TW201547211A - 電壓採樣系統 - Google Patents

電壓採樣系統 Download PDF

Info

Publication number
TW201547211A
TW201547211A TW103131458A TW103131458A TW201547211A TW 201547211 A TW201547211 A TW 201547211A TW 103131458 A TW103131458 A TW 103131458A TW 103131458 A TW103131458 A TW 103131458A TW 201547211 A TW201547211 A TW 201547211A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
module
dividing resistor
resistor unit
signal
Prior art date
Application number
TW103131458A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI569583B (zh
Inventor
Bo-Yu Pu
Yi Zhang
Ming Wang
Hong-Jian Gan
Jian-Ping Ying
Original Assignee
Delta Electronics Shanghai Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delta Electronics Shanghai Co filed Critical Delta Electronics Shanghai Co
Publication of TW201547211A publication Critical patent/TW201547211A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI569583B publication Critical patent/TWI569583B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/04—Voltage dividers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M5/00—Conversion of the form of the representation of individual digits
    • H03M5/02—Conversion to or from representation by pulses
    • H03M5/04—Conversion to or from representation by pulses the pulses having two levels
    • H03M5/06—Code representation, e.g. transition, for a given bit cell depending only on the information in that bit cell
    • H03M5/12—Biphase level code, e.g. split phase code, Manchester code; Biphase space or mark code, e.g. double frequency code

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)

Abstract

一種電壓採樣系統，包含：電壓採樣裝置、二光纖傳輸線以及控制裝置。電壓採樣裝置包含：分壓電阻模組、抗共模干擾電路及模數轉換模組。分壓電阻模組根據電壓源產生第一及第二分電壓。抗共模干擾電路接收第一及第二分電壓，以進行共模雜訊消除處理，並產生輸出電壓。模數轉換模組將輸出電壓由類比格式轉換為數位格式，以產生數位資料信號。二光纖傳輸線分別傳送數位資料信號以及時脈信號。控制裝置透過二光纖傳輸線，自模數轉換模組接收數位資料信號以及時脈信號，俾進行數據處理。

Description

電壓採樣系統 【0001】
本發明是有關於一種電壓採樣技術，且特別是有關於一種電壓採樣系統。
 【0002】
在電力系統中，電網電壓不斷提高，在電流或電壓的偵測器的要求也相應地提高。在習知的技術中，通常採用電磁式互感器來對電壓進行採樣。然而電磁式互感器具有絕緣結構複雜、體積笨重、造價高的缺點。更嚴重的是電磁式互感器可能出現鐵磁諧振而使設備損壞。
【0003】
近年來電子式互感器的研究雖克服了電磁式互感器的許多缺點，但是在實用化面臨一些理論和關鍵技術問題。以混合型電子式互感器爲代表，可以概括爲電流，電壓感測器的結構設計，高壓側電源供給，信號處理與介面數位化，感測器本身的故障保護等。隨著混合型電子式高壓電力互感器進入實用化，圍繞實用化問題進行深入的研究，顯得越發的必要和緊迫。
【0004】
因此，如何設計一個新的電壓採樣系統，以解決上述的問題，乃為此一業界亟待解決的問題。
 【0005】
因此，本發明之一態樣是在提供一種電壓採樣系統，包含：電壓採樣裝置、二光纖傳輸線以及控制裝置。電壓採樣裝置包含：分壓電阻模組、抗共模干擾電路以及模數轉換模組。分壓電阻模組包含依序電性串聯於電壓源之兩端間的第一分壓電阻單元、中央分壓電阻單元以及第二分壓電阻單元，其中第一分壓電阻單元以及第二分壓電阻單元之阻值實質相同，中央分壓電阻單元之中點電性連接於接地端，並根據電壓源於中央分壓電阻單元的第一端以及第二端分別產生第一分電壓以及第二分電壓。抗共模干擾電路接收第一分電壓以及第二分電壓，以進行共模雜訊消除處理，並產生輸出電壓。模數轉換模組將輸出電壓由類比格式轉換為數位格式，以產生數位資料信號。二光纖傳輸線分別傳送數位資料信號以及時脈信號。控制裝置透過二光纖傳輸線，自模數轉換模組接收數位資料信號和時脈信號，俾進行數據處理。
【0006】
