本實用新型涉及一種SPWM交流電壓采樣電路及采樣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

輸出電壓是電源類系統(tǒng)一個至關(guān)重要的參數(shù)，在輸出三相交流電壓的電源設(shè)備中，能否檢測三相交流電壓，對電源控制系統(tǒng)的控制精度及電源設(shè)備的運行與保護至關(guān)重要。

目前，主要通過交流電壓采樣電路對交流電壓進行檢測，電源類產(chǎn)品中主要檢測經(jīng)LC濾波電路濾波后的輸出交流電壓，而無法檢測含有高次諧波SPWM交流電壓。主要的交流采樣電路有三種：(1)基于電壓互感器或變壓器的交流電壓采樣電路，通過原副邊變比來確定輸入的交流電壓值，該方案成本高、占用PCB面積大，線性度一致性不好，采樣精度低且不安全；(2)利用橋式整流檢測交流電壓電路，該方案缺點是負(fù)載較重時，整流后的電壓會下降，影響對電壓的采樣，檢測電壓誤差大，可靠性較差；(3)差分放大模式的電壓采樣電路，通過在交流電壓輸入端串聯(lián)電阻進行分壓，經(jīng)運放放大器處理后，輸出交流采樣信號，如申請?zhí)朇N201520534951.7、CN201220155201.5的專利通過該種方法對市電輸入電壓進行電壓采樣，應(yīng)用在家電電控系統(tǒng)中。

目前一般使用的交流電壓采樣電路，如基于電壓互感器或變壓器的交流電壓采樣電路、利用橋式整流檢測交流電壓電路等，輸出的電壓采樣信號僅包含輸入交流電壓的峰值或有效值，不能包含輸入電壓的全部波形信息。而申請?zhí)枮镃N201520534951.7、CN201220155201.5的專利，公開了市電輸入電壓的電壓采樣電路，該種電路不可實現(xiàn)對SPWM交流電壓的采樣，且基準(zhǔn)電壓由一般電源電壓經(jīng)電阻分壓獲得，采樣信號精度較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種SPWM交流電壓采樣電路及采樣系統(tǒng)，其能有效檢測SPWM交流電壓并進行采樣，輸出交流電壓采樣信號，并便于傳遞給DSP控制器進行系統(tǒng)控制。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種SPWM交流電壓采樣電路，包括：用于連接SPWM三相交流中任意兩相的高阻隔離分壓單元，與該高阻隔離分壓單元相連的一級RC濾波單元；一交流電壓運放處理單元的兩輸入端分別與一級RC濾波單元、基準(zhǔn)電壓單元的輸出端相連；以及所述交流電壓運放處理單元的輸出端依次通過二級RC濾波單元、采樣信號處理單元輸出交流電壓采樣信號。

進一步，所述高阻隔離分壓單元包括：電阻R2、電阻R3、電阻R5和電阻R6；其中SPWM三相交流中任意兩相分別通過電阻R3和電阻R6接入，且電阻R3、電阻R6分別通過電阻R5、電阻R2與交流電壓運放處理單元中運算放大器U1的反相端、同相端相連；以及所述電阻R3、電阻R6均采用MΩ級電阻。

進一步，所述一級RC濾波單元包括：電容C1和電容C2；其中電容C1的一端連接運算放大器U1的反相端，其另一端連接電阻R2與電阻R3的連接點；以及電容C2的一端連接運算放大器U1的同相端，其另一端連接電阻R5與電阻R6的連接點。

進一步，所述基準(zhǔn)電壓單元包括：由電阻R1和電阻R7構(gòu)成的串聯(lián)電路，且電源VCC從電阻R7端接入，電阻R1端連接運算放大器U1的同相端；以及所述電阻R1與電阻R7之間的連接點對地連接一電壓基準(zhǔn)芯片U2，且該電壓基準(zhǔn)芯片U2的兩端并聯(lián)電容C3。

進一步，所述交流電壓運放處理單元包括：電阻R4，該電阻R4作為運算放大器U1的反饋電阻，其兩端分別連接運算放大器U1的反相端和輸出端。

進一步，所述運算放大器U1的同相端與反相端之間還連接有低漏雙向鉗位二極管D1。

進一步，所述二級RC濾波單元包括：電阻R8、電容C4，其中電阻R8的第一端與運算放大器U1的輸出端相連，且第二端通過電容C4接地。

進一步，所述采樣信號處理單元包括：電阻R9，該電阻R9的一端與電阻R8的第二端相連，電阻R9的另一端與地相連，以及將所述電阻R8的第二端作為SPWM交流電壓采樣電路的輸出端。

