常用電流和電壓采樣電路

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常用電流和電壓采樣電路

2常用采樣電路設(shè)計(jì)方案比較

配電網(wǎng)靜態(tài)同步補(bǔ)償器（DSTATCOM）

系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。由圖2-1可知DSTATCOM電路部分、其中采樣電路包括3路交流電壓、6路交流電流、2路直流電壓和2路直流電流、電網(wǎng)電壓同步信號(hào)。3路交流電壓采樣電路即采樣電網(wǎng)三相電壓信號(hào)；6路交流電流采樣電路分別為電網(wǎng)側(cè)三相電流和補(bǔ)償側(cè)三相電流的電流采樣信號(hào)；2路直流電壓和2路直流電流的采樣電路DSTATCOM的橋式換流電路的直流側(cè)電壓信號(hào)和電流信號(hào)；電網(wǎng)電壓同步信號(hào)采樣電路即電網(wǎng)電壓同步信號(hào)。

圖2-1 DSTATCOM系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.1

2.1.1 常用電網(wǎng)電壓采樣電路1

從D-STATCOM的工作原理可知，當(dāng)逆變器的輸出電壓矢量與電網(wǎng)電壓矢量幅值大小相等，方向相同時(shí)，連接電抗器內(nèi)沒有電流流動(dòng)，而D-STATCOM工作在感性或容性狀態(tài)都可由調(diào)節(jié)以上兩矢量的夾角來進(jìn)行控制，因此，逆變器輸出的電壓矢量的幅值及方向的調(diào)節(jié)都是以電網(wǎng)電壓的幅值和方向作為參考的，因此，系統(tǒng)電壓與電網(wǎng)電壓的同步問題就顯得尤為重要。

圖2-2 同步信號(hào)產(chǎn)生電路1

從圖2-2所示同步電路由三部分組成，第一部分是由電阻、電容組成的RC濾波環(huán)節(jié)，為減小系統(tǒng)與電網(wǎng)的相位誤差，該濾波環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的輸出頻率，即該誤差可忽略不計(jì)。其中R5=1KΩ，C4=15pF，則時(shí)間常數(shù)錯(cuò)誤！未

找到引用源。

之后再經(jīng)過兩個(gè)非門，力，滿足TMS320LF2407的輸入信號(hào)要求[1]。

2.1.2 常用電網(wǎng)電壓采樣電路2

常用電網(wǎng)電壓同步信號(hào)采樣電路2如圖2-3所示。ADMC401芯片的脈寬調(diào)制PWM發(fā)生器有專門的PWMSYNC引腳，它產(chǎn)生與開關(guān)頻率同步的脈寬調(diào)制PWM的同步脈沖信號(hào)。

圖2-3 同步信號(hào)發(fā)生電路2

圖2-3中的輸入端信號(hào)取自a相的檢測(cè)電壓，經(jīng)過過零檢測(cè)電路后得到正負(fù)兩個(gè)

電平，隨后進(jìn)入光電隔離TLP521產(chǎn)生高電平和低電平進(jìn)入D觸發(fā)器MC14538的正的觸發(fā)使能輸入引腳A，當(dāng)A為高電平時(shí)，輸出引腳Q輸出一個(gè)脈沖，這個(gè)脈沖寬度由電阻Rl。和電容C決定。當(dāng)然這里希望脈沖寬度越小越好，否則將影

響STATCOM的輸出電壓與其接入點(diǎn)電壓的同步。與此同時(shí)，可以通過設(shè)置ADMC401的內(nèi)部寄存器PWMSYNCWT寄存器與信號(hào)脈沖相匹配[2]。

2.1.3 常用電網(wǎng)電壓采樣電路3

電網(wǎng)電壓同步電路可以實(shí)現(xiàn)精確的過零點(diǎn)檢測(cè)，并輸出高電平，將輸出信號(hào)脈沖的上升沿輸入捕獲單元三即可獲得同步信號(hào)[3]。圖2-4即為一種常見的電網(wǎng)電壓同步信號(hào)產(chǎn)生電路。