本發明之另一態樣是在提供一種電壓採樣系統，包含：電壓採樣裝置、光纖傳輸線以及控制裝置。電壓採樣裝置包含：分壓電阻模組、抗共模干擾電路、模數轉換模組以及傳送模組。分壓電阻模組包含依序電性串聯於電壓源之兩端間的第一分壓電阻單元、中央分壓電阻單元以及第二分壓電阻單元，其中第一分壓電阻單元以及第二分壓電阻單元之阻值實質相同，中央分壓電阻單元之中點電性連接於接地端，並根據電壓源於中央分壓電阻單元的第一端以及第二端分別產生第一分電壓以及第二分電壓。抗共模干擾電路接收第一分電壓以及第二分電壓，以進行共模雜訊消除處理，並產生輸出電壓。模數轉換模組將輸出電壓由類比格式轉換為數位格式，以產生數位資料信號。傳送模組接收數位資料信號以及時脈信號並進行編碼，以產生輸出信號。光纖傳輸線傳送輸出信號。控制裝置透過光纖傳輸線，自傳送模組接收輸出信號，俾進行數據處理。
【0007】
本發明之又一態樣是在提供一種電壓採樣系統，包含：電壓採樣裝置、光纖傳輸線以及控制裝置。電壓採樣裝置包含：第一分壓電阻模組、第二分壓電阻模組、抗共模干擾電路、模數轉換模組以及傳送模組。第一分壓電阻模組包含具有第一端和第二端的第一分壓電阻單元及具有第一端和第二端的第二分壓電阻單元，第一分壓電阻單元之第一端電性耦接於第一電壓源之第一端，第一分壓電阻單元之第二端與第二分壓電阻單元之第一端串聯連接於第一連接點，第二分壓電阻單元之第二端連接接地端。第二分壓電阻模組包含具有第一端和第二端的第三分壓電阻單元及具有第一端和第二端的第四分壓電阻單元，第三分壓電阻單元之第一端電性耦接於第一電壓源之第二端和第二電壓源之第一端，第三分壓電阻單元之第二端與第四分壓電阻單元之第一端串聯連接於第二連接點，第四分壓電阻單元之第二端連接接地端。第三分壓電阻模組包含具有第一端和第二端的第五分壓電阻單元及具有第一端和第二端的第六分壓電阻單元，第五分壓電阻單元之第一端電性耦接於第二電壓源之第二端，第五分壓電阻單元之第二端與第六分壓電阻單元之第一端串聯連接於第三連接點，第六分壓電阻單元之第二端連接接地端，其中，第一分壓電阻單元、第三分壓電阻單元及第五分壓電阻單元之阻值實質相同，第二分壓電阻單元、第四分壓電阻單元及第六分壓電阻單元之阻值實質相同，並根據第一及第二電壓源分別於第一連接點、第二連接點及第三連接點分別產生第一分電壓、第二分電壓以及第三分電壓。抗共模干擾電路接收第一分電壓、第二分電壓以及第三分電壓，以進行共模雜訊消除處理，並產生第一輸出電壓以及第二輸出電壓。模數轉換模組將第一輸出電壓以及第二輸出電壓由類比格式轉換為數位格式，以產生第一數位資料信號以及第二數位資料信號。傳送模組接收第一及第二數位資料信號以及時脈信號並進行編碼，以產生輸出信號。光纖傳輸線用以傳送輸出信號。控制裝置透過光纖傳輸線，自傳送模組接收輸出信號，俾進行數據處理。
【0008】
應用本發明之優點在於藉由電壓採樣系統中分壓電阻模組與抗共模干擾電路的設計達到有效消除共模雜訊的目的。並且，藉由模數轉換模組及傳送模組的處理，可在資料傳輸上提升可靠度，並降低成本，而輕易地達到上述之目的。
 【0057】
1‧‧‧電壓採樣系統
10‧‧‧電壓採樣裝置
100‧‧‧分壓電阻模組
102‧‧‧抗共模干擾電路
104‧‧‧模數轉換模組
106‧‧‧濾波器
12A、12B‧‧‧光纖傳輸線
14‧‧‧控制裝置
140‧‧‧接收模組
142‧‧‧處理模組
16‧‧‧電壓源
18‧‧‧高壓隔離電源
2‧‧‧電壓採樣系統
20‧‧‧電壓採樣裝置
200‧‧‧分壓電阻模組
202‧‧‧抗共模干擾電路
204‧‧‧模數轉換模組
206‧‧‧傳送模組
22‧‧‧光纖傳輸線
24‧‧‧控制裝置
240‧‧‧接收模組
242‧‧‧處理模組
26‧‧‧電壓源
28‧‧‧高壓隔離電源
30‧‧‧濾波模組
32‧‧‧曼徹斯特編碼模組
320‧‧‧開始位元區段
322‧‧‧資料位元區段
324‧‧‧校驗碼區段
326‧‧‧結束位元區段
34‧‧‧曼徹斯特解碼模組
40‧‧‧曼徹斯特編碼模組
42‧‧‧曼徹斯特解碼模組
44‧‧‧濾波模組
5‧‧‧電壓採樣系統
50‧‧‧電壓採樣裝置
500A‧‧‧第一分壓電阻模組
500B‧‧‧第二分壓電阻模組
500C‧‧‧第三分壓電阻模組
502‧‧‧抗共模干擾電路
504‧‧‧模數轉換模組
506‧‧‧傳送模組
52‧‧‧光纖傳輸線
54‧‧‧控制裝置
540‧‧‧接收模組
542‧‧‧處理模組
56A‧‧‧第一電壓源
56B‧‧‧第二電壓源
58‧‧‧高壓隔離電源
【0009】
第1圖為本發明一實施例中，電壓採樣系統之方塊圖；
第2圖為本發明另一實施例中，電壓採樣系統之方塊圖；
第3圖為本發明一實施例中，電壓採樣系統局部的詳細方塊圖；
第4圖為本發明另一實施例中，電壓採樣系統局部的詳細方塊圖；以及
第5圖為本發明又一實施例中，電壓採樣系統之方塊圖。
 【0010】
請參照第1圖。第1圖為本發明一實施例中，電壓採樣系統1之方塊圖。電壓採樣系統1包含：電壓採樣裝置10、二光纖傳輸線12A、12B以及控制裝置14。
【0011】
電壓採樣裝置10電性連接於一電壓源16的兩端。於一實施例中，電壓源16為一高電壓電源。運作於高壓側的電壓採樣裝置10對電壓源16的電壓進行採樣及處理，並透過二光纖傳輸線12A、12B傳送至低壓側的控制裝置14進行數據處理。以下將就各裝置進行詳細的說明。
【0012】
於一實施例中，電壓採樣裝置10上的各模組可形成於一採樣電路板（未繪示）上。電壓採樣裝置10包含：分壓電阻模組100、抗共模干擾電路102以及模數轉換模組104。分壓電阻模組100包含依序電性串聯於電壓源16之兩端間的第一分壓電阻單元R1 、中央分壓電阻單元R0 以及第二分壓電阻單元R2 。其中需注意的是，雖然上述之電阻單元均於第1圖中分別以單一電阻繪示，但在不同的實施例中，均可分別以數個電阻串聯或並聯形成等效於第一分壓電阻單元R1 、中央分壓電阻單元R0 以及第二分壓電阻單元R2 之電阻單元，而不為第1圖繪示的所限。
【0013】
於一實施例中，第一分壓電阻單元R1 及第二分壓電阻單元R2 之阻值實質相同。需注意的是，上述「實質相同」，是指對應的電阻間的阻值並非一定要完全相同，而可有一合理範圍內的誤差，例如但不限於5%的誤差。中央分壓電阻單元R0 之中點電性連接於接地端GND，亦即中央分壓電阻單元R0 的第一部分和第二部分的電阻阻值實際相等，中央分壓電阻單元R0的第一部分為一端連接於第一分壓電阻單元R1 的一端，另一端連接於接地端GND，同樣中央分壓電阻單元R0 的第二部分為一端連接於第二分壓電阻單元R2 的一端，另一端連接於接地端GND。因此，中央分壓電阻單元R0 的第一端以及第二端將分別依據電壓源16產生第一分電壓V1 以及第二分電壓V2 。
