一種三相電錶的電壓採樣電路的製作方法

2023-05-18 13:44:56

一種三相電錶的電壓採樣電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種三相電錶的電壓採樣電路(1)，包括：分別與三個相線連接的三個相線支路(11、12、13)，以及與中性線連接的中性線支路(14)；所述相線支路(11、12、13)與相電壓連接，將相電壓通過參考電壓降壓後輸入三相電錶的控制器(2)；所述中性線支路(14)與所述中性線電壓連接，且所述中性線支路(14)還分別與三個所述相線支路(11、12、13)連接形成迴路，所述中性線支路(14)還包括運算放大器(141)，所述運算放大器(141)將經過降壓後的中性線電壓與參考電壓耦合後輸入三相電錶的控制器(2)。本實用新型通過一個運算放大器將降壓轉換後的中性線信號與參考電壓進行耦合，簡化了電路結構，節約了成本。
【專利說明】—種三相電錶的電壓採樣電路

【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及三相電錶相關【技術領域】，特別是一種三相電錶的電壓採樣電路。

【背景技術】
[0002]現有的三相電錶的電壓採樣電路，部分設計採用互感器降壓設計方案，三相三四線制時採用三個互感器，三相三線制時採用兩個互感器將電網電壓信號進行隔離降壓轉換，然後再由微控制器進行採樣及運算處理。此設計方案佔用空間大、成本高且三相三四線制和三相三線制需獨立設計，不利於產品小型化和設計兼容。
[0003]然而，上述設計變壓器方案佔用空間大、成本高三相三四線制和三相三線制兼容性差不利於產品小型化。
[0004]現有的三相電錶的電壓採樣電路，部分設計採用電阻降壓配合專用模數轉化晶片設計方案，此設計方案先通過電阻降壓將電網電壓信號降為適合模數轉化晶片處理的電壓信號，然後由模數轉化晶片將電壓信號轉換成數位訊號供微控制器運算處理。由於模數轉化晶片需要獨立的外圍電路及工作時鐘，不僅抗幹擾能力不足，而且成本很高。
[0005]然而，上述設計電阻降壓配合專用模數轉化晶片設計方案價格很高。
[0006]現有的三相電錶的電壓採樣電路，個別採用以中性線為基準的電阻分壓配合運算放大器設計方案，此設計方案先通過電阻降壓將電網電壓信號降致適合運算放大器處理的小電壓信號，再由運算放大器進行差分運算或跟隨處理，然後再由微控制器進行採樣及運算處理。此設計方案雖然佔用空間不大成本較前兩種也相對低廉，但由於每路電壓信號均採用一路運算放大器仍然不夠經濟，且由於運算放大器具有直流特性，它可能隨溫度而變化，存在精度漂移的缺點。
[0007]然而上述設計電阻分壓配合運算放大器設計方案不夠經濟，且運算放大器會額外弓I入溫度誤差，需要額外進行補償才能實現較高設計精度。
實用新型內容
[0008]基於此，有必要針對現有技術的三相電錶的電壓採樣電路結構複雜，成本太高的技術問題，提供一種三相電錶的電壓米樣電路。
[0009]—種三相電錶的電壓米樣電路,包括:
[0010]分別與三個相線連接的三個相線支路，以及與中性線連接的中性線支路；
[0011 ] 所述相線支路與相電壓連接，將相電壓通過參考電壓降壓後輸入三相電錶的控制器；
[0012]所述中性線支路與所述中性線電壓連接，且所述中性線支路還分別與三個所述相線支路連接形成迴路，所述中性線支路還包括運算放大器，所述運算放大器將經過降壓後的中性線電壓與參考電壓稱合後輸入三相電錶的控制器；
[0013]所述參考電壓輸入三相電錶的控制器。
[0014]進一步的:
