CN217443445U - 一种电流电压采样电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电流电压采样电路，其包括电压采样模块和电流采样模块；所述电压采样模块，用于响应于交流端输出的交流输出电压，输出模拟电压信号，以使MCU芯片接收模拟电压信号；所述电流采样模块，用于响应于交流端输出的交流输出电压，输出模拟电流信号，以使MCU芯片接收模块电压信号。本申请具有提高MCU芯片使用寿命的效果。

Description

一种电流电压采样电路

技术领域

本申请涉及功率因数检测的领域，尤其是涉及一种电流电压采样电路。

背景技术

在交流电路中，电压与电流之间的相位差的余弦即为功率因数。功率因素通常用于衡量电气设备效率高低的重要系数之一。

相关技术中，当需要对交流端进行功率因数跟踪时，通常会通过MCU芯片根据预设的间隔阈值，采集交流端的交流电压以及交流电流，间隔阈值可以是50微秒，可以是70微秒，也可以是100微秒。MCU芯片即可得到功率因数，以实现对交流端的功率因数跟踪。

针对上述中的相关技术，发明人认为当需要追踪市电的功率因数时，需要采集市电的电压以及电流，而市电的电压较高，将电压较高的市电输出到MCU芯片中，容易导致MCU芯片损坏。

实用新型内容

为了改善高电压输入到MCU芯片中会导致MCU芯片损坏的问题，本申请提供一种电流电压采样电路。

本申请提供的一种电流电压采样电路采用如下的技术方案：

一种电流电压采样电路，包括电压采样模块和电流采样模块；

所述电压采样模块，用于响应于交流端输出的交流输出电压，输出模拟电压信号，以使MCU芯片接收模拟电压信号；

所述电流采样模块，用于响应于交流端输出的交流输出电压，输出模拟电流信号，以使MCU芯片接收模块电压信号。

通过采用上述技术方案，电压采样模块将交流端的交流电压（即交流输出电压）进行处理并生成相应的模拟电压信号，输出给MCU芯片。电压采样模块将交流端的交流电流（即交流输出电压）进行处理并生成相应的模拟电流信号，输出给MCU芯片。MCU芯片可以根据模拟电压信号以及模拟电流信号，得到交流端的功率因数，减少MCU芯片直接对交流端的交流电进行处理的情况，提高MCU的使用寿命。

可选的，所述电压采样模块包括电压采样子模块、隔离电压子模块以及电压放大子模块；

所述电压采样子模块，用于响应于交流端输出的交流输出电压，输出交流采样电压；

所述隔离电压子模块，用于响应于交流采样电压，输出隔离电压信号；

所述电压放大子模块，用于响应于隔离电压信号，输出模拟电压信号。

通过采用上述技术方案，交流端输出交流输出电压，电压采样子模块降压并输出交流采样电压，隔离电压子模块可以将交流采样电压，电压放大子模块再将交流采样电压处理得到满足MCU芯片检测范围的模拟电压信号。

可选的，所述电压采样子模块包括电阻R1、R2、R3、R4、R5，串联连接的所述电阻R1、R2、R3、R4，所述电阻R1另一端与交流端输出端连接，所述电阻R4另一端接地，所述电阻R3和电阻R4的连接点与电阻R5一端连接，所述电阻R5另一端用于输出交流采样电压。

通过采用上述技术方案，采集R4和R5之间的点电压，并通过电阻R5输出给隔离电压子模块，减少输入到隔离电压子模块电压过高导致隔离电压子模块的元器件损坏的情况，提高采样电路的使用寿命。

可选的，所述隔离电压子模块包括第一电源V1、电阻R6以及第一隔离放大器，所述电阻R6一端与第一电源V1输出端连接，所述电阻R6和第一隔离放大器的第一输入端的连接点用于响应交流采样电压，所述第一隔离放大器的第一输出端用于输出隔离电压信号。

通过采用上述技术方案，第一隔离放大器可以将交流采样电压，进行信号放大处理，并生成相应的隔离电压信号，对后续的电压放大子模块起到保护的作用，减少交流采样电压直接作用于电压放大子模块的情况。

可选的，所述电压放大子模块包括第一运算放大器U1、电容C1以及电阻R7、R8、R9，所述电阻R7一端用于响应隔离电压信号，所述电阻R7另一端与第一运算放大器U1的同向端连接，所述第一运算放大器U1的输出端与电阻R8连接，所述第一运算放大器U1同向端和输出端之间跨接有电阻R9，所述电阻R9与电容C1并联连接，所述电阻R8另一端用于输出模拟电压信号。