【0014】
抗共模干擾電路102接收第一分電壓V1 以及第二分電壓V2 。於一實施例中，抗共模干擾電路102可包含共模電感（未繪示）。共模電感又稱共模扼流圈，是在一個閉合磁環上對稱繞制方向相反、匝數相同的線圈。由於在分壓電阻模組100中，由第一分壓電阻單元R1 第二分壓電阻單元R2 而來，大小相等且方向相同的雜訊將隨著第一分電壓V1 以及第二分電壓V2 傳送至抗共模干擾電路102。雜訊產生的共模雜訊電流流經兩個繞組時方向相同，產生的磁通量同向相加，扼流圈呈現高阻抗，從而起到抑制共模雜訊的作用。因此抗共模干擾電路102可進行共模雜訊消除處理，並產生輸出電壓Vo 。
【0015】
模數轉換模組104將輸出電壓Vo 由類比格式轉換為數位格式，以產生數位資料信號MDATA。其中，數位資料信號MDATA包含電壓源16的電壓幅值資訊。
【0016】
於一實施例中，模數轉換模組104為一雙通道的二階delta-sigma調製模組，包含積分器、比較器及數位至類比轉換器（未繪示），以產生數位資料信號MDATA。二階delta-sigma調製模組的特性在於其輸出信號（即數位資料信號MDATA）能快速的且無衰減的跟蹤輸入信號（即抗共模干擾電路的輸出電壓Vo ）。
【0017】
於部份實施例中，由於調製過程中所產生的雜訊被移至高頻頻域，因此模數轉換模組104可選擇性地包含一濾波器106濾除數位資料信號MDATA的高頻雜訊。
【0018】
二光纖傳輸線12A、12B分別傳送上述的數位資料信號MDATA以及一時脈信號MCLK到控制裝置14。於一實施例中，時脈信號可以由模數轉換模組104產生，也可以由電壓采集裝置10中的時脈信號產生模組（圖中未示出）產生，但不以此為限。
【0019】
於一實施例中，電壓採樣系統1更包含高壓隔離電源18，用以提供電源PW1 、PW2 至抗共模干擾電路102以及模數轉換模組104。於一實施例中，高壓隔離電源18可接收一24伏特之電源輸入PW0 ，以轉換並產生10伏特及5伏特的電源PW1 、PW2 。然而於其他實施例中，高壓隔離電源18所接收及產生的電源可依不同需求而設計為不同的電壓值，不為上述的數值所限。
【0020】
於一實施例中，控制裝置14上的各模組可形成於一控制電路板（未繪示）上。控制裝置14包含接收模組140以及處理模組142。接收模組140透過二光纖傳輸線12A、12B接收數位資料信號MDATA以及時脈信號MCLK並進行低通濾波濾除高頻的雜訊，並根據數位資料信號MDATA以及時脈信號MCLK產生解碼信號DEOUT。於一實施例中，接收模組140為複雜可程式邏輯裝置（complex programmable logic device；CPLD）、場域可程式邏輯閘陣列（field programmable gate array；FPGA）或微控制單元（microcontroller unit；MCU）。處理模組142接著對解碼信號DEOUT進行數據處理。於一實施例中，處理模組142為微控制單元或數位信號處理模組（digital signal processor；DSP）。
【0021】
於一實施例中，由光纖傳輸線12A、12B傳送的數位資料信號MDATA以10Mb/s（每秒百萬位元組）的速度更新。因此，數位資料 信號MDATA以及時脈信號MCLK從高壓側的電壓採樣裝置10傳送到低壓側的控制裝置14時幾乎沒有延遲。
【0022】
於一實施例中，為使接收模組140傳送到處理模組142所進行的低通濾波將造成約19微秒的延遲，並對應12位元有效位元數（effective number of bits；ENOB）的精確度。如果高壓側的電壓採樣裝置10產生保護過壓的信號，則其傳遞仍然是以12位元有效位元數的精度及19微秒的延遲傳送。並且，當模數轉換模組104由delta-sigma調製模組實現時，需一定數量的採樣值才會完全反映類比的輸入，因此在數位資料信號MDATA以及時脈信號MCLK的傳送過程中，暫態的干擾可以被忽略。
【0023】
請參照第2圖。第2圖為本發明另一實施例中，電壓採樣系統2之方塊圖。於本實施例中，電壓採樣系統2包含：電壓採樣裝置20、光纖傳輸線22以及控制裝置24。
【0024】
如同第1圖的電壓採樣系統1，第2圖所繪示的電壓採樣系統2中，電壓採樣裝置20電性連接於電壓源26的兩端。運作於高壓側的電壓採樣裝置20對電壓源26的電壓進行採樣及處理，並透過光纖傳輸線22傳送至低壓側的控制裝置24進行數據處理。以下將就各裝置進行詳細的說明。
【0025】
電壓採樣裝置20包含：分壓電阻模組200、抗共模干擾電路202、模數轉換模組204以及傳送模組206。其中，分壓電阻模組200、抗共模干擾電路202及模數轉換模組204之架構與功能與第1圖所繪示的分壓電阻模組100、抗共模干擾電路102及模數轉換模組104大同小異，因此不再贅述。
【0026】
於本實施例中，傳送模組206自模數轉換模組204接收數位資料信號MDATA以及時脈信號MCLK並進行編碼，以產生輸出信號DOUT，其中時脈信號MCLK可以來自模數轉換模組204，也可以來自高壓側的時鐘模組。於一實施例中，模數轉換模組204為delta-sigma調製模組。於一實施例中，傳送模組206為複雜可程式邏輯裝置或場域可程式邏輯閘陣列。
【0027】
請同時參照第2圖及第3圖。第3圖為本發明一實施例中，電壓採樣系統2局部的詳細方塊圖。
【0028】
傳送模組206於一實施例中包含濾波模組30及曼徹斯特編碼模組32。於一實施例中，濾波模組30為串聯積分梳狀濾波器（cascaded integrator comb；CIC），以對模數轉換模組204所傳送的10Mb/s的串列式的數位資料信號MDATA進行低通濾波，並根據時脈信號MCLK將MDATA抽取為低速率（低速率為MCLK/N=10M/64=156K）的並行資料MDATA’。
【0029】
濾波模組30進一步將15位元的並行資料MDATA’傳送至曼徹斯特編碼模組32進行曼徹斯特編碼。於一實施例中，曼徹斯特編碼包含開始位元區段320、資料位元區段322、校驗碼區段324以及結束位元區段326。
【0030】