圖2-4 同步信號(hào)產(chǎn)生電路3

圖2-4所示同步電路由三部分組成，第一部分是由電阻、滑線變阻器和電壓比較器LM353組成的緩沖環(huán)節(jié)。第二部分由電壓比較器LM353構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過零比較。最后一部分為輸入DSP系統(tǒng)箝位保護(hù)電路[3]

2.1.4常用電網(wǎng)電壓采樣電路4

常用網(wǎng)電壓同步信號(hào)產(chǎn)生電路4如圖2-5所示:

圖2-5 同步信號(hào)產(chǎn)生電路4

圖2-5所示同步電路由兩部分組成，第一部分是由電阻、電容組成的RC濾波環(huán)節(jié)，為減小系統(tǒng)與電網(wǎng)的相位誤差，該環(huán)節(jié)主要是濾除電網(wǎng)的毛刺干擾。濾波電路造成的延時(shí)可在程序中補(bǔ)償。第二部分由電壓比較器LM311構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過零比較，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)環(huán)節(jié)來抑制干擾和信號(hào)的震蕩[4]。

2.1.5常用電網(wǎng)電壓采樣電路5

圖2-6所示同步電路由三部分組成，第一部分是由電阻、電容組成的RC濾波環(huán)節(jié)，為減小系統(tǒng)與電網(wǎng)的相位誤差，該濾波環(huán)節(jié)主要是濾除電網(wǎng)的諧波干擾。濾波電路造成的延時(shí)可在程序中補(bǔ)償起來。其中凡R341=1

K?，C341=0.luF;

第二部分由電壓比較器LM3ll構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)過零比較，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)滯環(huán)來抑制干擾和信號(hào)的振蕩[2]。

圖2-6 同步信號(hào)產(chǎn)生電路5

2.2 常用交流電壓采樣電路及其特點(diǎn)

2.2.1常用交流電壓采樣電路1

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)STATCOM的控制，必須要檢測(cè)三相瞬時(shí)電壓Ua、Ub和Uc。如下圖2-7為電路一相電壓采樣電路: a. 電壓轉(zhuǎn)換電路

圖2-7 交流電壓采樣電路圖

電壓轉(zhuǎn)換電路通過霍爾電壓傳感器CHV-50P實(shí)現(xiàn)。CHV-50P型電壓傳感器輸出端與原邊電路是電隔離的，可測(cè)量直流、交流和脈動(dòng)電壓或小電流。磁補(bǔ)償式測(cè)量，過載能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠，易于安裝，用于電壓測(cè)量時(shí)，傳感器輸出電流正比于原通過與模塊原邊電路串聯(lián)的電阻Ru1與被測(cè)量電路并聯(lián)連接，

邊電壓。上圖電壓轉(zhuǎn)換電路為a為單相電壓轉(zhuǎn)換電路，這里對(duì)電阻Ru1和電阻Ru2

的選擇作一些說明。

由于CHV-50P的輸入額定電流In1為10mA，本電路檢測(cè)的電壓是220V的交流電壓，則

Ru1=

U220V

==2.2K? (2.1) In110mA

電阻Ru1消耗的功率P1為

錯(cuò)誤！未找到引用源。P 1=UIn1=220×10mA=2.2W

(2.2)

因此電阻Ru1選擇阻值為2.2 k?，功率為5W的大功率電阻。另外為了抑制共模

干擾，在交流輸入側(cè)并聯(lián)了兩個(gè)電容C。當(dāng)然為了更好地消除這些干擾，可以在電壓變換電路之前再加隔離變壓器，那么電阻Ru1的選擇就要對(duì)應(yīng)于經(jīng)過隔離變壓器后電壓的改變而改變。

由于CHV-50P的輸入額定電流In2為50mA，為了ADMC40l的A/D轉(zhuǎn)換通道檢測(cè)，必須把輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，所以在電壓傳感器的輸出側(cè)串聯(lián)了電阻Ru2。ADMC401的A/D轉(zhuǎn)換通道檢測(cè)電壓范圍-2V~+2V，則

Ru2=

(2.3) =40?

