集成ad型單片機(jī)電力交流采樣電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種集成AD型單片機(jī)交流采樣電路。該電路連接于電流/電壓互感器二次輸出端與單片機(jī)AD端口之間，包括直流偏置單元、突變大信號抑制單元和低通濾波器。該電路直流偏置由相等兩個電阻和一個電容構(gòu)成，電網(wǎng)突變大信號由兩個二極管構(gòu)成，低通濾波由電阻和電容構(gòu)成，對多通道的交流信號采集分別將該電路獨立布設(shè)在信號調(diào)理之前，確保交流采集信號在采集前的完整性。使其一個電路就可以適應(yīng)于各種類型的集成AD單片機(jī)的交流采樣回路，具有低廉的價格、廣泛的適應(yīng)性。
【專利說明】集成AD型單片機(jī)電力交流采樣電路
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0002]本實用新型涉及一種集成AD型單片機(jī)電力交流采樣的電路，用于對輸入AD集成型單片機(jī)的交流信號進(jìn)行信號處理。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]由于電力產(chǎn)品使用場合的特殊性，要求產(chǎn)品具有優(yōu)良抗電磁干擾特性(EMC);傳統(tǒng)AD單獨構(gòu)成對交流的信號的采集和量化，要實現(xiàn)高EMC特性往往需要增加很多的信號處理電路。隨著單片機(jī)集成度越來越高，片上系統(tǒng)(SOC)的構(gòu)建成為必然，但是集成AD型單片機(jī)對輸入交流信號的幅值、相位有一定的要求。交流信號在進(jìn)入內(nèi)嵌AD的單片機(jī)之前必須進(jìn)行信號調(diào)理，因此有必要對輸入的交流信號進(jìn)行調(diào)理。
[0005]信號調(diào)理主要涉及到直流偏置單元、電網(wǎng)突變大信號抑制單元和濾波回路:
[0006]1、直流偏置，現(xiàn)有的直流偏置回路通常采有專用恒壓源芯片、運放反饋等技術(shù)，往往成本較高，針對交流采樣回路至少6通道，多則涉及24通道的交流信號的采集，為防止多通道交叉干擾，通常采用每通道單獨的恒壓源方式，導(dǎo)致成本較高。單片機(jī)帶有AD的采集通道對交流信號的峰峰值要求不得超過工作電源電壓要求，大多的單片機(jī)由5V或3.3V構(gòu)成，最佳的直流偏置點在V2工作電源，所以選擇合適的2.5V或者1.65V的標(biāo)準(zhǔn)直流恒壓源成為電路必須考慮的環(huán)節(jié)。若多通道采用一個直流偏置點則會在通道輸入信號間相互交叉影響。
[0007]2、電網(wǎng)突變大信號抑制，作為電力網(wǎng)的交流采集回路對于電網(wǎng)出現(xiàn)的各種如短路、過電流、單相接地等故障時電流值突變非常大，一次電流值往往可以到20倍的額定電流，雖然一次到二次在測量互感器的特性曲線進(jìn)行了磁飽和，往往在二次側(cè)也會有數(shù)倍于額定值的采樣幅值；在電力網(wǎng)進(jìn)行分合閘操作的過程中易引起電網(wǎng)的瞬間過電壓，其數(shù)學(xué)模型為無限沖擊響應(yīng)，實際運行中通過示波器檢測可達(dá)到數(shù)倍額定采集電壓幅值，所以對大信號的采集往往采用穩(wěn)壓二極管或者真空管，以及TVS構(gòu)成，元件跨接在交流信號兩端如下圖1所示:
[0008]由于電路利用了半導(dǎo)體的V/I曲線特性以及空氣放電物理特性，這些跨接在二次交流信號兩端的元件存在不能確定的漏電流，對交流測量系統(tǒng)來說增大了量化誤差。