其中，開始位元區段320即為幀頭，包含以一個負緣（falling edge）為起始的連續三個0。資料位元區段322則是將並行資料MDATA’中的單一位元1編碼為兩位元10，並將單一位元0編碼為兩位元01。校驗碼區段324則是以編碼後的資料為原始資料通過循環冗餘校驗（cyclic redundancy check；CRC）產生校驗碼後，進一步對校驗碼進行曼徹斯特編碼而形成。結束位元區段326即為幀尾，是在校驗碼區段324完成後置為高態電壓準位（即1）。
【0031】
曼徹斯特編碼模組32編碼後將產生輸出信號DOUT。由於採用曼徹斯特編碼，曼徹斯特編碼模組32僅需藉由單一光纖傳輸線22，以例如但不限於2.5Mb/s的速度將輸出信號DOUT傳送至控制裝置24。
【0032】
於一實施例中，電壓採樣系統2更包含高壓隔離電源28，用以提供電源至抗共模干擾電路202、模數轉換模組204以及傳送模組206。於一實施例中，高壓隔離電源28可接收一24伏特之電源輸入PW0 ，以轉換並產生10伏特、5伏特及3.3伏特的電源PW1 、PW2 及PW3 分別提供至抗共模干擾電路202、模數轉換模組204以及傳送模組206。然而於其他實施例中，高壓隔離電源28所接收及產生的電源可依不同需求而設計為不同的電壓值，不為上述的數值所限。
【0033】
控制裝置24如同前一實施例，包含接收模組240以及處理模組242。接收模組240於本實施例中包含曼徹斯特解碼模組34，以透過光纖傳輸線22接收輸出信號DOUT並進行曼徹斯特解碼，並且產生解碼信號DEOUT。處理模組 2 42接著對解碼信號DEOUT進行數據處理。於一實施例中，接收模組240為複雜可程式邏輯裝置（complex programmable logic device；CPLD）、場域可程式邏輯閘陣列（field programmable gate array；FPGA）或微控制單元（microcontroller unit；MCU）。處理模組242接著對解碼信號DEOUT進行數據處理。於一實施例中，處理模組242為微控制單元或數位信號處理模組（digital signal processor；DSP）。
【0034】
於一實施例中，由於開始位元區段320、資料位元區段322、校驗碼區段324及結束位元區段326分別為3位元、30位元、16位元及3位元，此52位元的資料將產生52/2.5M=20.8微秒的延遲。再加上濾波模組30進行低通濾波的19微秒的延遲共約為40微秒。對應的精確度為12位元有效位元數。
【0035】
於一實施例中，當電壓源26出現過壓狀況時，傳送模組206置低輸出信號DOUT之輸出電壓準位，並使置低的輸出電壓準位維持一預設時間，亦即，在預設時間內傳送模組206輸出低電壓準位，以做為保護提示信號。在預設時間後，傳送模組206維持一段時間地傳送經曼徹斯特編碼的輸出信號DOUT，以便控制裝置24能夠得到電壓源的電壓幅值。在此之後，如果仍然檢測到過壓狀況，則傳送模組206將重複上述的過程。相反的，如果沒有檢測到過壓狀況，則傳送模組206將正常地運作以傳送經曼徹斯特編碼的輸出信號DOUT。
【0036】
而當控制裝置24的接收模組240判斷連續接收到預設時間的置低輸出電壓準位時，將判斷過壓狀況產生，並對電壓源26進行過壓保護。因此，保護提示信號的傳遞時間為濾波模組30進行低通濾波的19微秒的延遲加上置低輸出電壓準位的預設時間。
【0037】
因此，相較於第1圖的實施例，本實施例的光纖傳輸線22的數量減少，且由於輸出信號DOUT的傳輸速率降低為2.5Mb/s，可採用速度較低、成本較低的光纖傳輸線。然而傳輸的延遲及保護提示信號的延遲分別約為40微秒及22微秒，略大於第1圖的實施例中的19微秒。
【0038】
請同時參照第2圖及第4圖。第4圖為本發明另一實施例中，電壓採樣系統2局部的詳細方塊圖。
【0039】
於本實施例中，傳送模組206僅包含曼徹斯特編碼模組40，以對模數轉換模組204所傳送的4Mb/s的串列資料進行曼徹斯特編碼。於一實施例中，曼徹斯特編碼模組40不對資料加幀頭及幀尾，而直接將數位資料信號MDATA中的單一位元1編碼為兩位元10，並將單一位元0編碼為兩位元01，以產生輸出信號DOUT。
【0040】
控制裝置24如同先前的實施例，包含接收模組240以及處理模組242。接收模組240於本實施例中包含曼徹斯特解碼模組42以及濾波模組44。其中，曼徹斯特解碼模組42透過光纖傳輸線22接收輸出信號DOUT並進行曼徹斯特解碼，並且產生解碼信號DEOUT。濾波模組44於一實施例中，為串聯積分梳狀 （CIC） 濾波器，以對解碼信號DEOUT進行低通濾波。處理模組242接著對解碼信號DEOUT進行數據處理。
【0041】
由於曼徹斯特編碼模組40進行編碼，因此本實施例亦僅需單一光纖傳輸線22。於一實施例中，當採用速度為5Mb/s的光纖傳輸線22並以2兆赫（MHz）的時脈驅動模數轉換模組204，且精確度為12位元有效位元數時，將造成96微秒的延遲。而當精確度為10位元有效位元數時，將造成48微秒的延遲。於另一實施例中，當採用速度為50Mb/s的光纖傳輸線22並以10兆赫（MHz）的時脈驅動模數轉換模組204，且精確度為12位元有效位元數時，將造成19微秒的延遲。
【0042】
請參照第5圖。第5圖為本發明又一實施例中，電壓採樣系統5之方塊圖。於本實施例中，電壓採樣系統5包含：電壓採樣裝置50、光纖傳輸線52以及控制裝置54。
【0043】
在電壓採樣系統5中，電壓採樣裝置50電性連接於第一電壓源56A及第二電壓源56B的兩端。運作於高壓側的電壓採樣裝置50對第一電壓源56A及第二電壓源56B的電壓進行採樣及處理，並透過光纖傳輸線52傳送至低壓側的控制裝置54進行數據處理。以下將就各裝置進行詳細的說明。
【0044】
電壓採樣裝置50包含：第一分壓電阻模組500A、第二分壓電阻模組500B、第三分壓電阻模組500C、抗共模干擾電路502、模數轉換模組504以及傳送模組506。
【0045】
第一分壓電阻模組500A包含第一分壓電阻單元R1 及第二分壓電阻單元R2 。第一分壓電阻單元R1 之第一端電性耦接於第一電壓源56A之第一端，且第一分壓電阻單元R1 之第二端與第二分壓電阻單元R2 之第一端串聯連接於第一連接點P1 。第二分壓電阻單元R2 之第二端連接接地端GND。
【0046】