50mA

由于電阻Ru2消耗功率比較小，電阻Ru2選擇上對(duì)功率沒有特殊的要求。 b.濾波補(bǔ)償電路

由于電壓電流的檢測(cè)點(diǎn)就是STATCOM接入電網(wǎng)的同一點(diǎn)，其諧波干擾還是比較大的濾波補(bǔ)償電路。，那么三相電壓電流經(jīng)過各自的轉(zhuǎn)換電路后必須進(jìn)入了濾波補(bǔ)償電路包含兩部分:一部分為RC濾波，另一部分為相位補(bǔ)償，如圖上圖中所示[5]。

2.2.2常用交流電壓采樣電路2

此三相電壓采樣電路包括信號(hào)放大電路，二階濾波電路，單極性轉(zhuǎn)換電路。 a.信號(hào)放大電路

交流信號(hào)放大電路見圖2-8所示。本設(shè)計(jì)采用的互感器為國(guó)內(nèi)最新的高精度電壓互感器(SPT204A)。其中SPT204A實(shí)際上是一款毫安級(jí)精密電壓互感器，輸入額定電流為2mA，額定輸出電流為2mA，線性范圍±10mA，非線性度

不需要加電阻R1。這樣電壓互感器副邊輸出為電流信號(hào)，這與電流互感器副邊

輸出信號(hào)相似。

交流信號(hào)放大電路工作原理可由下式表示:

錯(cuò)誤！未找到引用源。 (2.4) 通過R2將傳感器輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)

圖2-8 信號(hào)放大電路

b.二階濾波電路

圖2-9為二階濾波電路，截至頻率為2.5KHz。

f=2.5kHz

圖2-9 二階濾波電路

c.單極性轉(zhuǎn)換電路

由于設(shè)計(jì)采用的DSP自帶的AD，其采樣要求輸入信號(hào)為0~3.3V，故接入其引腳的信號(hào)電壓也不能超過3.3V所以必須對(duì)放大電路給出的雙極性信號(hào)做進(jìn)一步處理。單極性轉(zhuǎn)換電路如下圖2-10所示[6]。

圖2-10 單極性轉(zhuǎn)換電路

2.2.3常用交流電壓采樣電路3

交流電壓變送器以0～5 V的交流電壓作為輸出信號(hào)。因TMS320F2812的A/D輸入信號(hào)范圍為0～3 V．因此必須添加合適的調(diào)理電路以滿足A/D輸入的要求。

交流電壓調(diào)理電路見圖2-11，由圖可知該電路由3部分組成：第1部分為射極跟隨器．以提高電路的輸入阻抗：第2部分是電壓偏移電路：第3部分為箝位限幅電路，以保證輸出電壓信號(hào)在0～3 V，滿足TMS320F2812的A/D輸入信號(hào)范圍[7]。

圖2-11 交流電壓信號(hào)調(diào)理電路

2.2.4常用交流電壓采樣電路4

系統(tǒng)電壓經(jīng)過相應(yīng)的傳感器后，統(tǒng)一變換為適當(dāng)幅值的電壓信號(hào)，經(jīng)調(diào)理電路后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。圖2-12

R132

圖2-12 系統(tǒng)電壓的采樣電路

從圖2-12可知，系統(tǒng)輸出電壓的采樣電路由四部分組成，第一部分是由LF353的運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器，R131和C109是為了抑制干擾。第二部分為電平

抬升電路，將圍繞零電平波動(dòng)的信號(hào)提升為單極性信號(hào)，第三部分進(jìn)行跟隨，第四部分為進(jìn)入A/D前的保護(hù)部分，防止信號(hào)異常導(dǎo)致DSP芯片損壞[4]。

