一種用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及電路技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，在我們生產(chǎn)和生活中使用的變配電系統(tǒng)中，交流電壓采樣電路是各種交流測(cè)量裝置中不可缺少的部分。
[0003]目前常用的交流電壓采集主要有以下幾種:
[0004](1)電壓互感器(PT)電路，工作原理參見(jiàn)圖4，存在以下缺點(diǎn):
[0005]a)會(huì)對(duì)電壓采樣波形產(chǎn)生一定的相移，也就是說(shuō)會(huì)造成互感器的角差，并且這個(gè)角差在整個(gè)量程還會(huì)發(fā)生變化，這樣就會(huì)造成功率測(cè)量精度降低；
[0006]b)測(cè)量范圍窄，低電壓輸入時(shí)，受勵(lì)磁電流減小的影響，精度會(huì)降低；
[0007]c)輸入過(guò)載能力差，當(dāng)輸入電壓過(guò)高時(shí)，電壓互感器會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱進(jìn)而損壞；
[0008]d)由于使用鐵芯和銅線，還要灌封，人工成本高，所以體積大，成本高；
[0009]e)內(nèi)有極細(xì)的漆包線繞制，需要樹(shù)脂灌封，溫度變化或者焊接及易斷線，可靠性低，對(duì)工藝要求高；
[0010]f)因?yàn)槭腔ジ衅鹘Y(jié)構(gòu)，不能測(cè)量直流電壓和含有直流成分的電壓，否則互感器就會(huì)飽和，最終損壞；
[0011]g)通過(guò)電磁感應(yīng)來(lái)工作，容易受到電磁場(chǎng)的干擾，抗電磁干擾性能差；
[0012]h)溫度系數(shù)大，不能做寬范圍高精度的測(cè)量。
[0013](2)1:1的小電流互感器(CT)，參見(jiàn)圖5，存在以下缺點(diǎn):
[0014]a)會(huì)對(duì)電壓采樣波形產(chǎn)生一定的相移，也就是說(shuō)會(huì)造成互感器的角差，并且這個(gè)角差在整個(gè)量程還會(huì)發(fā)生變化，這樣就會(huì)造成測(cè)量精度降低；
[0015]b)低電壓輸入時(shí)，受勵(lì)磁電流減小的影響，精度會(huì)降低；
[0016]c)輸入過(guò)載能力差，當(dāng)輸入電壓過(guò)高時(shí)，串接的電阻和電壓互感器會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱進(jìn)而損壞；
[0017]d)在電流互感器(CT) 二次側(cè)需要并接一個(gè)采樣電阻將電流轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，并接的電阻會(huì)進(jìn)一步惡化電壓信號(hào)的角差，進(jìn)一步對(duì)功率的測(cè)量精確度造成影響，使功率準(zhǔn)確度降低。
[0018]e)內(nèi)有極細(xì)的漆包線繞制，需要樹(shù)脂灌封，溫度變化或者焊接極易斷線，可靠性低，對(duì)工藝要求高；
[0019]f)這種電流互感器的輸入范圍大約是0?2.5mA，在低壓系統(tǒng)里線電壓大約是400V左右，這時(shí)候串接電阻和互感器及二次側(cè)電阻消耗的能量十分可觀，浪費(fèi)了電能，同時(shí)因?yàn)榘l(fā)熱較大，廣品壽命變短，電路容易失效；
[0020]g)因?yàn)槭腔ジ衅鹘Y(jié)構(gòu)，不能測(cè)量直流電壓和含有直流成分的電壓，否則互感器就會(huì)飽和，最終損壞；
[0021]h)通過(guò)電磁感應(yīng)來(lái)工作，容易受到電磁場(chǎng)的干擾，抗電磁干擾性能差；
[0022]i)由于使用鐵芯和銅線，還要灌封，人工成本高，所以體積大，成本高；
[0023]j)溫度系數(shù)大，不能做寬范圍高精度的測(cè)量。
[0024]目前常用的信號(hào)調(diào)理電路主要有以下幾種:
[0025](1)運(yùn)放加法電路，參見(jiàn)圖6，存在以下缺點(diǎn):
[0026]a)需要正負(fù)電源供電，不能直接使用AD轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)源Vref，需要用一個(gè)運(yùn)放和若干電阻產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的Vref ;
[0027]b)這種電路形式輸入阻抗不足夠高，結(jié)合前面的信號(hào)內(nèi)阻，給測(cè)量帶來(lái)一定的誤差；而且由于此電路不能因?yàn)榻档洼敵鲎杩梗鴮?dǎo)致過(guò)低的輸入阻抗，進(jìn)一步造成大的測(cè)量誤差，所以此電路輸出阻抗高，直接接ADC電路會(huì)產(chǎn)生時(shí)間問(wèn)題，影響電壓和功率測(cè)量的準(zhǔn)確度；