通过采用上述技术方案，第一运算放大器U1接收隔离电压信号，并对隔离电压信号进行处理，得到模拟电压信号，以使模拟电压信号可以满足MCU芯片检测的范围。

可选的，所述电流采样模块包括电流采样子模块、隔离电流子模块以及电流放大子模块；

所述电流采样子模块，用于响应于交流端输出的交流输出电流，输出交流采样电流；

所述隔离电流子模块，用于响应于交流采样电流，输出隔离电流信号；

所述电流放大子模块，用于响应于隔离电流信号，输出模拟电流信号。

通过采用上述技术方案，交流端输出交流输出电流，电流采样子模块采集交流采样电流，隔离电流子模块可以将交流采样电流隔离后输出得到隔离电流信号，再由电流放大子模块将隔离电流信号处理得到模拟电流信号，以使MCU芯片可以得到模拟电流信号。

可选的，所述电流采样子模块包括电阻R10，所述电阻R10一端用于响应于交流端输出的交流输出电流，所述电流R10另一端输出交流采样电流。

通过采用上述技术方案，电阻R10作为采样电阻，可以采集交流端的交流输出电流，并通过交流输出电流得到对应的模拟电流信号。

可选的，所述隔离电流子模块包括第二隔离放大器以及电阻R11，所述电阻R11一端用于响应交流采样电流，所述电阻R11另一端与第二隔离放大器的第一输入端连接，所述第二隔离放大器的第一输出端用于输出隔离电流信号。

通过采用上述技术方案，第二隔离放大器可以将交流采样电流，进行信号放大处理，并生成相应的隔离电流信号，对后续的电流放大子模块起到保护的作用，减少交流采样电流直接作用于电流放大子模块的情况。

可选的，所述电流放大子模块包括第二运算放大器U2、电容C2以及电阻R12、R13、R14，所述电阻R12一端用于响应隔离电流信号，所述电阻R12另一端与第二运算放大器U2的同向端连接，所述第二运算放大器U2的同向端和输出端之间跨接有电阻R14，所述电阻R14与电容C2并联连接，所述第二运算放大器U2的输出端与电阻R13一端连接，所述电阻R13另一端用于输出模拟电流信号。

通过采用上述技术方案，第二运算放大器U2接收隔离电流信号，并对隔离电流信号进行处理，得到模拟电流信号，以使模拟电流信号与MCU芯片匹配，MCU芯片即可通过模拟电流信号得到相应的功率因数。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

电压采样模块将交流端的交流电压（即交流输出电压）进行处理并生成相应的模拟电压信号，输出给MCU芯片。电压采样模块将交流端的交流电流（即交流输出电压）进行处理并生成相应的模拟电流信号，输出给MCU芯片。MCU芯片可以根据模拟电压信号以及模拟电流信号，得到交流端的功率因数，减少MCU芯片直接对交流端的交流电进行处理的情况，提高MCU的使用寿命；

交流端输出交流输出电压，电压采样子模块降压并输出交流采样电压，隔离电压子模块可以将交流采样电压，电压放大子模块再将交流采样电压处理得到满足MCU芯片检测范围的模拟电压信号；

采集R4和R5之间的点电压，并通过电阻R5输出给隔离电压子模块，减少输入到隔离电压子模块电压过高导致隔离电压子模块的元器件损坏的情况，提高采样电路的使用寿命。

附图说明

图1是本申请实施例的一种电流电压采样电路的整体结构的流程框图。

图2是本申请实施例的一种电流电压采样电路的电压采样模块的电路图。

图3是本申请实施例的一种电流电压采样电路的电流采样模块的电路图。

附图标记说明：1、电压采样模块；11、电压采样子模块；12、隔离电压子模块；121、第一隔离放大器；13、电压放大子模块；2、电流采样模块；21、电流采样子模块；22、隔离电流子模块；221、第一隔离放大器；23、电流放大子模块；3、MCU芯片；4、交流端。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种电流电压采样电路。参照图1，一种电流电压采样电路的包括电压采样模块和电流采样模块，电压采样模块用于采集交流端的电压（即交流输出电压）并将模拟电压信号输出给MCU芯片，电流采样模块用于采集交流端的电流（即交流输出电流）并将模拟电流信号输出给MCU芯片。MCU芯片可以通过模拟电压信号和模拟电流信号计算得到相应的功率因数。

参照图1，电压采样模块包括电压采样子模块、隔离电压子模块以及电压放大子模块。

工作时，交流端向电压采样子模块输出交流输出电压，电压采样子模块响应于交流端输出的交流输出电压并降压后输出交流采样电压，隔离电压子模块响应于交流采样电压并输出隔离后的隔离电压信号，电压放大子模块响应于隔离电压信号并输出放大后的模拟电压信号，以使MCU芯片可以接收到模拟电压信号。