2.2.5常用交流電壓采樣電路5

相電壓檢測(cè)電路如圖2-13所示，該電路采用了運(yùn)算放大器加電壓跟隨器的方式，電壓跟隨器起到了隔離作用，以便在A/D入口前進(jìn)行阻抗匹配。在A/D入口端采用二極管鉗位，防止A/D輸入電壓越界。來自檢測(cè)通道的電壓互感器的電流號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后經(jīng)電壓平移后將交流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為0~3.3V的單極性電壓信號(hào)接入DSP的A/D通道引腳[8]。

圖2-13 相電壓采樣電路

2.3 常用交流電流采樣電路及其特點(diǎn)

2.3.1常見交流電流采樣電路1

a.電流轉(zhuǎn)換電路

圖2-14電流轉(zhuǎn)換電路，其中CT為霍爾電流傳感器DT50-P，它的性能也穩(wěn)定可靠，易于安裝。如何選擇電阻R比較簡(jiǎn)單，可以參考上面交流電壓轉(zhuǎn)換電路，這里就不再贅述。

圖2-14 交流信號(hào)采樣電路

圖2-15 電流轉(zhuǎn)換電路

b.濾波補(bǔ)償電路

由于電壓電流的檢測(cè)點(diǎn)就是STATCOM接入電網(wǎng)的同一點(diǎn)，其諧波干擾還是比較大的濾波補(bǔ)償電路。那么三相電壓電流經(jīng)過各自的轉(zhuǎn)換電路后必須進(jìn)入了濾波補(bǔ)償電路包含兩部分:一部分為RC濾波，另一部分為相位補(bǔ)償，如圖2-16所示[5]。

圖2-16 濾波補(bǔ)償電路

2.3.2常見交流電流采樣電路2

a.信號(hào)放大電路

交流信號(hào)放大電路見圖2-17所示。本設(shè)計(jì)采用的互感器為國(guó)內(nèi)最新的高精度電流互感器(SCT254AZ)。SCT254AZ是一款毫安級(jí)精密電流互感器，輸入額定電流為5A，額定輸出電流為2.5mA，線性范圍0~20A，非線性度

圖2-17 電流信號(hào)放大電路

b.二階濾波電路

圖2-18為二階濾波電路，截至頻率為2.5KHz

f=2.5kHz

圖2-18 二階濾波電路

c.單極性轉(zhuǎn)換電路

由于設(shè)計(jì)采用的DSP自帶的A/D，其采樣要求輸入信號(hào)為0~3.3V，故接入其引腳的信號(hào)電壓也不能超過3.3V所以必須對(duì)放大電路給出的雙極性信號(hào)做進(jìn)一步處理。單極性轉(zhuǎn)換電路如下圖2-19所示[6]。

圖2-19 單極性轉(zhuǎn)換電路

2.3.3常見交流電流采樣電路3

相電流檢測(cè)電路如圖2-20和所示，該電路采用了運(yùn)算放大器加電壓跟隨器的方式，電壓跟隨器起到了隔離作用，以便在A/D入口前進(jìn)行阻抗匹配。在A/D入口端采用二極管鉗位，防止A/D輸入電壓越界。來自檢測(cè)通道的電流互感器的電流號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后經(jīng)電壓平移后將交流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為0~3.3V的單極性電壓信號(hào)接入DSP的A/D通道引腳[8]。

圖2-20 相電流檢測(cè)電路

2.3.4常見交流電流采樣電路4

霍爾電流傳感器以

-100~+100 mA的交流電流作為輸出信號(hào)，TMS320F2812的A/D輸入信號(hào)范圍為0～3 V．因此必須添加合適的調(diào)理電路以滿足A／D輸入的要求。交流電流調(diào)理電路見圖2-21,與交流電壓調(diào)理電路不同的是．第1部分是經(jīng)電容C4濾波后流經(jīng)精密采樣電阻尺，將電流信號(hào)變換為電壓信號(hào)，第2部分是由運(yùn)放構(gòu)成的反相器：第3部分為箝位限幅電路，以保證輸出電壓信號(hào)在0～3 V，