又一方面，本實用新型還提供了一種采樣系統(tǒng)。

所述采樣系統(tǒng)包括所述的SPWM交流電壓采樣電路，該交流電壓采樣電路將交流電壓采樣信號輸入至DSP控制器中。

本實用新型的有益效果是，本實用新型對含有SPWM高次諧波的交流電壓進行采樣，輸出一種包含輸入電壓全部波形信息，包含正負(fù)峰值、頻率、相位、波形等的交流電壓采樣信號，傳輸?shù)紻SP控制器中對整個控制系統(tǒng)進行控制。該電路采用單電源運放，電路簡單，輸出采樣信號精度高、干擾小，且包含輸入電壓全波信息。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1為本SPWM交流電壓采樣電路的原理框圖；

圖2為本SPWM交流電壓采樣電路的電路原理圖；

圖3為本SPWM交流電壓采樣電路的輸入、輸出電壓波形比較示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實用新型有關(guān)的構(gòu)成。

實施例1

如圖1至圖3所示，本實用新型提供了一種SPWM交流電壓采樣電路，包括：用于連接SPWM三相交流中任意兩相的高阻隔離分壓單元，與該高阻隔離分壓單元相連的一級RC濾波單元；一交流電壓運放處理單元的兩輸入端分別與一級RC濾波單元、基準(zhǔn)電壓單元的輸出端相連；以及所述交流電壓運放處理單元的輸出端依次通過二級RC濾波單元、采樣信號處理單元輸出交流電壓采樣信號。

作為高阻隔離分壓單元的一種可選的實施方式，所述高阻隔離分壓單元包括：電阻R2、電阻R3、電阻R5和電阻R6；其中SPWM三相交流中任意兩相分別通過電阻R3和電阻R6接入，且電阻R3、電阻R6分別通過電阻R5、電阻R2與交流電壓運放處理單元中運算放大器U1的反相端、同相端相連；以及所述電阻R3電阻R6均采用MΩ級電阻，以實現(xiàn)SPWM交流電壓的輸入端與本高阻隔離分壓單元的高阻隔離作用，并經(jīng)過電阻分壓，將分壓后的電壓輸入到一級RC濾波單元中進行濾波處理。

作為一級RC濾波單元的一種可選的實施方式，所述一級RC濾波單元包括：電容C1和電容C2；其中電容C1的一端連接運算放大器U1的反相端，其另一端連接電阻R2與電阻R3的連接點；以及電容C2的一端連接運算放大器U1的同相端，其另一端連接電阻R5與電阻R6的連接點。本一級RC濾波單元可實現(xiàn)輸入交流電壓的濾波，濾除大部分輸入交流電壓中的SPWM高次諧波，經(jīng)濾波后的交流電壓進入交流電壓運放處理單元進行電壓轉(zhuǎn)換。

作為基準(zhǔn)電壓單元的一種可選的實施方式，所述基準(zhǔn)電壓單元包括：由電阻R1和電阻R7構(gòu)成的串聯(lián)電路，且電源VCC從電阻R7端接入，電阻R1端連接運算放大器U1的同相端；以及所述電阻R1與電阻R7之間的連接點對地連接一電壓基準(zhǔn)芯片U2，且該電壓基準(zhǔn)芯片U2的兩端并聯(lián)電容C3。該基準(zhǔn)電壓單元提供交流電壓采樣電路的基準(zhǔn)電壓Vref，該基準(zhǔn)電壓Vref精度由電壓基準(zhǔn)芯片U2精度決定，要求其精度高，該基準(zhǔn)電壓Vref決定了輸出電壓采樣信號的精度。

作為交流電壓運放處理單元的一種可選的實施方式，所述交流電壓運放處理單元包括：電阻R4，該電阻R4作為運算放大器U1的反饋電阻，其兩端分別連接運算放大器U1的反相端和輸出端。該交流電壓運放處理單元可將一級RC濾波電路輸出的交流電壓及基準(zhǔn)電壓進行運放處理，并輸出交流電壓采樣信號到二級RC濾波單元進行二次濾波處理。

