一種電力系統(tǒng)采集信號(hào)調(diào)理模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)信號(hào)處理的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種電力系統(tǒng)采集信號(hào)調(diào)理 模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)的保護(hù)、控制、檢測(cè)等微機(jī)裝置需要實(shí)時(shí)測(cè)量一次側(cè)設(shè)備的電壓和電流 信號(hào)，電壓信號(hào)一般采集設(shè)備的三相電壓，電流信號(hào)一般采集三相電流和零序電流。一次側(cè) 設(shè)備的電壓/電流數(shù)值較大，無(wú)法直接測(cè)量，需采用電壓傳感器將數(shù)值較大的一次側(cè)三相 電壓信號(hào)通過(guò)一定變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次側(cè)三路電壓信號(hào)，采用電流傳感器將數(shù)值較 大的一次側(cè)三相電流和零序電流信號(hào)通過(guò)一定變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次側(cè)對(duì)應(yīng)的四路 電壓信號(hào)。通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)的幅值一般都限定在-5V到+5V之間，而基于 DSP、ARM等處理器的微機(jī)電路的輸入電壓信號(hào)幅值一般都要求在0V到3. 3V之間，因此需 要一個(gè)采集信號(hào)調(diào)理模塊將-5V到+5V范圍內(nèi)的二次側(cè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0V到3. 3V范圍內(nèi) 的電壓信號(hào)。目前的電力系統(tǒng)二次側(cè)采集信號(hào)調(diào)理模塊普遍基于反相加法電路和反相比例 電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，每一路轉(zhuǎn)換電路都需要兩個(gè)運(yùn)算放大器，且每個(gè)運(yùn)算放大器都需要正負(fù)極 雙電源供電。采用同相加法電路和同相比例電路設(shè)計(jì)新的采集信號(hào)調(diào)理模塊，每一路轉(zhuǎn)換 電路只需要一個(gè)運(yùn)算放大器，且每個(gè)運(yùn)算放大器只需單電源供電。此外，為保證模塊外接設(shè) 備的安全性，需要在轉(zhuǎn)換電路的輸出部分采用保護(hù)電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電力系統(tǒng)采集信號(hào)調(diào)理模塊， 能夠?qū)⒎秶鸀?5V到+5V的二次側(cè)多路電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0V到3. 3V的對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)。本發(fā) 明只需要四個(gè)運(yùn)放和5V單電源供電，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、功耗低、易于實(shí)現(xiàn)、使 用便捷、安全性高、效果顯著等特點(diǎn)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種電力系統(tǒng)采集信號(hào)調(diào)理模塊， 所述模塊由四路電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電路組成，所述四路電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的每一路結(jié)構(gòu)和參數(shù) 都相同，都能夠?qū)⒎秶鸀?5V到+5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0V到3. 3V的電壓信號(hào)，每一路電壓 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括相連接的同相加法比例電路和鉗位電路。
[0005] 所述模塊的輸入信號(hào)是由電壓傳感器采集得到的電力系統(tǒng)二次側(cè)三相電壓信號(hào)， 或者二次側(cè)三相電流和零序電流經(jīng)過(guò)電流傳感器轉(zhuǎn)換得到的四路電壓信號(hào)，通過(guò)電壓或電 流傳感器測(cè)量得到的輸入電壓信號(hào)幅值都限定在-5V到5V范圍內(nèi)。
[0006] 所述同相加法比例電路包括電阻Rxl、電阻Rx2、電阻Rx3、電阻Rx4、電阻Rx5和運(yùn)算放 大器Ux，其中，電阻Rxl的一端接模塊電源Vcc，另外一端連接電阻Rx2、電阻Rx5和運(yùn)算放大器 Ux的正輸入端，電阻Rx2的另外一端接輸入信號(hào)fX，IN的正端，輸入信號(hào)fX，IN的負(fù)端接地，電 阻Rx5的另外一端接地；電阻Rx3的一端接地，另外一端接電阻Rx4和運(yùn)算放大器U，的負(fù)輸入 端，電阻Rx4的另外一端接運(yùn)算放大器^的輸出端，運(yùn)算放大器Ux的正電源端口和負(fù)電源端 口分別接模塊電源νεε和地。