[7]

滿足TMS320F2407的A/D輸入信號(hào)范圍。

圖2-21 交流電流信號(hào)采樣電路

2.3.5常用交流電流采樣電路5

電流采集采用 TA1014-2K臥式穿芯微型精密交流電流互感器，其額定輸入為5A，額定輸出為2.5mA，工作頻率范圍為20Hz~20kHz，相移小于5’，線性范圍大于10A，非線性度小于0.1%，是比較理想的交流電流檢測(cè)器件。圖2-22為電流采集電路原理圖。

圖2-22 交流電路采樣電路

由于DSP的A/D輸入信號(hào)范圍為0~3.3V，而經(jīng)電流互感器測(cè)得的電流信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)化后變成-1.5V~+l.5V的交流信號(hào)，故對(duì)其進(jìn)行了1.5V的平移[9]。 2.4 常用直流電壓采樣電路及其特點(diǎn)

2.4.1常用直流電壓采樣電路1

a.直流電壓傳感器采用LEM公司的電壓傳感器LV100。LV100為霍爾效應(yīng)的閉環(huán)電壓傳感器，所以有非常良好的原副邊隔離作用，可測(cè)的電壓范圍為100V～2500V。圖2-23為直流電壓采樣電路圖。電壓傳感器LV100有如下優(yōu)點(diǎn)：精度高；線性度好；頻帶寬；抗干擾能力強(qiáng)[10]。

圖2-23 直流電壓采樣傳感器

電壓傳感器LV100的原邊額定有效電流為10mA,在原邊為額定電流時(shí)傳感器精度最高。采樣電阻R1 =80千歐,按原副邊1:5的'變比設(shè)計(jì)，副邊電流為50 mA，

副邊采樣電阻為150歐，原邊電壓為800V時(shí)副邊電壓為7.5V。副邊信號(hào)經(jīng)二

階濾波電路以減小干擾，由于采樣直流信號(hào)，濾波器截止頻率可以選取的較低，實(shí)際設(shè)計(jì)的濾波器截止頻率為2k Hz。 b.電壓檢測(cè)電路

圖2-24 電壓檢測(cè)電路1

霍爾電壓傳感器及采樣電阻采集的直流電容電壓從Udc

端輸入圖2-24的模擬電路，經(jīng)電位器調(diào)節(jié)使U16A的3腳變化范圍限制在0~3.3V，同時(shí)用RC濾波器濾除輸入信號(hào)的噪聲，0~3.3V

的電壓信號(hào)經(jīng)過電壓跟隨器，電壓跟隨器可保證在進(jìn)行電阻匹配時(shí)防止其輸入輸出電路的電阻干擾。電壓跟隨器輸出接的R64=51歐。

電阻是DSP接口的電阻要求，DSP接口端的串聯(lián)二極管是為了確保輸入DSP的電平限制到0~3.3V[3]。

2.4.2常用直流電壓采樣電路2

直流電壓的采樣電路與交流電壓采樣電路略有不同，如圖2-25所示:

圖2-25 直流電壓采樣電路2

直流電壓與交流電壓采樣電路不同主要有兩點(diǎn)，其一，因?yàn)閭鞲衅鞑煌罢卟捎弥绷麟妷夯魻�，輸出信�?hào)為電流信號(hào)，后者為電壓變送器，輸出信號(hào)為交

流信號(hào)，因此直流采樣電路前端需接地電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào);其二，前者信號(hào)為直流信號(hào)的，后者為交流信號(hào)的，因此，直流電壓采樣不用電壓偏移[1]。

2.4.3常用直流電壓采樣電路3

同樣電壓跟隨器起防止電壓沖擊的作用。輸出端加入鉗位二極管，把電壓鉗制在3.3V以內(nèi)，輸出信號(hào)接入DSP的ADCIN端口，如圖2-26所示[9]：