進一步，所述運算放大器U1的同相端與反相端之間還連接有低漏雙向鉗位二極管D1，以起到保護運算放大器U1兩輸入端的效果。

作為二級RC濾波單元的一種可選的實施方式，所述二級RC濾波單元包括：電阻R8、電容C4，其中電阻R8的第一端與運算放大器U1的輸出端相連，且第二端通過電容C4接地。本二級RC濾波單元實現(xiàn)交流電壓運放處理單元輸出的交流采樣信號的濾波作用，進一步濾除信號中的SPWM高次諧波及信號干擾。

作為采樣信號處理單元的一種可選的實施方式，所述采樣信號處理單元包括：電阻R9，該電阻R9的一端與電阻R8的第二端相連，電阻R9的另一端與地相連，以及將所述電阻R8的第二端作為SPWM交流電壓采樣電路的輸出端。本采樣信號處理單元把二級RC濾波電路輸出的交流采樣信號進一步處理為系統(tǒng)需要的交流采樣信號mV，并將該信號輸出到DSP控制器ADC接口，本采樣信號處理單元可實現(xiàn)采樣信號的最終轉(zhuǎn)換，前級信號可保留較強信號，如此處理，可保證信號傳輸過程中衰減小，誤差小。

具體工作中，SPWM交流電壓兩輸入端SPWM_U、SPWM_V經(jīng)高阻隔離分壓單元輸入電壓，該電壓經(jīng)一級RC濾波單元濾除大部分SPWM高次諧波后，與基準(zhǔn)電壓Vref一起進入交流電壓運放處理單元進行比例運算及處理，輸出帶有基準(zhǔn)電壓直流分量的交流采樣電壓，該電壓進入二級RC濾波單元中進一步濾波處理，濾除采樣電壓中殘余的SPWM高次諧波和信號干擾，經(jīng)再次濾波處理的電壓采樣信號，進入采樣信號處理電路，處理為系統(tǒng)控制芯片(DSP控制器)需要的交流電壓采樣信號mV輸出。

通過具體實施例，更為直觀的認(rèn)識該SPWM交流電壓采樣電路輸出電壓采樣信號的精確度及含有的全波信息，現(xiàn)給出簡化應(yīng)用例。

假設(shè)SPWM交流電壓為含有SPWM高次諧波的正弦波電壓，該正弦波電壓峰值為Um，為簡化計算，作如下處理：

當(dāng)R1＝R4，R2＝R5，R3＝R6，R8＝R9時，

當(dāng)(R2+R3)/R1＝Um/2時，

交流電壓采樣信號mV為SPWM交流電壓的全波信號，其中可得到的參數(shù)包括：電壓的正負(fù)峰值、均值、有效值、頻率、相位等，便于后續(xù)系統(tǒng)中多樣化應(yīng)用。

輸出交流電壓采樣信號的基準(zhǔn)為1/2Vref，當(dāng)Vref＞2時，mV＞0，輸出交流電壓采樣信號只有正電壓值，因此，運算放大器U1的輸入端不含有負(fù)電壓，運算放大器U1可采用單電源供電，該電路可實現(xiàn)電源供電方案的簡化；其中基準(zhǔn)電壓Vref的精度影響到采樣信號mV的精度，故基準(zhǔn)電壓精度要求高，可通過電壓基準(zhǔn)芯片實現(xiàn)。

本電路中采用的前后兩級RC濾波，可實現(xiàn)帶有SPWM高次諧波的交流電壓的濾波采樣，該濾波方案下電壓采樣信號相位偏移小，諧波干擾小，可得到理想的交流電壓采樣信號；

該方案中SPWM交流電壓采樣電路的前級為較強信號，經(jīng)采樣信號處理單元輸出后采樣系統(tǒng)需要交流電壓采樣信號，且通過電路中電阻值的匹配可使交流電壓采樣信號精度高，幅值衰減小。

實施例2

在實施例1基礎(chǔ)上，本實用新型還提供過了一種采樣系統(tǒng)。

所述采樣系統(tǒng)包括如實施例1所述的SPWM交流電壓采樣電路，該交流電壓采樣電路將交流電壓采樣信號輸入至DSP控制器中。

以上述依據(jù)本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。