[0015]所述相線支路包括:第一相線分壓電阻和第二相線分壓電阻，且第一相線分壓電阻的一端連接相電壓，另一端與第二相線分壓電阻的一端連接，第二相線分壓電阻的另一端與參考電壓連接，以第一相線分壓電阻與第二相線分壓電阻的連接點作為分壓連接點，且所述分壓連接點與所述控制器的相電壓採樣輸入端連接；
[0016]所述中性線支路包括:第一中性線分壓電阻、第二中性線分壓電阻以及三個線間電阻，所述第一中性線分壓電阻的一端連接中性線電壓，另一端與第二中性線分壓電阻的一端連接，第二中性線分壓電阻的另一端通過線間電阻分別與每個相線支路的分壓連接點連接，所述第一中性線分壓電阻與第二中性線分壓電阻的連接點和所述運算放大器的一個輸入端連接，所述參考電壓與所述運算放大器的另一個輸入端連接，所述第二中性線分壓電阻與所述線間電阻的連接點與所述運算放大器的輸出端連接，且所述運算放大器的輸出端還與所述控制器的中性線電壓採樣輸入端連接。
[0017]更進一步的，所述相線支路還包括與所述第二相線分壓電阻並聯的相線支路濾波電容，所述濾波電容的一端與所述分壓連接點連接，另一端與所述參考電壓連接。
[0018]更進一步的，所述中性線支路還包括濾波電阻和中性線濾波電容，所述運算放大器的輸出端通過所述濾波電阻與所述控制器的中性線電壓採樣輸入端連接，所述濾波電阻與所述控制器的中性線電壓採樣輸入端的連接點與所述中性線濾波電容的一端連接，所述中性線濾波電容的另一端接地。
[0019]更進一步的，三個所述相線支路的第一相線分壓電阻的阻值相等，且三個所述相線支路的第二相線分壓電阻的阻值相等。
[0020]更進一步的，第一相線分壓電阻與線間電阻的阻值比例等於第一中性線分壓電阻與第二中性線分壓電阻的阻值比例。
[0021 ] 進一步的，所述參考電壓還與所述控制器的參考電壓輸入端連接。
[0022]優選地，所述三相電錶為三相智能電錶。
[0023]本實用新型通過一個運算放大器將降壓轉換後的中性線信號與參考電壓進行耦合，簡化了電路結構，節約了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型一種三相電錶的電壓採樣電路的電路圖。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0026]如圖1所示為本實用新型一種三相電錶的電壓採樣電路I的電路圖，包括:
[0027]分別與三個相線連接的三個相線支路11、12、13，以及與中性線連接的中性線支路14；
[0028]所述相線支路11、12、13與相電壓連接，將相電壓通過參考電壓降壓後輸入三相電錶的控制器2，圖1中，相電壓分別通過埠 L1、L2、L3輸入；
[0029]所述中性線支路14與所述中性線電壓連接，且所述中性線支路14還分別與三個所述相線支路11、12、13連接形成迴路，所述中性線支路14還包括運算放大器141，所述運算放大器141將經過降壓後的中性線電壓與參考電壓耦合後輸入三相電錶的控制器2，中性線電壓通過埠 N輸入。
[0030]其中，參考電壓由系統電源單元3的ADC_REF埠輸出，系統電源單元3的AVDD輸出工作電源到運算放大器141的工作電源端。本設計方案中電壓採樣僅使用了一路運算放大器141將降壓轉換後的中性線電壓與參考電壓進行耦合，簡化了電路結構，節約了成本。
[0031]在其中一個實施例中:
[0032]所述相線支路包括11、12、13:第一相線分壓電阻Rl、R2、R3和第二相線分壓電阻R9、R10、R11，且第一相線分壓電阻R1、R2、R3的一端連接相電壓，另一端與第二相線分壓電阻R9、R10、R11的一端連接，第二相線分壓電阻R9、R10、R11的另一端與參考電壓連接，以第一相線分壓電阻R1、R2、R3與第二相線分壓電阻R9、R10、R11的連接點作為分壓連接點，且所述分壓連接點與所述控制器2的相電壓採樣輸入端ADC_U1、ADC_U2、ADC_U3連接；