[0009]3、濾波回路，廠用的濾波回路一般采用運放進(jìn)行帶寬濾波，對于AD內(nèi)置于單片機(jī)的系統(tǒng)其數(shù)字電源和模擬電源通常采用統(tǒng)一電源在一點接地，以減少數(shù)字和模擬串?dāng)_，模擬電源對運放進(jìn)行供電，常規(guī)對硅運放需要雙電源，比如相對5V電源，運放需要+2.5V和-2.5V，低工作電壓的運放無論特性、價格、采購周期都比較麻煩。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中一種信號調(diào)理電路的原理圖如圖1所示。包括電壓/電流互感器PT/CT、空氣放電管RH、穩(wěn)壓管D等。
[0011]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0012]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在不足之處，本實用新型提供了一種集成AD型單片機(jī)電力交流采樣電路，它適合與帶AD的常規(guī)CPU —起配合工作。該電路能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的交流采集信號進(jìn)行信號取樣、信號調(diào)理、保護(hù)抑制以及信號濾波，能使MCU采集到的交流信號處于真實、理想狀態(tài)。
[0013]本實用新型的目的是通過以下措施實現(xiàn)的:
[0014]一種集成AD型單片機(jī)電力交流采樣電路，該電路連接于電流/電壓互感器二次輸出與單片機(jī)的AD端口之間，包括直流偏置單元、突變大信號抑制單元和低通濾波器:
[0015]所述直流偏置單元包括電容C2、電阻R2和電阻R3 ;突變大信號抑制單元包括二極管Dl和二極管D2 ;低通濾波器由電阻Rl和電容C2構(gòu)成。
[0016]所述直流偏置單元中電容C2、電阻R2和電阻R3三者同時與所述電流/電壓互感器二次輸出端一端相接，電容C2和電阻R2的另一端接模擬地，電阻R3另一端接模擬電源。
[0017]所述突變大信號抑制單元中二極管Dl正極和二極管D2負(fù)極同時接所述電流/電壓互感器輸出端的另一端，二極管Dl負(fù)極接模擬電源，二極管D2正極接接模擬地；
[0018]所述低通濾波器中電阻Rl和電容C2的一端同時接單片機(jī)的AD輸入端，電阻Rl另一端分別接二極管Dl正極和二極管D2負(fù)極，電容Cl另一端接模擬地。
[0019]本實用新型的進(jìn)一步設(shè)計在于:直流偏置單元中電阻R2和電阻R3阻值相同。
[0020]本實用新型的進(jìn)一步設(shè)計還在于:二極管Dl和二極管D2均選用快速二級管。
[0021]本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點:
[0022]1、本實用新型涉及一種集成AD型單片機(jī)交流采樣電路。該電路由直流偏置單元、電網(wǎng)突變大信號抑制單元、低通濾波器構(gòu)成，該電路連接于互感器二次輸出端和單片機(jī)AD輸入端，該電路直流偏置由相等兩個電阻和一個電容構(gòu)成，電網(wǎng)突變大信號由兩個二極管構(gòu)成，低通濾波由電阻和電容構(gòu)成，對多通道的交流信號采集分別將該電路獨立布設(shè)在信號調(diào)理之前，確保交流采集信號在采集前的完整性。使其一個電路就可以適應(yīng)于多種類型的集成AD單片機(jī)的交流采樣電路種，具有低廉的價格、廣泛的適應(yīng)性。
[0023]2、本實用新型改變了過去的設(shè)計思路，設(shè)計簡單、材料廉價，并實現(xiàn)了高的技術(shù)指標(biāo)。
[0024]3、直流偏置單元主要優(yōu)點為，無論R2和R3的誤差精度有多大，則R2和R3具有相同物理特性和電特性，這樣由環(huán)境的變化等因素產(chǎn)生的影響減少到最小。對交流信號來說直流的偏置只要是穩(wěn)定的信號源，對于單片機(jī)采集后通過快速傅里葉變化，直流分量直接剔除，對交流信號無任何影響。
[0025]4、突變電網(wǎng)大信號抑制單元主要優(yōu)點為，對互感器二次交流信號無影響，通過在信號的輸出端增加對電源的嵌位二極管減少半導(dǎo)體的漏電流對信號的離散影響，對二極管材料的選取具有包容性，選取快速信號二級管能滿足信號突變大的瞬間能量的快速吸收。