圖2-26 3

2.4.4常用直流電壓采樣電路4

為本系統(tǒng)直流側(cè)電壓值較高，而直流電壓傳感器本身電流又很小，故從采用均

圖2-27 系統(tǒng)直流電壓采樣電路4

2.4.5常用直流電壓采樣電路5

因直流電路對(duì)電壓的精度要求低，對(duì)直流電壓的采樣電路直接用DSP內(nèi)部的A/D，如圖2-28所示:

圖2-28 系統(tǒng)直流電壓采樣電路5

直流電壓與交流電壓采樣電路不同主要有兩點(diǎn):其一，因?yàn)閭鞲衅鞑煌�，前者采用直流電壓霍爾，輸出信�?hào)為電流信號(hào)，后者為電壓變送器，輸出信號(hào)為交流信號(hào)，因此直流采樣電路前端需接地電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào);其二，前A/D精度和類型不一樣[2]。 2.5

直流電流采樣電路設(shè)計(jì)與直流電壓采樣電路完全一樣，只是前端的采樣器件不同，這些器件對(duì)用戶的接口統(tǒng)一為電流信號(hào)，這里就不再討論。

3 采樣電路設(shè)計(jì)

上一章寫到3路交流電壓、6路交流電流、2電網(wǎng)電壓同步信號(hào)的采樣電路的各種常見采樣電路，可以看出采樣電路的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但如何設(shè)計(jì)出自己需要的采樣電路，這將是下面要討論的問題。 3.1 電網(wǎng)電壓同步信號(hào)采樣電路設(shè)計(jì)

DSTATCOM的工作與同步信號(hào)有密切的關(guān)系，所有的動(dòng)作都要以同步信號(hào)作為參考，故硬件上的同步電路是不可或缺的。同步信號(hào)的產(chǎn)生有多種方法。第一種方法為最簡(jiǎn)單的過零同步，即對(duì)系統(tǒng)三相電壓進(jìn)行處理后取出一相基波正序電壓作為同步信號(hào)，把該同步信號(hào)的過零時(shí)刻作為脈沖發(fā)生器的同步點(diǎn)，通過測(cè)量連續(xù)兩個(gè)正向過零點(diǎn)之間的時(shí)間作為周期計(jì)算出同步信號(hào)的頻率，因

此只能一個(gè)周期測(cè)得一次頻率，在系統(tǒng)頻率突變時(shí)，容易因無法跟蹤系統(tǒng)頻率變化而使DSTATCOM過流。第二種方法為采用鎖相環(huán)技術(shù)，由于在同步信號(hào)頻率突變時(shí)鎖相環(huán)具有較長(zhǎng)的延時(shí)，因此也容易導(dǎo)致DSTATCOM過流。第三種方法為采用“虛擬轉(zhuǎn)子”法，對(duì)三相同步電壓信號(hào)進(jìn)行處理，得到脈沖的同步點(diǎn)和同步信號(hào)的頻率。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)測(cè)量同步信號(hào)的頻率，從而使脈沖發(fā)生器在系統(tǒng)同步信號(hào)發(fā)生突變時(shí)能保持與系統(tǒng)同步，保證DSTATCOM不因同步信號(hào)的突變而過流。由于設(shè)計(jì)要求不是特別高，本裝置采用第一種方法得到同步信號(hào)。

圖3-1 D-STATCOM系統(tǒng)同步電路

如圖3-1可知，同步電路由三部分組成，第一部分是由電阻、電容組成的RC濾波環(huán)節(jié)，為減小DSTATCOM系統(tǒng)與電網(wǎng)的相位誤差，該環(huán)節(jié)主要是濾除去電網(wǎng)的噪聲干擾，該濾波環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的輸出頻率，即該誤差可忽略不計(jì)。其中R1=1000 Ω，C1=0.1uF,則時(shí)間常數(shù)T=RC=1錯(cuò)誤！未找到

