一種交流電壓采集裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種交流電壓采集裝置，其特征在于所述采集裝置包括依次連接的限流支路、交流電壓轉(zhuǎn)換支路、直流偏壓支路、阻抗變換和跟隨支路以及軟件處理支路，其中，所述限流支路上接有被測(cè)交流電壓輸入端。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，可以在一定溫度范圍內(nèi)減小主要溫漂器件的影響，提高了測(cè)量精度并減小了測(cè)量誤差，處理方法簡(jiǎn)單，成本較低，適合大規(guī)模推廣使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種交流電壓采集裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于電壓測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交流電壓采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，交流電壓的采集主要采用半波整流濾波技術(shù):采用二極管進(jìn)行整流和電容進(jìn)行濾波。此方法的缺點(diǎn)是二極管溫漂大，電容濾波后濾掉部分諧波分量將增大測(cè)量誤差并降低測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種交流電壓采集裝置，該交流電壓采集裝置通過(guò)采用程序?yàn)V波方法不會(huì)對(duì)輸出波形造成影響，可精確采集交流電壓。
[0004]本實(shí)用新型目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
[0005]—種交流電壓采集裝置，其特征在于所述采集裝置包括依次連接的限流支路、交流電壓轉(zhuǎn)換支路、直流偏壓支路、阻抗變換和跟隨支路以及軟件處理支路，其中，所述限流支路上接有被測(cè)交流電壓輸入端。
[0006]所述限流支路包括依次串聯(lián)的電阻Rl以及電流互感器Tl初級(jí)線(xiàn)圈，其中，所述電阻Rl與所述被測(cè)交流電壓輸入端連接。
[0007]所述交流電壓轉(zhuǎn)換支路依次包括電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈、電阻R2以及電容Cl，其中，所述電阻R2與所述電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈并聯(lián)，所述電容Cl與所述電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈串聯(lián)。
[0008]所述直流偏壓支路位于所述交流電壓轉(zhuǎn)換支路以及所述阻抗變換和跟隨支路之間，包括依次連接的電源電壓VCCl、電阻R3、電阻R4以及GNDI。
[0009]所述阻抗變換和跟隨支路包括電阻R5以及運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器同相輸入端連接所述直流偏壓支路，所述電阻R5連接所述運(yùn)算放大器異相輸入端以及所述運(yùn)算放大器的輸出端。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是，可以在一定溫度范圍內(nèi)減小主要溫漂器件的影響，提高了測(cè)量精度并減小了測(cè)量誤差，處理方法簡(jiǎn)單，成本較低，適合大規(guī)模推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型中交流電壓采集裝置原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
[0013]實(shí)施例:如圖1所示，本實(shí)施例具體涉及一種交流電壓采集裝置及其工作方法，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量市電或其它交流電壓，該交流電壓采集裝置包括依次連接的限流支路、交流電壓轉(zhuǎn)換支路、直流偏壓支路、阻抗變換和跟隨支路以及軟件處理支路。
[0014]限流支路用于限流以把要測(cè)試的交流電壓轉(zhuǎn)變成小電流，包括依次串聯(lián)的電阻Rl以及電流互感器Tl初級(jí)線(xiàn)圈，電阻Rl的一端接被測(cè)交流電壓輸入端、另一端接電流互感器Tl初級(jí)線(xiàn)圈的腳I，電流互感器Tl初級(jí)線(xiàn)圈的腳4則接PGND，其中，電阻Rl為限流電阻，阻值介于100-900K Ω之間，電流互感器Tl的變比為1:1，其阻值為百歐姆級(jí)，可以忽略不計(jì)。
[0015]交流電壓轉(zhuǎn)換支路用于把限流支路中的小電流轉(zhuǎn)換成交流低電壓并隔斷其中的直流，包括電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈、電阻R2以及電容Cl，電阻R2兩端分別接電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈的腳2、3以構(gòu)成并聯(lián)用于將小電流轉(zhuǎn)換成交流低電壓，電容Cl則接電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈的腳2以構(gòu)成串聯(lián)隔斷直流;其中，R2為負(fù)載電阻，阻值為百歐姆級(jí)。
[0016]直流偏壓支路位于交流電壓轉(zhuǎn)換支路以及所述阻抗變換和跟隨支路之間，包括依次連接的電源電壓VCC1、電阻R3以及電阻R4，其中R3和R4為直流偏置電阻;通過(guò)在電容CI后端加一直流偏置電壓，以把輸入的交流低電壓負(fù)值部分疊加在直流偏置電壓上從而變成正值交流電壓。
[0017]阻抗變換和跟隨支路用于提高正值交流電壓的輸入阻抗，包括電阻R5以及運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器同相輸入端3連接直流偏壓支路，電阻R5連接運(yùn)算放大器異相輸入端2以及運(yùn)算放大器的輸出端I，形成跟隨器，正值交流電壓經(jīng)該跟隨器提高輸入阻抗。
[0018]軟件處理支路包括ADC以及MCU，跟隨器輸出電壓進(jìn)入ADC進(jìn)行采集，并由MCU進(jìn)行程序?yàn)V波和計(jì)算處理。