第二分壓電阻模組500B包含第三分壓電阻單元R3 及第四分壓電阻單元R4 。第三分壓電阻單元R3 之第一端電性耦接於第一電壓源56A之第二端和第二電壓源56B之第一端，第三分壓電阻單元R3 之第二端與第四分壓電阻單元R4 之第一端串聯連接於第二連接點P2 ，第四分壓電阻單元R4 之第二端連接接地端GND。
【0047】
第三分壓電阻模組500C包含第五分壓電阻單元R5 及第六分壓電阻單元R6 。第五分壓電阻單元R5 之第一端電性耦接於第二電壓源56B之第二端，第五分壓電阻單元R5 之第二端與第六分壓電阻單元R6 之第一端串聯連接於第三連接點P3 。第六分壓電阻單元R6 之第二端連接接地端GND。
【0048】
其中，第一分壓電阻單元R1 、第三分壓電阻單元R3 及第五分壓電阻單元R5 之阻值實質相同，第二分壓電阻單元R2 、第四分壓電阻單元R4 及第六分壓電阻單元R6 之阻值實質相同。
【0049】
其中需注意的是，雖然上述之電阻單元均於第5圖中分別以單一電阻繪示，但在不同的實施例中，均可分別以數個電阻串聯或並聯形成等效之電阻單元，而不為第5圖繪示的所限。
【0050】
第一分壓電阻模組500A、第二分壓電阻模組500B及第三分壓電阻模組500C根據第一及第二電壓源56A、56B分別於第一連接點P1 、第二連接點P2 及第三連接點P3 分別產生第一分電壓VS1 、第二分電壓VS2 以及第三分電壓VS3 。
【0051】
抗共模干擾電路502接收第一分電壓VS1 、第二分電壓VS2 以及第三分電壓VS3 。如同先前之實施例，抗共模干擾電路502可包含共模電感以對第一分電壓VS1 、第二分電壓VS2 以及第三分電壓VS3 進行共模雜訊消除處理，並根據第一分電壓VS1 、第二分電壓VS2 以及第三分電壓VS3 產生第一輸出電壓Vo1 及第二輸出電壓Vo2 。
【0052】
模數轉換模組504將第一輸出電壓Vo1 及第二輸出電壓Vo2 由類比格式轉換為數位格式，以產生第一數位資料信號MDATA1、第二數位資料信號MDATA2。其中，第一數位資料信號MDATA1及第二數位資料信號MDATA2分別包含第一及第二電壓源56A、56B的幅值資訊。
【0053】
於不同實施例中，傳送模組506及控制裝置54可由第3圖或第4圖的架構實現。傳送模組506可在將第一數位資料信號MDATA1、第二數位資料信號MDATA2以及時脈信號MCLK進行編碼後，透過單一光纖傳輸線52傳送輸出信號DOUT到控制裝置14。
【0054】
於一實施例中，電壓採樣系統5更包含高壓隔離電源58，用以提供電源至抗共模干擾電路502、模數轉換模組504以及傳送模組506。於一實施例中，高壓隔離電源58可接收一24伏特之電源輸入PW0 ，以轉換並產生10伏特、5伏特及3.3伏特的電源PW1 、PW2 及PW3 分別提供至抗共模干擾電路502、模數轉換模組504以及傳送模組506。然而於其他實施例中，高壓隔離電源58所接收及產生的電源可依不同需求而設計為不同的電壓值，不為上述的數值所限。
【0055】
因此，本實施例中的電壓採樣系統5可同時對第一電壓源56A及第二電壓源56B進行採樣。相較設置兩個電壓採樣系統分別對兩個電壓源取樣的方式，電壓採樣系統5不但體積小，且僅需單一光纖即可達到傳輸的功效，不論是成本與體積都可大幅地下降。
【0056】
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧電壓採樣系統
10‧‧‧電壓採樣裝置
100‧‧‧分壓電阻模組
102‧‧‧抗共模干擾電路
104‧‧‧模數轉換模組
106‧‧‧濾波器
12A、12B‧‧‧光纖傳輸線
14‧‧‧控制裝置
140‧‧‧接收模組
142‧‧‧處理模組
16‧‧‧電壓源
18‧‧‧高壓隔離電源

Claims (30)

  1. 【第1項】
    一種電壓採樣系統，包含：
    一電壓採樣裝置，包含：
    一分壓電阻模組，包含依序電性串聯於一電壓源之兩端間的一第一分壓電阻單元、一中央分壓電阻單元以及一第二分壓電阻單元，其中該第一分壓電阻單元以及該第二分壓電阻單元之阻值實質相同，該中央分壓電阻單元之一中點電性連接於一接地端，並根據該電壓源於該中央分壓電阻單元的一第一端以及一第二端分別產生一第一分電壓以及一第二分電壓；
    一抗共模干擾電路，用以接收該第一分電壓以及該第二分電壓，以進行一共模雜訊消除處理，並產生一輸出電壓；以及
    一模數轉換模組，用以將該輸出電壓由一類比格式轉換為一數位格式，以產生一數位資料信號；
    二光纖傳輸線，分別傳送該數位資料信號以及一時脈信號；以及
    一控制裝置，用以透過該二光纖傳輸線，自該模數轉換模組接收該數位資料信號和該時脈信號，俾進行一數據處理。
  2. 【第2項】
    如請求項1所述之電壓採樣系統，其中該控制裝置包含：
    一接收模組，用以接收該數位資料信號以及該時脈信號，並根據該數位資料信號和該時脈信號產生一解碼信號；以及
    一處理模組，用以對該解碼信號進行該數據處理。
  3. 【第3項】
    如請求項2所述之電壓採樣系統，其中該接收模組為一複雜可程式邏輯裝置（complex programmable logic device；CPLD）、一場域可程式邏輯閘陣列（field programmable gate array；FPGA）或一第一微控制單元（microcontroller unit；MCU），該處理模組為一第二微控制單元或一數位信號處理模組（digital signal processor；DSP）。
  4. 【第4項】
    如請求項1所述之電壓採樣系統，其中該模數轉換模組為一delta-sigma調製模組。
  5. 【第5項】
    如請求項4所述之電壓採樣系統，更包含一濾波器，用以對該delta-sigma調製模組輸出的該數位資料信號進行濾波。
  6. 【第6項】
    如請求項1所述之電壓採樣系統，更包含一高壓隔離電源，用以提供電源至該抗共模干擾電路以及該模數轉換模組。
  7. 【第7項】
    一種電壓採樣系統，包含：
    一電壓採樣裝置，包含：
    一分壓電阻模組，包含依序電性串聯於一電壓源之兩端間的一第一分壓電阻單元、一中央分壓電阻單元以及一第二分壓電阻單元，其中該第一分壓電阻單元以及該第二分壓電阻單元之阻值實質相同，該中央分壓電阻單元之一中點電性連接於一接地端，並根據該電壓源於該中央分壓電阻單元的一第一端以及一第二端分別產生一第一分電壓以及一第二分電壓；
