括X电容 C1、Y电容C2、Y电容C3、滤波电容C4和滤波电容C5，X电容C1并联在两个输入端之间，Y电容C2和滤波电容C4分别并联在一个输入端和接地端之间，Y电容C3和滤波电容C5分别并联在另一个输入端和接地端之间。高压交流电经输入端进入滤波电路后，X电容C1消除差模干扰，Y电容C2、Y电容C3、滤波电容C4和滤波电容C5去除共模干扰，去除从原信号处带来的干扰信号。然后高压信号进入电流采集电路2。

电流采集电路2并联在被测高压的输入线之间，采集和隔离高压信号，用于将高压信号转换为电流信号；电流采集电路包括霍尔传感器，霍尔传感器通过原边和副边的隔离实现高低电压的隔离，将高压信号转换为小电流信号，避免高压信号直接引入到电力系统。在优选的实施例中，电流采集电路还包括线性放大器和射极跟随器，霍尔传感器、线性放大器和射极跟随器依次连接，霍尔传感器的输入端与滤波电路的输出端连接，射极跟随器的输出端与电压转换电路的输入端连接。霍尔传感器隔离转换后的小电流信号通过线性放大器进行放大，然后经过射极跟随器减少前端信号带来的影响，增大输出能力。放大后的电流信号进入电压转换电路3。

电压转换电路3用于将电流信号转换为低压信号；在本实施例中，如图2所示，电压转换电路包括运算放大器U2A和T型反馈电路，运算放大器U2A的输出端通过T型反馈电路与运算放大器U2A的反相输入端连接。T型反馈电路包括电阻R3、电阻R4和电阻R5，电阻R3的一端与运算放大器U2A的反相输入端相连，电阻R3的另一端通过串联的电阻R5 与运算放大器U2A的信号输出端相连，电阻R3和电阻R5的公共端通过电阻R4与地连接。电阻R3、电阻R4和电阻R5实现电流转换成电压。电压转换电路可以在小信号放大同时减少零漂又能获得较大的输入阻抗和放大倍数。

A/D转换电路4用于将低压信号转换为数字信号。在本实施例中，如图2所示，A/D转换电路包括RC滤波电路和电量采集芯片U3，RC滤波电路与电量采集芯片U3依次连接。RC滤波电路包括电阻R6和电容C10，电阻R6串联在电压转换电路的输出端与电量采集芯片U3的输入端之间，电容C10并联在电量采集芯片U3的两个输入端之间。电量采集芯片U3 采用现有的电量采集芯片，其内部集成有2阶ADC和温度传感器，ADC 采用Σ-Δ原理。RC滤波电路对信号频率进行选择，再通过电量采集芯片 U3内部的2阶ADC将电压转换为数字信号，最后通过电量采集芯片U3 内部集成的温度传感器对采集到的电压信号进行温度补偿以提高电路的测量精度。

具体的，电路的第一输入端和第二输入端之间并联X电容C1，X电容C1消除差模干扰，第一输入端和接地端之间并联有Y电容C2，第一输入端和接地端之间还并联有滤波电容C4，第二输入端和接地端之间并联有Y电容C3，第二输入端和接地端之间还并联有滤波电容C5，Y电容C2、滤波电容C4、Y电容C3和滤波电容C5去除共模干扰。电流采集电路U1的第1脚和第2脚与滤波电路的正输出端连接，电流采集电路U1 的第3脚和第4脚与滤波电路的负输出端连接，电流采集电路U1的第8 脚与供电电源连接，电流采集电路U1的第7脚与电阻R2的一端连接，电流采集电路U1的第6脚与运算放大器U2A的正相输入端连接，电流采集电路U1的第5脚接地，第5脚和第6脚之间并联有电容C7，第5脚与第7脚之间并联有电容C8，第6脚和第8脚之间并联有电阻R1，电阻 R2的另一端与运算放大器U2A的反相输入端连接，电阻R3的一端与运算放大器U2A的反相输入端相连，电阻R3的另一端通过串联的电阻R5 与运算放大器U2A的信号输出端相连，电阻R3和电阻R5的公共端通过电阻R4与地连接。电阻R6的一端与运算放大器U1A的信号输出端连接，电阻R6的另一端与电量采集芯片U3的第1脚连接，电量采集芯片U3 的第1脚和第2脚之间并联电容C10。