[0019]需要說(shuō)明的是，Vl、VCCl、VCC2、V_out*ftGNDl。
[0020]如圖1所示，本實(shí)施例中交流電壓采集裝置的工作方法包括如下步驟:
[0021](a)被測(cè)交流電壓V_test輸入限流支路中，電流互感器Tl初級(jí)線(xiàn)圈串聯(lián)電阻Rl進(jìn)行限流，將被測(cè)交流電壓V_test轉(zhuǎn)變成小電流II，小電流Il的計(jì)算公式為:
[0022]I1=V_ _test/Rl ；
[0023]式中，Rl的阻值已知，可以介于100-900ΚΩ之間；
[0024](b)小電流Il進(jìn)入交流電壓轉(zhuǎn)換支路，1:1變比的電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈將小電流Il轉(zhuǎn)換為小電流12，因?yàn)殡娏骰ジ衅鱐l的變比為1:1，故11=12;
[0025]電阻R2將小電流12轉(zhuǎn)換成交流低電壓VI，其中，V1=I2*R2，式中，R2為負(fù)載電阻，阻值已知，通常選定為百歐姆級(jí)；
[0026]低電壓Vl經(jīng)過(guò)電容Cl后隔斷其中直流變?yōu)檩敵鲭妷篤2，其中，V2=V1，其中，Cl選擇為nf級(jí)的電容，因此V2近似等于Vl ；
[0027](c)交流電壓轉(zhuǎn)換支路輸出電壓V2進(jìn)入直流偏壓支路內(nèi)，并疊加在直流偏置電壓上轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭妷篤3，輸出電壓V3的計(jì)算公式如下:
[0028]V3=V2+VCC1*R4/(R3+R4)；
[0029 ] 式中，VCCl為已知的電源電壓;R3和R4為阻值已知的直流偏置電阻；
[0030](d)直流偏壓支路輸出電壓V3連接阻抗變換和跟隨支路中運(yùn)算放大器同相輸入端進(jìn)行阻抗變換并輸出電SV_out，其中，V_out=V3 ；
[0031](e)輸出電SV_out進(jìn)入軟件處理支路中，ADC進(jìn)行采集，并由MCU進(jìn)行程序?yàn)V波和計(jì)算處理，計(jì)算輸出電壓V_out，計(jì)算方法為:
[0032]采用2個(gè)循環(huán)(即內(nèi)循環(huán)和外循環(huán))進(jìn)行ADC采集計(jì)算，內(nèi)循環(huán)為ADC連續(xù)采集30次，以AD[30]為數(shù)組計(jì)數(shù)，把數(shù)組AD[30]進(jìn)行冒泡法從小到大排序，去掉尖峰毛刺即最大值A(chǔ)D
[29]，選 AD[28]-AD[19]的平均值，SP:
[0033]V_out = V_erf*( AD[19]+AD[20] + AD[21] + AD[22] + AD[23] + AD[24] +AD[25] + AD[26] + AD[27] + AD[28] )/10/ 4095
[0034]式中，V_erf為ADC的參考電壓;4095是12位的ADC總步數(shù)，即采集分辨率是V_erf/4095；
[0035]夕卜循環(huán)為間隔一段時(shí)間進(jìn)入ADC采樣，間隔20次，把每次采樣結(jié)果進(jìn)行比較取最大值，保證外循環(huán)間隔20次能采集一次完整周期，這樣ADC的讀數(shù)值￥_0此計(jì)算出的測(cè)試值乂_test就是交流電的峰值電壓；
[0036](f)根據(jù)計(jì)算出的V_out計(jì)算被測(cè)交流電壓V_test，計(jì)算公式為:
[0037]V_test=(V_out-VCCl*R4/(R3+R4))*Rl/R2
[0038]式中各值均為已知值或已計(jì)算出相應(yīng)的值，故可計(jì)算出V_test的值，由于我們說(shuō)的市電指的是有效值，所以V_test/1.414才是我們所需要的最終測(cè)量結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種交流電壓采集裝置，其特征在于所述采集裝置包括依次連接的限流支路、交流電壓轉(zhuǎn)換支路、直流偏壓支路、阻抗變換和跟隨支路以及軟件處理支路，其中，所述限流支路上接有被測(cè)交流電壓輸入端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交流電壓采集裝置，其特征在于所述限流支路包括依次串聯(lián)的電阻Rl以及電流互感器Tl初級(jí)線(xiàn)圈，其中，所述電阻Rl與所述被測(cè)交流電壓輸入端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交流電壓采集裝置，其特征在于所述交流電壓轉(zhuǎn)換支路依次包括電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈、電阻R2以及電容Cl，其中，所述電阻R2與所述電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈并聯(lián)，所述電容Cl與所述電流互感器Tl次級(jí)線(xiàn)圈串聯(lián)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交流電壓采集裝置，其特征在于所述直流偏壓支路位于所述交流電壓轉(zhuǎn)換支路以及所述阻抗變換和跟隨支路之間，包括依次連接的電源電壓VCCl、電阻R3、電阻R4以及GNDI。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交流電壓采集裝置，其特征在于所述阻抗變換和跟隨支路包括電阻R5以及運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器同相輸入端連接所述直流偏壓支路，所述電阻R5連接所述運(yùn)算放大器異相輸入端以及所述運(yùn)算放大器的輸出端。
【文檔編號(hào)】G01R19/25GK205506920SQ201521110827
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日
【發(fā)明人】雷祥, 彭德安, 陳黎陽(yáng)
【申請(qǐng)人】上海貝電實(shí)業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司