    一抗共模干擾電路，用以接收該第一分電壓以及該第二分電壓，以進行一共模雜訊消除處理，並產生一輸出電壓；
    一模數轉換模組，用以將該輸出電壓由一類比格式轉換為一數位格式，以產生一數位資料信號；以及
    一傳送模組，用以接收該數位資料信號和一時脈信號並進行編碼，以產生一輸出信號；
    一光纖傳輸線，用以傳送該輸出信號；以及
    一控制裝置，用以透過該光纖傳輸線，自該傳送模組接收該輸出信號，俾進行一數據處理。
  8. 【第8項】
    如請求項7所述之電壓採樣系統，其中該傳送模組包含一曼徹斯特編碼模組，用以對該數位資料信號進行一曼徹斯特編碼，以產生該輸出信號。
  9. 【第9項】
    如請求項8所述之電壓採樣系統，其中該傳送模組更包含一濾波模組，以於進行該曼徹斯特編碼前對該數位資料信號進行濾波。
  10. 【第10項】
    如請求項8所述之電壓採樣系統，其中該曼徹斯特編碼模組根據該數位資料信號產生包含一開始位元區段、一資料位元區段、一校驗碼區段以及一結束位元區段之該輸出信號。
  11. 【第11項】
    如請求項9所述之電壓採樣系統，其中該控制裝置包含：
    一接收模組，包含一曼徹斯特解碼模組，用以接收該輸出信號，以進行一曼徹斯特解碼，並且產生一解碼信號；以及
    一處理模組，用以對該解碼信號進行該數據處理。
  12. 【第12項】
    如請求項11所述之電壓採樣系統，其中該接收模組為一複雜可程式邏輯裝置、一場域可程式邏輯閘陣列或一第一微控制單元，該處理模組為一第二微控制單元或一數位信號處理模組。
  13. 【第13項】
    如請求項11所述之電壓採樣系統，其中該傳送模組於該電壓源產生一過壓狀況時產生一保護提示信號，以使該處理模組根據該保護提示信號對該電壓源進行一過壓保護。
  14. 【第14項】
    如請求項13所述之電壓採樣系統，其中該保護提示信號係由該傳送模組置低該輸出信號之一輸出電壓準位，並使置低之該輸出電壓準位維持一預設時間。
  15. 【第15項】
    如請求項8所述之電壓採樣系統，其中該控制裝置包含：
    一接收模組，包含一曼徹斯特解碼模組以及一濾波模組，其中該曼徹斯特解碼模組用以接收該輸出信號，以進行一曼徹斯特解碼，產生一解碼信號，該濾波模組用以對該解碼信號進行濾波；以及
    一處理模組，用以對該經濾波後的該解碼信號進行該數據處理。
  16. 【第16項】
    如請求項15所述之電壓採樣系統，其中該接收模組為一複雜可程式邏輯裝置、一場域可程式邏輯閘陣列或一第一微控制單元，該處理模組為一第二微控制單元或一數位信號處理模組。
  17. 【第17項】
    如請求項7所述之電壓採樣系統，其中該傳送模組為一複雜可程式邏輯裝置或一場域可程式邏輯閘陣列。
  18. 【第18項】
    如請求項7所述之電壓採樣系統，其中該模數轉換模組為一delta-sigma調製模組。
  19. 【第19項】
    如請求項7所述之電壓採樣系統，更包含一高壓隔離電源，用以提供電源至該抗共模干擾電路、該模數轉換模組以及該傳送模組。
  20. 【第20項】
    一種電壓採樣系統，包含：
    一電壓採樣裝置，包含：
    一第一分壓電阻模組，包含一具有一第一端和一第二端的第一分壓電阻單元及一具有一第一端和一第二端的第二分壓電阻單元，該第一分壓電阻單元之該第一端電性耦接於一第一電壓源之一第一端，該第一分壓電阻單元之該第二端與該第二分壓電阻單元之該第一端串聯連接於一第一連接點，該第二分壓電阻單元之該第二端連接一接地端；
    一第二分壓電阻模組，包含一具有一第一端和一第二端的第三分壓電阻單元及一具有一第一端和一第二端的第四分壓電阻單元，該第三分壓電阻單元之該第一端電性耦接於該第一電壓源之一第二端和一第二電壓源之一第一端，該第三分壓電阻單元之該第二端與該第四分壓電阻單元之該第一端串聯連接於一第二連接點，該第四分壓電阻單元之該第二端連接該接地端；
    一第三分壓電阻模組，包含一具有一第一端和一第二端的第五分壓電阻單元及一具有一第一端和一第二端的第六分壓電阻單元，該第五分壓電阻單元之該第一端電性耦接於該第二電壓源之一第二端，該第五分壓電阻單元之該第二端與該第六分壓電阻單元之該第一端串聯連接於該第三連接點，該第六分壓電阻單元之該第二端連接該接地端，其中，該第一分壓電阻單元、該第三分壓電阻單元及該第五分壓電阻單元之阻值實質相同，該第二分壓電阻單元、該第四分壓電阻單元及該第六分壓電阻單元之阻值實質相同，並根據該第一及該第二電壓源分別於該第一連接點、該第二連接點及該第三連接點分別產生一第一分電壓、一第二分電壓以及一第三分電壓；
    一抗共模干擾電路，用以接收該第一分電壓、該第二分電壓以及該第三分電壓，以進行一共模雜訊消除處理，並產生一第一輸出電壓和一第二輸出電壓；
    一模數轉換模組，用以將該第一輸出電壓以及該第二輸出電壓由一類比格式轉換為一數位格式，以產生一第一數位資料信號以及一第二數位資料信號；以及
    一傳送模組，用以接收該第一及該第二數位資料信號和一時脈信號並進行編碼，以產生一輸出信號；
    一光纖傳輸線，用以傳送該輸出信號；以及
    一控制裝置，用以透過該光纖傳輸線，自該傳送模組接收該輸出信號，俾進行一數據處理。
  21. 【第21項】
    如請求項20所述之電壓採樣系統，其中該傳送模組包含一曼徹斯特編碼模組，用以對該數位資料信號進行一曼徹斯特編碼，以產生該輸出信號。
  22. 【第22項】
    如請求項21所述之電壓採樣系統，其中該傳送模組更包含一濾波模組，以於進行該曼徹斯特編碼前對該數位資料信號進行濾波。
  23. 【第23項】
    如請求項21所述之電壓採樣系統，其中該曼徹斯特編碼模組根據該數位資料信號產生包含一開始位元區段、一資料位元區段、一校驗碼區段以及一結束位元區段之該輸出信號。
  24. 【第24項】
    如請求項22所述之電壓採樣系統，其中該控制裝置包含：
    一接收模組，用以接收該輸出信號，並根據該輸出信號產生一解碼信號；以及
    一處理模組，用以對該解碼信號進行該數據處理。