本实施例的高压交流电压采集电路的具体采集流程如下：交流高压输入到滤波电路中，经过X电容C1消除差模干扰，Y电容C2、Y电容C3、滤波电容C4、滤波电容C5去除共模干扰，去除从原信号处带来的干扰信号；再进入电流采集电路，通过霍尔传感器的原边线圈和副边线圈将高压和低压隔离，将高压的信号转换为小电流信号，通过线性放大器和射极跟随器对小电流信号进行放大；放大后的电流信号通过运算放大器U2A和 R3、R4、R5组成的T型反馈电路，将电流信号换为电压信号，电压信号经过R6和C10组成的RC滤波电路的处理，再由电量采集芯片U3通过模拟量的采集和内部集成的温度传感器对采集的电压进行补偿后将电压信号转为数字信号后向外输出。

本实用新型的交流电压采集电路实现了高压隔离，精度高，且误差小。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压交流电压采集电路，其特征在于，包括滤波电路、电流采集电路、电压转换电路和A/D转换电路，所述滤波电路、电流采集电路、电压转换电路和A/D转换电路依次连接；

所述滤波电路用于滤除杂波，消除输入信号间的差模干扰及输入与电路地之间的共模干扰；

所述电流采集电路并联在被测高压的输入线之间，采集和隔离高压信号，用于将高压信号转换为电流信号；

所述电压转换电路用于将电流信号转换为低压信号；

所述A/D转换电路用于将低压信号转换为数字信号。

2.根据权利要求1所述的高压交流电压采集电路，其特征在于，所述滤波电路包括X电容C1、Y电容C2、Y电容C3、滤波电容C4和滤波电容C5，所述X电容C1并联在两个输入端之间，所述Y电容C2和所述滤波电容C4分别并联在一个输入端和接地端之间，所述Y电容C3和所述滤波电容C5分别并联的另一个输入端和接地端之间。

3.根据权利要求1所述的高压交流电压采集电路，其特征在于，所述电流采集电路包括霍尔传感器。

4.根据权利要求3所述的高压交流电压采集电路，其特征在于，所述电流采集电路还包括线性放大器和射极跟随器，所述霍尔传感器、线性放大器和射极跟随器依次连接，所述霍尔传感器的输入端与所述滤波电路的输出端连接，所述射极跟随器的输出端与所述电压转换电路的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的高压交流电压采集电路，其特征在于，所述电压转换电路包括运算放大器U2A和T型反馈电路，所述运算放大器U2A的输出端通过所述T型反馈电路与所述运算放大器U2A的反相输入端连接。

6.根据权利要求5所述的高压交流电压采集电路，其特征在于，所述T型反馈电路包括电阻R3、电阻R4和电阻R5，电阻R3的一端与运算放大器U2A的反相输入端相连，电阻R3的另一端通过串联的电阻R5与运算放大器U2A的信号输出端相连，电阻R3和电阻R5的公共端通过电阻R4与地连接。

7.根据权利要求1所述的高压交流电压采集电路，其特征在于，所述A/D转换电路包括RC滤波电路和电量采集芯片U3，所述RC滤波电路与所述电量采集芯片U3依次连接。

8.根据权利要求7所述的高压交流电压采集电路，其特征在于，所述RC滤波电路包括电阻R6和电容C10，所述电阻R6串联在电压转换电路的输出端与电量采集芯片U3的输入端之间，所述电容C10并联在所述电量采集芯片U3的两个输入端之间。

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