[0028]c)此電路運(yùn)放輸出阻抗高，帶載負(fù)載能力差，造成電路輸出范圍??；而且整個(gè)電路復(fù)雜，使用運(yùn)放和精密電阻多，成本高，可靠性差。
[0029](2)電容耦合反相放大電路，參見(jiàn)圖7，存在以下缺點(diǎn):
[0030]a)使用電解電容耦合，性能受電容容量和材質(zhì)影響大，而且溫度影響點(diǎn)解電容的容量和壽命；
[0031]b)這種電路形式輸入阻抗不足夠高，結(jié)合前面的信號(hào)源內(nèi)阻，給測(cè)量帶來(lái)一定的誤差；而且運(yùn)放輸出阻抗高，所以帶負(fù)載能力差，造成電路輸出范圍小；使用精密電阻多，成本高；
[0032]c)此電路不能因?yàn)榻档洼敵鲎杩?，而?dǎo)致過(guò)低的輸入阻抗，進(jìn)一步造成大的測(cè)量誤差，所以此電路輸出阻抗高，直接接ADC電路會(huì)產(chǎn)生時(shí)間問(wèn)題，影響電壓和功率測(cè)量的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0033]有鑒于此，本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路，可直接測(cè)量交直流電壓信號(hào)或交流中疊加大量直流成分的甲流信號(hào)，具有極高的線性和精度、可靠性高、抗干擾性能強(qiáng)。
[0034]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)有如下技術(shù)方案:
[0035]—種用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路，包括電壓采樣電路和信號(hào)調(diào)理電路，所述電壓采樣電路和所述信號(hào)調(diào)理電路相連接，其特征在于，
[0036]所述電壓采樣電路用于對(duì)高輸入交流電壓進(jìn)行分壓，并輸出低輸出交流電壓，包含至少兩個(gè)串聯(lián)連接的電阻，分別為第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的第一端作為信號(hào)輸入端，用于輸入交直流信號(hào)或包含直流成分的交流信號(hào)；所述第一電阻的第二端與所述第二電阻的第一端連接，該端還連接到所述信號(hào)調(diào)理電路，作為所述信號(hào)調(diào)理電路的電壓輸入端；所述第二電阻的第二端接地；
[0037]所述信號(hào)調(diào)理電路用于輸出單極性電壓，包含運(yùn)算放大器、第三電阻和第四電阻，所述第三電阻的第一端連接到所述電壓采樣電路中所述第一電阻的第二端，作為所述電壓輸入端；所述第三電阻的第二端連接到所述運(yùn)算放大器的同相輸入端；所述第四電阻的第一端作為所述信號(hào)調(diào)理電路的參考電壓輸入端，所述第四電阻的第二端連接到所述運(yùn)算放大器的同相輸入端；所述運(yùn)算放大器的反相輸入端連接到所述運(yùn)算放大器的輸出端，作為所述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端；所述運(yùn)算放大器的兩個(gè)電源端，一端連接外部電源，另一端接地。
[0038]優(yōu)選地，其中:
[0039]所述電壓采樣電路中串聯(lián)連接的各電阻為高阻值電阻，所述第一電阻的阻值為100ΚΩ-10ΜΩ，所述第二電阻的阻值為1ΚΩ-100ΚΩ。
[0040]優(yōu)選地，其中:
[0041 ] 所述電壓采樣電路中串聯(lián)連接的各電阻為耐高壓電阻。
[0042]優(yōu)選地，其中:
[0043]所述電壓采樣電路中串聯(lián)連接的各電阻為低溫度系數(shù)電阻。
[0044]優(yōu)選地，其中:
[0045]所述第三電阻和所述第四電阻的阻值相等。
[0046]優(yōu)選地，其中:
[0047]所述第三電阻和第四電阻的阻值為10K Ω -500K Ω。
[0048]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)所述的方法，達(dá)到了如下效果:
[0049]第一，本申請(qǐng)所提供的用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路中，電阻是阻性負(fù)載，避免了因?yàn)榛ジ衅鞯碾姼刑匦栽斐傻慕遣?，所以本發(fā)明電路沒(méi)有角差，從而在功率測(cè)量方面精度高。
[0050]第二，本申請(qǐng)所提供的用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路中，因?yàn)闆](méi)有線圈和鐵芯，不涉及到用磁場(chǎng)來(lái)傳遞信號(hào)，所以不會(huì)由于勵(lì)磁電流太小造成非線性，從而在極小信號(hào)時(shí)，都有極高的線性度和精度。