  25. 【第25項】
    如請求項24所述之電壓採樣系統，其中該接收模組為一複雜可程式邏輯裝置、一場域可程式邏輯閘陣列或一第一微控制單元，該處理模組為一第二微控制單元或一數位信號處理模組。
  26. 【第26項】
    如請求項24所述之電壓採樣系統，其中該傳送模組於該第一電壓源或該第二電壓源產生一過壓狀況時產生一保護提示信號，以使該處理模組根據該保護提示信號對該電壓源進行一過壓保護。
  27. 【第27項】
    如請求26所述之電壓採樣系統，其中該保護提示信號係由該傳送模組置低該輸出信號之一輸出電壓準位，並使置低之該輸出電壓準位維持一預設時間。
  28. 【第28項】
    如請求項20所述之電壓採樣系統，其中該傳送模組為一複雜可程式邏輯裝置或一場域可程式邏輯閘陣列。
  29. 【第29項】
    如請求項20所述之電壓採樣系統，其中該模數轉換模組為一delta-sigma調製模組。
  30. 【第30項】
    如請求項20所述之電壓採樣系統，更包含一高壓隔離電源，用以提供電源至該抗共模干擾電路、該模數轉換模組以及該傳送模組。
TW103131458A 2014-06-11 2014-09-12 電壓採樣系統 TWI569583B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410258394.0A CN104034941B (zh) 2014-06-11 2014-06-11 电压采样系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201547211A true TW201547211A (zh) 2015-12-16
TWI569583B TWI569583B (zh) 2017-02-01

Family

ID=51465784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103131458A TWI569583B (zh) 2014-06-11 2014-09-12 電壓採樣系統

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9797932B2 (zh)
CN (1) CN104034941B (zh)
TW (1) TWI569583B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105044447B (zh) * 2015-08-27 2018-05-11 许继集团有限公司 双ad实时监测采集电路
US9837915B2 (en) * 2015-10-23 2017-12-05 Infineon Technologies Austria Ag Controlling components of power converters using delta-sigma modulation on analog inputs
CN105548651B (zh) * 2015-12-02 2018-06-19 上海兆芯集成电路有限公司 测量装置
CN107707255B (zh) * 2016-08-08 2023-05-23 罗伯特·博世有限公司 设置在检测器与模数转换器之间的转换模块
US10644820B2 (en) * 2017-02-06 2020-05-05 Huawei Technologies Co., Ltd. Waveform-coding for multicarrier wake up radio frame
CN109150190A (zh) * 2018-07-31 2019-01-04 江门市蒙德电气股份有限公司 一种用于模数转换器的传输匹配系统
CN109120271A (zh) * 2018-07-31 2019-01-01 江门市蒙德电气股份有限公司 一种基于模数转换器的高速数据传输方法及装置
CN109581226A (zh) * 2019-01-10 2019-04-05 中国铁塔股份有限公司四川省分公司 一种基站备用电池在线监测系统
US11703544B2 (en) * 2020-06-10 2023-07-18 California Institute Of Technology Current sense multi-chip module
CN114236227A (zh) * 2022-01-18 2022-03-25 太原市优特奥科电子科技有限公司 一种交直流电压传感器的电容隔离放大器电路及控制方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5673130A (en) * 1996-01-02 1997-09-30 Motorola, Inc. Circuit and method of encoding and decoding digital data transmitted along optical fibers
US6459400B1 (en) * 2000-12-01 2002-10-01 Stmicroelectronics, Inc. Apparatus for high speed analog-to-digital conversion by localizing an input voltage to a voltage range
US6777946B2 (en) * 2002-07-01 2004-08-17 Honeywell International Inc. Cell buffer with built-in test
US7038421B2 (en) 2003-06-17 2006-05-02 International Business Machines Corporation Method and system for multiple servo motor control
CN100390547C (zh) * 2003-10-14 2008-05-28 炬力集成电路设计有限公司 基于滤波器的电压有效值的测量方法
KR200344389Y1 (ko) * 2003-12-04 2004-03-11 주식회사 파워트론 고입력 동상전압형 차동증폭기를 이용한 축전지셀전압측정 회로