引用源。 10?4S

電壓轉(zhuǎn)換電路通過霍爾電壓傳感器CHV-50P實(shí)現(xiàn)，如圖3-2所示。CHV-50P型電壓傳感器輸出端與原邊電路是電隔離的，可測(cè)量直流、交流和脈動(dòng)電壓或小電流。磁補(bǔ)償式測(cè)量，過載能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠，易于安裝，用于電壓測(cè)量時(shí)，傳感器通過與模塊原邊電路串聯(lián)的電阻Ru1與被測(cè)量電路并聯(lián)連接，輸出

電流正比于原邊電壓。

圖3-2 電壓轉(zhuǎn)換電路

由于CHV-50P的輸入額定電流In1為10mA，本電路檢測(cè)的電壓是220V的交流電壓，則

Ru1=

U220V==2.2k? (3.1) IN110mA

電阻Ru1消耗的功率P1，為

P1=220V×10 mA=2.2KW (3.2)

因此電阻Ru1選擇阻值為2.2 KΩ，功率為5W的大功率電阻。另外為了抑制共模

干擾，在交流輸入側(cè)并聯(lián)了兩個(gè)電容C。當(dāng)然為了更好地消除這些干擾，可以在電壓變換電路之前再加隔離變壓器，那么電阻Ru1的選擇就要對(duì)應(yīng)于經(jīng)過隔離

變壓器后電壓的改變而改變。

由于CHV-50P的輸入額定電流In2為50mA，為了交流電壓采樣電路檢測(cè)，必須把輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，所以在電壓傳感器的輸出側(cè)串聯(lián)了電阻Ru2。交流電

壓采樣電路采樣電壓范圍-5V~+5V，則

Ru2=

U5V

==100Ω IN250mA

(3.3)

由于電阻Ru2消耗功率比較小，電阻Ru2選擇上對(duì)功率沒有特殊的要求。根據(jù)

選用的電壓傳感器，交流電壓采樣電路如圖3所示：

R410K

圖3-3 交流電壓采樣電路

從圖3-3可以看出系統(tǒng)輸出電壓的采樣電路由四部分組成，第一部分是由TL084的運(yùn)放構(gòu)成的射極跟隨器，其中R3和C4是說為了抑制干擾，且時(shí)間常數(shù)

T=RC=10000Ω×220pF=2.2×10?6S

一個(gè)電壓源組成的電壓偏移電路，因目標(biāo)信號(hào)為交流信號(hào)，而經(jīng)過霍爾傳感器采樣得出的信號(hào)也為交流信號(hào)0~士5V，而系統(tǒng)CPU的A/D輸入電平要求為0~3.3V，因此，需要進(jìn)行電壓偏移，該電路原理簡(jiǎn)單，不再贅述。第三部分也為射極跟隨器;第四部分為箝位限幅電路，保證采樣信號(hào)的幅值在0~3.3V之間，滿足TMS320LF2407的輸入信號(hào)要求。

采樣電路中，經(jīng)常用到電壓跟隨器，電壓跟隨器，顧名思義，就是輸出電壓與輸入電壓是相同的，就是說，電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)恒小于且接近1。電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來說，輸入阻抗要達(dá)到幾兆歐姆是很容易做到的。輸出阻抗低，通�？梢缘綆讱W姆，甚至更低。在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級(jí)及隔離級(jí)。因?yàn)�，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級(jí)的輸入阻抗比較小，那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出電阻中。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓跟隨器來從中進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。應(yīng)用電壓跟隨器的另外一個(gè)好處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。電壓跟隨器的另外一個(gè)作用就是隔離。 3.3 交流電流采樣電路設(shè)計(jì) 1.電流轉(zhuǎn)換電路

參考上面常見交流電流采樣電路的設(shè)計(jì)，傳感器選擇霍爾電流傳感器DT50-P，它的性能也穩(wěn)定可靠，易于安裝。如何選擇電阻R8的阻值，根據(jù)后面