参照图2，电压采样子模块包括电阻R1、R2、R3、R4、R5，串联连接的电阻R1、R2、R3、R4，电阻R1另一端与交流端输出端连接，电阻R4另一端接地，电阻R3和电阻R4的连接点与电阻R5一端连接。

参照图2，隔离电压子模块包括第一电源V1、第二电源V2、第三电源V3、电阻R6、第一隔离放大器以及电容C2、C3、C4、C5、C6，第一隔离放大器的型号可以是AMC1200STDUBRQ1，第一电源V2以及第二电源V3可以是3-5V的直流电源，第三电源V1可以为1-3V的直流电源且用于补偿输入到第一隔离放大器的交流采样电压。第一电源V1的输出端与电阻R6一端连接，电阻R6另一端和电阻R5的连接点与第一隔离放大器的第一输入端（即VINN端）连接，第一隔离放大器的第二输入端（即GND1端）与第一输入端之间跨接电容C4后接地。第一隔离放大器的VDD1端与第二电源V2输出端连接，第二电源V2和第一隔离放大器的VDD1端的连接点与VINP端之间跨接有电容C2以及电容C3，第一隔离放大器的VINP端接地。第一隔离放大器的VDD2端与第二电源V3输出端连接，第二电源V3和第一隔离放大器的VDD2端的连接点与VOUTP端之间跨接有电容C5以及电容C6，第一隔离放大器的VOUTP端接地。第二电源V2和第三电源V3为第一隔离放大器供电。

参照图2，电压放大子模块包括第一运算放大器U1、电容C1、C7、C8以及电阻R7、R8、R9、R15、R16。电阻R7一端与第一隔离放大器的第一输出端（即VOUTN端）连接，电阻R7另一端与第一运算放大器U1的同向端连接。电阻R15一端与第一隔离放大器的第二输出端（即GND2端），电阻R15另一端与第一运算放大器U1的反向端连接，第一运算放大器U1和电阻R15的连接点与电阻R16一端连接，电阻R16另一端接地，电阻R16与电容C7并联。第一运算放大器U1的输出端与电阻R8连接，第一运算放大器U1同向端和输出端之间跨接有电阻R9，电阻R9与电容C1并联电阻R8另一端与MCU芯片的电流输入端连接。电阻R8和MCU芯片的连接点与电容C8一端连接，电容C8另一端接地。

参照图1，电流采样模块包括电流采样子模块、隔离电流子模块以及电流放大子模块。

工作时，交流端向电流采样子模块输出交流输出电流，电流采样子模块响应于交流端输出的交流输出电流并降压后输出交流采样电流，隔离电流子模块响应于交流采样电流并输出隔离后的隔离电流信号，电流放大子模块响应于隔离电流信号并输出放大后的模拟电流信号，以使MCU芯片可以接收到模拟电流信号。

参照图2，电流采样子模块包括电阻R10，电阻R10一端接地。隔离电流子模块包括第四电源V4、第五电源V5、第二隔离放大器、电容C9、C10、C11、C12、C13以及电阻R11、R17，第二隔离放大器的型号也可以是AMC1200STDUBRQ1，第四电源V4和第五电源V5可以是3-5V的直流电源。电阻R10另一端与电阻R11连接，电阻R17一端接地，电阻R17另一端与第二隔离放大器的GND1端连接，第二隔离放大器的VINN端与GND1端跨接电容C9。第二隔离放大器的VDD1端与第四电源V4输出端连接，第四电源V4和第二隔离放大器的VDD1端的连接点与VINP端之间跨接有电容C10以及电容C11，电阻R10和电阻R11的连接点与第二隔离放大器的VINP端连接。第二隔离放大器的VDD2端与第五电源V5输出端连接，第五电源V5和第二隔离放大器的VDD2端的连接点与VOUTP端之间跨接有电容C5以及电容C6，第二隔离放大器的VOUTP端接地。第四电源V4和第五电源V5为第一隔离放大器供电。

参照图2，电流放大子模块包括第二运算放大器U2、电容C2、C14、C15、以及电阻R12、R13、R14、R18、R19，电阻R12一端与第二隔离放大器的VOUTN端连接，电阻R12另一端与第二运算放大器U2同向端连接，电阻R18一端与第二隔离放大器的GND2端连接，电阻R18另一端与第二运算放大器U1的反向端连接，电阻R18和第二运算放大器U1连接点与电阻R19一端连接，电阻R19另一端接地，电阻R19与电容C14并联。第二运算放大器U2的同向端和输出端之间跨接有电阻R14，电阻R14与电容C2并联连接，第二运算放大器U2的输出端与电阻R13一端连接，电阻R13另一端与MCU芯片的电压输入端连接。电阻R13和MCU芯片的连接点与电容C15一端连接，电容C15另一端接地。