[0033]所述中性線支路14包括:第一中性線分壓電阻R4、第二中性線分壓電阻R5以及三個線間電阻，三個線間電阻為線間電阻R6、線間電阻R7和線間電阻R8，所述第一中性線分壓電阻R4的一端連接中性線電壓，另一端與第二中性線分壓電阻R5的一端連接，第二中性線分壓電阻R5的另一端通過線間電阻分別與每個相線支路的分壓連接點連接，具體來說，第一相線分壓電阻Rl和第二相線分壓電阻R9的連接點與線間電阻R6連接，第一相線分壓電阻R2和第二相線分壓電阻RlO的連接點與線間電阻R7連接，第一相線分壓電阻R3和第二相線分壓電阻Rll的連接點與線間電阻R8連接，所述第一中性線分壓電阻R4與第二中性線分壓電阻R5的連接點和所述運算放大器141的一個輸入端連接，所述參考電壓與所述運算放大器141的另一個輸入端連接，所述第二中性線分壓電阻R5與所述線間電阻R6、R7和R8的連接點與所述運算放大器141的輸出端1411連接，且所述運算放大器141的輸出端還與所述控制器2的中性線電壓採樣輸入端Un連接。
[0034]每個相線支路通過第一相線分壓電阻和第二相線分壓電阻將電網三相電壓信號降為適合微控制器直接處理的小電壓信號，因而無需額外補償，僅需簡單校準即可準確還原電網電壓的信號。
[0035]而中性線支路14則充分利用運算放大器141的高輸入阻抗及輸入端的虛短特性，將中性線信號接入運算放大器的負輸入端1412，將參考電壓信號接入運算放大器141的正輸入端1413，既為中性線電壓與參考電壓信號之間接入了很大的阻抗，又創建了對中性線線電壓採樣和監控通道，這樣不但可以大幅度降低中性線上的幹擾信號對參考電源的影響，而且能夠準確還原中性線電壓，因此可有效提高採樣精度及電磁兼容性(ElectroMagnetic Compatibility, EMC)特性。
[0036]在其中一個實施例中，所述相線支路還包括與所述第二相線分壓電阻並聯的相線支路濾波電容，所述濾波電容的一端與所述分壓連接點連接，另一端與所述參考電壓連接。
[0037]其中，相線支路11包括與第二相線分壓電阻R9並聯的相線支路濾波電容Cl，相線支路12包括與第二相線分壓電阻RlO並聯的相線支路濾波電容C2，相線支路13包括與第二相線分壓電阻Rll並聯的相線支路濾波電容C3。相線支路濾波電容濾除相線支路的高頻諧波分量，從而減少毛刺。
[0038]在其中一個實施例中，所述中性線支路14還包括濾波電阻R12和中性線濾波電容C4，所述運算放大器141的輸出端1411通過所述濾波電阻R12與所述控制器2的中性線電壓採樣輸入端Un連接，所述濾波電阻R12與所述控制器2的中性線電壓採樣輸入端Un的連接點與所述中性線濾波電容C4的一端連接，所述中性線濾波電容C4的另一端接地。
[0039]通過增加濾波電阻R12和中性線濾波電容C4組成RC濾波電路，進一步對運算放大器141的輸出信息進行濾波。
[0040]在其中一個實施例中，三個所述相線支路的第一相線分壓電阻的阻值相等，且三個所述相線支路的第二相線分壓電阻的阻值相等。即第一相線分壓電阻RU第一相線分壓電阻R2和第一相線分壓電阻R3的阻值相等，第二相線分壓電阻R9、第二相線分壓電阻RlO和第二相線分壓電阻Rll的阻值相等。
[0041]在其中一個實施例中，第一相線分壓電阻與線間電阻的阻值比例等於第一中性線分壓電阻與第二中性線分壓電阻的阻值比例。即第一相線分壓電阻Rl與線間電阻R6的阻值比例等於第一中性線分壓電阻R4與第二中性線分壓電阻R5的阻值比例，第一相線分壓電阻R2與線間電阻R7的阻值比例等於第一中性線分壓電阻R4與第二中性線分壓電阻R5的阻值比例，第一相線分壓電阻R3與線間電阻R8的阻值比例等於第一中性線分壓電阻R4與第二中性線分壓電阻R5的阻值比例。