TWI255093B (en) 2004-12-09 2006-05-11 System General Corp Multiple-sampling circuit for measuring reflected voltage and discharge time of a transformer
CN101295983B (zh) * 2007-04-25 2010-06-09 中国科学院微电子研究所 一种双采样全差分采样保持电路
CN101055294A (zh) * 2007-05-31 2007-10-17 王鹏 一种发电机转子电压和电流测量方法及其装置
CN101231318B (zh) * 2007-07-31 2012-01-25 艾默生网络能源有限公司 抗共模分流器电压采样电路
CN101202527A (zh) * 2007-12-14 2008-06-18 冶金自动化研究设计院 一种高精度速度模拟给定电路
CN201166685Y (zh) 2008-02-15 2008-12-17 徐伟专 宽频高压智能电阻分压式电压传感器
CN201918010U (zh) 2010-12-17 2011-08-03 中国科学院电工研究所 一种用于高压系统的电压、电流采集和传输装置
TWI428614B (zh) * 2011-01-14 2014-03-01 Antec Electric System Co Ltd 電壓採樣電路及應用該電壓採樣電路之汽車轉向燈斷絲檢測裝置
US20130087614A1 (en) * 2011-10-10 2013-04-11 Mag Tek, Inc. Audio jack coupled secure magnetic card reader
CN202886439U (zh) * 2012-02-23 2013-04-17 北京市电力公司北京电力科学研究院 一种光电隔离变比可调式电压显示装置
CN103780303B (zh) * 2012-10-24 2017-07-25 华为技术有限公司 光模块及其检测电路
CN203232136U (zh) * 2013-04-16 2013-10-09 苏州电器科学研究院股份有限公司 高压断路器电弧电压测量装置
CN103499800B (zh) 2013-09-09 2016-10-12 国家电网公司 电子式电压互感器的频率特性检测系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20150362528A1 (en) 2015-12-17
TWI569583B (zh) 2017-02-01
US9797932B2 (en) 2017-10-24
CN104034941A (zh) 2014-09-10
CN104034941B (zh) 2017-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI569583B (zh) 電壓採樣系統
JP3872115B2 (ja) コンデンサを経る信号の通信方法及びそのための装置
CN206618803U (zh) 一种数字隔离电压采集装置
US7839618B2 (en) AC/DC power line communication modem
US9658258B2 (en) Power conversion system and voltage sampling device thereof
JP2007516651A (ja) トランスを介した全二重通信の方法および装置
US10148447B1 (en) Provision of power over a data interface using a separate return path
CN102177660B (zh) 包括由共用于电力和数据的线连接的控制器和至少一个外围设备的航空电子系统
EP3133743A1 (en) Communication apparatus
CN110277920A (zh) 使用具有分离初级和次级绕组的隔离变压器进行直流和差动信号的线对终止
RU2381627C1 (ru) Система для дуплексной передачи информации по двухпроводной линии связи
KR20160098282A (ko) 원자력 발전소용 전송 시스템과 그 방법
US20130235921A1 (en) Signal conversion during transmission of serial data streams
CN202750087U (zh) 一种电力线载波通信系统线路驱动电路
TWI486001B (zh) 通訊系統的操作方法及其共模終止設備
CN110609164A (zh) 一种数据采集记录仪的交直流电压采集电路
Gottschlich et al. Delta-sigma modulated voltage and current measurement for medium-voltage DC applications
US11979122B2 (en) Isolation amplifier and anomaly state detection device
CN112787595B (zh) 信号调理方法及信号调理电路
CN210490816U (zh) 应用于集成磁隔离芯片的边沿转换编码电路和解码电路
RU2447577C1 (ru) Сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь с гальванической развязкой на конденсаторах и кодерах манчестер ii
CN220292012U (zh) 一种模拟转数字信号模块
CN220234685U (zh) 一种基准模拟信号高速传输电路
US12015447B2 (en) Microcontroller and signal modulation method
TW202427995A (zh) 數位訊號編解碼方法、數位廣播系統、數位電話交換機系統