本申请实施例一种电流电压采样电路的实施原理为：当需要向MCU芯片输入模拟电压信号以及模拟电流信号时，交流端输出交流电，在电阻R1、R2、R3分压作用下，第一隔离放大器接收由电阻R5和电阻6输出的交流采样电压。第一隔离放大器处理后向第一放大器U1输出隔离电压信号，第一放大器U1处理后向MCU芯片输出模拟电压信号。与此同时，第二隔离放大器采集电阻R10的交流采样电流，随后第二隔离放大器对交流采样电流进行处理，得到并向第二放大器U2输出隔离电流信号，第二放大器U2处理后向MCU芯片输出模拟电流信号。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电流电压采样电路，其特征在于：包括电压采集模块和电流采集模块；

所述电压采集模块，用于响应于交流端输出的交流输出电压，输出模拟电压信号，以使MCU芯片接收模拟电压信号；

所述电流采集模块，用于响应于交流端输出的交流输出电压，输出模拟电流信号，以使MCU芯片接收模块电压信号。

2.根据权利要求1所述的一种电流电压采样电路，其特征在于：所述电压采样模块包括电压采样子模块、隔离电压子模块以及电压放大子模块；

所述电压采样子模块，用于响应于交流端输出的交流输出电压，输出交流采样电压；

所述隔离电压子模块，用于响应于交流采样电压，输出隔离电压信号；

所述电压放大子模块，用于响应于隔离电压信号，输出模拟电压信号。

3.根据权利要求2所述的一种电流电压采样电路，其特征在于：所述电压采样子模块包括电阻R1、R2、R3、R4、R5，串联连接的所述电阻R1、R2、R3、R4，所述电阻R1另一端与交流端输出端连接，所述电阻R4另一端接地，所述电阻R3和电阻R4的连接点与电阻R5一端连接，所述电阻R5另一端用于输出交流采样电压。

4.根据权利要求2所述的一种电流电压采样电路，其特征在于：所述隔离电压子模块包括第一电源V1、电阻R6以及第一隔离放大器，所述电阻R6一端与第一电源V1输出端连接，所述电阻R6和第一隔离放大器的第一输入端的连接点用于响应交流采样电压，所述第一隔离放大器的第一输出端用于输出隔离电压信号。

5.根据权利要求2所述的一种电流电压采样电路，其特征在于：所述电压放大子模块包括第一运算放大器U1、电容C1以及电阻R7、R8、R9，所述电阻R7一端用于响应隔离电压信号，所述电阻R7另一端与第一运算放大器U1的同向端连接，所述第一运算放大器U1的输出端与电阻R8连接，所述第一运算放大器U1同向端和输出端之间跨接有电阻R9，所述电阻R9与电容C1并联连接，所述电阻R8另一端用于输出模拟电压信号。

6.根据权利要求1所述的一种电流电压采样电路，其特征在于：所述电流采样模块包括电流采样子模块、隔离电流子模块以及电流放大子模块；

所述电流采样子模块，用于响应于交流端输出的交流输出电流，输出交流采样电流；

所述隔离电流子模块，用于响应于交流采样电流，输出隔离电流信号；

所述电流放大子模块，用于响应于隔离电流信号，输出模拟电流信号。

7.根据权利要求6所述的一种电流电压采样电路，其特征在于：所述电流采样子模块包括电阻R10，所述电阻R10一端用于响应于交流端输出的交流输出电流，所述电阻R10另一端输出交流采样电流。

8.根据权利要求6所述的一种电流电压采样电路，其特征在于：所述隔离电流子模块包括第二隔离放大器以及电阻R11，所述电阻R11一端用于响应交流采样电流，所述电阻R11另一端与第二隔离放大器的第一输入端连接，所述第二隔离放大器的第一输出端用于输出隔离电流信号。

9.根据权利要求6所述的一种电流电压采样电路，其特征在于：所述电流放大子模块包括第二运算放大器U2、电容C2以及电阻R12、R13、R14，所述电阻R12一端用于响应隔离电流信号，所述电阻R12另一端与第二运算放大器U2的同向端连接，所述第二运算放大器U2的同向端和输出端之间跨接有电阻R14，所述电阻R14与电容C2并联连接，所述第二运算放大器U2的输出端与电阻R13一端连接，所述电阻R13另一端用于输出模拟电流信号。

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