[0007] 所述同相加法比例電路中的電阻Rxl、電阻Rx2、電阻Rx3、電阻Rx4和電阻Rx5滿(mǎn)足以 下關(guān)系：Rxl=Rx2,Rx3/Rx4= 1023,Rxl/Rx5= 8,以保證同相加法比例電路中輸入電壓信號(hào) ：1^和輸出電壓信號(hào)fXl〇ur滿(mǎn)足關(guān)系式：
[0008] 所述鉗位電路包括穩(wěn)壓二極管Dxl和肖特基二極管Dx2，其中，穩(wěn)壓二極管Dxl的反 向擊穿電壓為3. 3V，穩(wěn)壓二極管Dxl和肖特基二極管Dx2的負(fù)端都接同相加法比例電路的運(yùn) 算放大器Ux的輸出端口，穩(wěn)壓二極管Dxl和肖特基二極管Dx2的正級(jí)都接地；當(dāng)運(yùn)算放大器 Ux的輸出電壓信號(hào)fX,QUT> 3. 3V，穩(wěn)壓二極管Dxl反向擊穿，fx,(jUT電壓維持在3. 3V;當(dāng)輸出 電壓信號(hào)f^UT< 0V，肖特基二極管Dx2導(dǎo)通，fx』UT信號(hào)和地接通，電壓為0V;鉗位電路將輸 出信號(hào)的幅值限制在〇到3. 3V之間。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：
[0010] 1、本信號(hào)調(diào)理模塊轉(zhuǎn)換快速、結(jié)果準(zhǔn)確、效果顯著。
[0011] 2、本信號(hào)調(diào)理模塊只需四個(gè)運(yùn)算放大器，可由一塊集成運(yùn)放芯片提供，且每個(gè)運(yùn) 算放大器只需單電源5V供電，整個(gè)模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、功耗低、易于實(shí)現(xiàn)。
[0012] 3、本信號(hào)調(diào)理模塊將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電路集成化和模塊化，且可以擴(kuò)展到其他信號(hào) 轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，使用方便、通用性強(qiáng)。
[0013] 4、本信號(hào)調(diào)理模塊采用鉗位電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行了限制，對(duì)模塊的外接設(shè)備起到 了保護(hù)作用。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的電力系統(tǒng)采樣信號(hào)調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2a為實(shí)施例中輸入電壓幅值為5V時(shí)二次側(cè)三相電壓信號(hào)faiIN，fbiIN，fCiIN的波 形圖。
[0016] 圖2b為實(shí)施例中輸入電壓幅值為5V時(shí)輸出三相電壓信號(hào)fa,_fMUT，f^UT的波 形圖。
[0017] 圖3a為實(shí)施例中輸入電壓幅值為6V時(shí)二次側(cè)三相電壓信號(hào)f；IN，fb,IN，f；IN的波 形圖。
[0018] 圖3b為實(shí)施例中輸入電壓幅值為6V時(shí)輸出三相電壓信號(hào)fa，_fMUT，fCi(]UT的波 形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 如圖1所示，本實(shí)施例所述的電力系統(tǒng)采集信號(hào)調(diào)理模塊，由四路電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換 電路組成。所述四路電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的每一路結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同，都能夠?qū)⒎秶鸀?5V到 +5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0V到3. 3V的電壓信號(hào)，每一路電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電路均包括相連的同 相加法比例電路和鉗位電路。所述電力系統(tǒng)采集信號(hào)調(diào)理模塊的輸入信號(hào)是電壓傳感器 采集得到的電力系統(tǒng)二次側(cè)三相電壓信號(hào)，或者二次側(cè)三相電流和零序電流經(jīng)過(guò)電流傳感 器轉(zhuǎn)換得到的四路電壓信號(hào)，通過(guò)電壓或電流傳感器測(cè)量得到的輸入電壓信號(hào)幅值都限定 在-5V到5V范圍內(nèi)。
[0021] 所述的同相加法比例電路包括電阻Rxl、電阻Rx2、電阻Rx3、電阻Rx4、電阻Rx5和運(yùn)算 放大器Ux，其中，電阻Rxl的一端接模塊電源V^另外一端連接電阻Rx2、電阻Rx5和運(yùn)算放大 器Ux的正輸入端，電阻Rx2的另外一端接輸入信號(hào)fIN的正端，輸入信號(hào)fIN的負(fù)端接地， 電阻Rx5的另外一端接地；電阻Rx3的一端接地，另外一端接電阻Rx4和運(yùn)算放大器Ux的負(fù)輸 入端，電阻Rx4的另外一端接運(yùn)算放大器^的輸出端，運(yùn)算放大器U#正電源端口和負(fù)電源 端口分別接模塊電源V。。和地。
[0022] 所述的同相加法比例電路是基于同相加法電路和同相比例