[0026]5、阻容式簡單的低通濾波，對于濾波器的帶寬進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x取，另外通過對AD輸入阻抗的阻抗匹配，保證信號在傳輸過程中的完整性。
[0027]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0028]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中信號調(diào)理電路的原理圖。
[0029]圖2為本實用新型集成AD型單片機(jī)電力交流采樣電路的原理圖。
[0030]【具體實施方式】:
[0031]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述:
[0032]如圖2所示，本實用新型中，直流偏置單元由C2，R2，R3構(gòu)成，A點的電壓為R2.R3的分壓，R2和R3采取相同電阻值則輕易得到V2工作電源電壓，Cl對電壓值進(jìn)行濾波，無論R2和R3的誤差精度有多大，則R2和R3具有相同特性，這樣對環(huán)境的變化等因素影響減少到最小。對交流信號來說直流的偏置只要是穩(wěn)定的，對于單片機(jī)采集后通過快速傅里葉變化，直流分量直接剔除，對交流信號無任何影響。
[0033]電網(wǎng)突變大信號二次側(cè)抑制單元由D1，D2構(gòu)成，對于二極管Dl來說當(dāng)交流的正半周的幅值和模擬電源的差大于Dl的導(dǎo)通電壓則波形被Dl直接抑制，對端口進(jìn)行保護(hù)，正常波形無任何波形損失，對于二極管D2來說當(dāng)交流的負(fù)半周的幅值和模擬地的差大于D2的導(dǎo)通電壓則負(fù)半波形被D2直接抑制，從而實現(xiàn)對端口進(jìn)行綜合保護(hù)。
[0034]低通濾波單元采用由Rl，C2構(gòu)成的低通濾波器，通過對RC的計算選取合適帶寬，適應(yīng)電網(wǎng)往往需要采集31次諧波則1.65K頻率之外的波形可以濾除。結(jié)合AD輸入阻抗，對電阻進(jìn)行合理的阻抗匹配。
[0035]電路在交流信號采集中具有通用性，只要是集成AD型單片機(jī)均使用，參數(shù)不需要調(diào)整。
【權(quán)利要求】
1.一種集成AD型單片機(jī)電力交流采樣電路，該電路用于電流/電壓互感器二次輸出端與單片機(jī)AD輸入端口之間信號處理，包括直流偏置單元、突變大信號抑制單元和低通濾波器單元，其特征在于: 所述直流偏置單元包括電容C2、電阻R2和電阻R3 ;突變大信號抑制單元包括二極管Dl和二極管D2 ;低通濾波器由電阻Rl和電容C2構(gòu)成； 所述直流偏置單元中電容C2、電阻R2和電阻R3三者同時與所述電流/電壓互感器二次輸出端一端相接，電容C2和電阻R2的另一端接模擬地，電阻R3另一端接模擬電源；所述突變大信號抑制單元中二極管Dl正極和二極管D2負(fù)極同時接所述電流/電壓互感器二次輸出端的另一端，二極管Dl負(fù)極接模擬電源，二極管D2正極接接模擬地； 所述低通濾波器中電阻Rl和電容C2的一端同時接單片機(jī)的AD輸入端，電阻Rl另一端同時接二極管Dl正極和二極管D2負(fù)極，電容Cl另一端接模擬地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成AD型單片機(jī)電力交流采樣電路，其特征在于:所述直流偏置單元中電阻R2和電阻R3阻值相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成AD型單片機(jī)電力交流采樣電路，其特征在于:所述二極管Dl和二極管D2均選用快速二級管。
【文檔編號】G01R19/25GK203587675SQ201320655170
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】王中云 申請人:南京國高電氣自動化有限公司