交流信號(hào)調(diào)理電路的輸入要求而定，調(diào)理電路需輸入-5V~+5V的交流電壓信號(hào)，則：

I （3.4） N

即可確定R8的阻值

圖3-4 電流轉(zhuǎn)換電路

在圖3-5中，電流實(shí)際值經(jīng)過霍爾傳感器及采樣電阻后，轉(zhuǎn)換成5V電壓信號(hào)(Io2)，此5V信號(hào)是反向的。Io2先進(jìn)行濾波處理，濾除噪聲干擾其中濾波電阻電容的選擇應(yīng)該滿足時(shí)間常數(shù)小于1ms的要求，因此可選R9為100千歐，C6為

220pF;再經(jīng)過理想運(yùn)算放大器的電壓并聯(lián)負(fù)反饋將Io2轉(zhuǎn)換成-3.3V~ +3.3V的信號(hào);經(jīng)過3.3V的電平抬升電路及平均處理使得電壓跟隨器的輸入為0~3.3V單極性信號(hào)，其中R13、R14的阻值只要相同就可以，在這里選阻值為10千歐的電阻，

即安全又符合要求;最后經(jīng)過兩個(gè)串聯(lián)二極管的限幅，確保輸入DSP的信號(hào)為0~3.3V，以保證不會(huì)燒毀DSP，系統(tǒng)各元件參數(shù)及型號(hào)如圖3-5中所示R15=1K?。

各相的電流采樣方法原理相同。

圖3-5 電流調(diào)理電路

3.4 直流電壓采樣電路設(shè)計(jì)

1.直流電壓傳感器采用LEM公司的電壓傳感器LV100

100V～2500V。圖3-6為直流電壓采樣電路圖。電壓傳感器LV100有如下優(yōu)點(diǎn)：精度高；線性度好；頻帶寬；抗干擾能力強(qiáng)。

圖3-6 直流電壓采樣傳感器

電壓傳感器LV100的原邊額定有效電流為10Ma,在原邊為額定電流時(shí)傳感器精度最高。采樣電阻R1 =80千歐,按原副邊mA，副邊采樣電阻為歐，原邊電壓為800V時(shí)副邊電壓為7.5V。副邊信號(hào)經(jīng)二階濾波電路以減小干擾，由于采樣直流信號(hào)，濾波器截止頻率可以選取的較低，實(shí)際設(shè)計(jì)的濾波器截止頻率為2k Hz。

經(jīng)過傳感器采樣后還需經(jīng)過直流電壓調(diào)理電路調(diào)理后才能送入DSP的A/D采樣端，直流信號(hào)調(diào)理電路如圖3-7所示：

圖3-7 直流電壓信號(hào)調(diào)理電路

前端電阻16的作用是把霍爾傳感器輸出的直流電流信號(hào)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，從

上面可知霍爾傳感器副邊輸出的電流最大為50mA,根據(jù)

(3.5) I

即可確定電阻R16的大小，其余部分的電阻則沒有太嚴(yán)格的要求，我在本設(shè)計(jì)中采用的電阻型號(hào)如圖3-7所示；第二部分為兩個(gè)電壓跟隨器，與后面的采樣電路進(jìn)得電阻匹配；第三部分為兩個(gè)二極管組成的箝位電路并加上濾波電容，保證輸入DSP的A/D采樣端的輸入電壓信號(hào)保持在0~3.3V以內(nèi)，防止DSP被燒毀。 3.5

電流采樣電路設(shè)計(jì)如圖3-8所示，和直流電壓信號(hào)調(diào)理電路完全一樣，但前端

圖3-8 直流電流信號(hào)調(diào)理電路

前端電流電流檢測(cè)采用LEM公司型號(hào)為L(zhǎng)A58-P的霍爾效應(yīng)電流變換器,原邊與副邊之間是電氣隔離的，該傳感器可用于測(cè)量可用于測(cè)量直流、交流、漂；最佳的反應(yīng)時(shí)間；寬頻帶；無插入損耗；抗干擾能力強(qiáng)；電流過載能力，因此選用此種類型的傳感器可以達(dá)到良好的采樣要求。

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