[0051]第三，本申請(qǐng)所提供的用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路中，因?yàn)椴捎酶咦柚档碾娮璐鲚斎?，輸入電流極小，即便大幅過(guò)載甚至輸入翻倍，電阻也不會(huì)明顯發(fā)熱，沒(méi)有鐵芯，不存在飽和的情況，線性度也依然不變。
[0052]第四，本申請(qǐng)所提供的用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路中，電阻為高耐壓電阻，機(jī)械化生產(chǎn)，成本低。工藝標(biāo)準(zhǔn)，可靠性高，不存在互感器繞組斷線的問(wèn)題。
[0053]第五，本申請(qǐng)所提供的用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路中，因?yàn)椴恍枰兓艌?chǎng)耦合，本發(fā)明電路可以直接測(cè)量交直流電壓信號(hào)或者交流中疊加大量直流成分的交流信號(hào)，不存在飽和的弊端。
[0054]第六，本申請(qǐng)所提供的用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路中，沒(méi)有線圈和鐵芯，幾乎不會(huì)受到電磁場(chǎng)的干擾，因此抗干擾性能強(qiáng)。
[0055]第七，本申請(qǐng)所提供的用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路需要的電阻成本極低，體積小，而現(xiàn)有技術(shù)中互感器昂貴，體積大，占用PCB面積大。
[0056]第八，本申請(qǐng)所中的電壓采樣電路采用低溫度系數(shù)電阻，可以在寬溫度范圍做到極高的精度。
[0057]第九，本申請(qǐng)所提供的用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路，可采用單電源供電，可直接使用ADC的參考電源Vref，無(wú)需額外的電路。
[0058]第十，本申請(qǐng)所提供的用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路，信號(hào)調(diào)理電路的輸入阻抗極高，可滿足各種采用電路的輸出，而且輸出阻抗極低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)深度負(fù)反饋，電路穩(wěn)定；輸出范圍大，輸出信號(hào)能比較接近0V ;整個(gè)電路的精度取決于信號(hào)調(diào)理電路中的兩個(gè)電阻，應(yīng)用溫度范圍寬。
【附圖說(shuō)明】
[0059]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0060]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路的一種構(gòu)成示意圖；
[0061]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路的一種構(gòu)成示意圖；
[0062]圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中用于電壓采樣及信號(hào)調(diào)理的電路的一種構(gòu)成示意圖；
[0063]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中電壓互感器(PT)電路的構(gòu)成示意圖；
[0064]圖5為現(xiàn)有技術(shù)中1:1的小電流互感器(CT)的構(gòu)成示意圖；
[0065]圖6為現(xiàn)有技術(shù)中運(yùn)放加法電路的構(gòu)成示意圖；
[0066]圖7為現(xiàn)有技術(shù)中電容耦合反相放大電路的構(gòu)成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0067]如在說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同名詞來(lái)稱呼同一個(gè)組件。本說(shuō)明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”為一開(kāi)放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”?！按笾隆笔侵冈诳山邮盏恼`差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所述技術(shù)問(wèn)題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電