[0042]在其中一個實施例中，所述參考電壓還與所述控制器2的參考電壓輸入端ADC_REF連接。
[0043]本實施例中，微控制器2不僅採集三相電壓和中性線電壓，還採集參考電壓並用於運算處理，因而能夠更為準確計算三相電壓的交流有效值及諧波分量。
[0044]在其中一個實施例中，所述三相電錶為三相智能電錶。
[0045]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種三相電錶的電壓米樣電路(I)，其特徵在於，包括: 分別與三個相線連接的三個相線支路(11、12、13)，以及與中性線連接的中性線支路(14)； 所述相線支路(11、12、13)與相電壓連接，將相電壓通過參考電壓降壓後輸入三相電錶的控制器⑵； 所述中性線支路(14)與所述中性線電壓連接，且所述中性線支路(14)還分別與三個所述相線支路(11、12、13)連接形成迴路，所述中性線支路(14)還包括運算放大器(141)，所述運算放大器(141)將經過降壓後的中性線電壓與參考電壓耦合後輸入三相電錶的控制器⑵。
2.根據權利要求1所述的三相電錶的電壓採樣電路，其特徵在於: 所述相線支路包括(11、12、13):第一相線分壓電阻(R1、R2、R3)和第二相線分壓電阻(R9、R10、R11)，且第一相線分壓電阻(R1、R2、R3)的一端連接相電壓，另一端與第二相線分壓電阻(R9、Rl(KRll)的一端連接，第二相線分壓電阻(R9、Rl(KRll)的另一端與參考電壓連接，以第一相線分壓電阻(R1、R2、R3)與第二相線分壓電阻(R9、R10、R11)的連接點作為分壓連接點，且所述分壓連接點與所述控制器(2)的相電壓採樣輸入端(ADC_U1、ADC_U2、ADC_U3)連接； 所述中性線支路(14)包括:第一中性線分壓電阻(R4)、第二中性線分壓電阻(R5)以及三個線間電阻(R6、R7、R8)，所述第一中性線分壓電阻(R4)的一端連接中性線電壓，另一端與第二中性線分壓電阻(R5)的一端連接，第二中性線分壓電阻(R5)的另一端通過線間電阻(R6、R7、R8)分別與每個相線支路(11、12、13)的分壓連接點連接，所述第一中性線分壓電阻(R4)與第二中性線分壓電阻(R5)的連接點和所述運算放大器(141)的一個輸入端(1412)連接，所述參考電壓與所述運算放大器(141)的另一個輸入端(1413)連接，所述第二中性線分壓電阻(R5)與所述線間電阻(R6、R7、R8)的連接點與所述運算放大器(141)的輸出端(1411)連接，且所述運算放大器(141)的輸出端(1411)還與所述控制器(2)的中性線電壓採樣輸入端(Un)連接。
3.根據權利要求2所述的三相電錶的電壓採樣電路，其特徵在於，所述相線支路還包括與所述第二相線分壓電阻並聯的相線支路濾波電容，所述濾波電容的一端與所述分壓連接點連接，另一端與所述參考電壓連接。
4.根據權利要求2所述的三相電錶的電壓採樣電路，其特徵在於，所述中性線支路還包括濾波電阻和中性線濾波電容，所述運算放大器的輸出端通過所述濾波電阻與所述控制器的中性線電壓採樣輸入端連接，所述濾波電阻與所述控制器的中性線電壓採樣輸入端的連接點與所述中性線濾波電容的一端連接，所述中性線濾波電容的另一端接地。
5.根據權利要求2所述的三相電錶的電壓採樣電路，其特徵在於，三個所述相線支路的第一相線分壓電阻的阻值相等，且三個所述相線支路的第二相線分壓電阻的阻值相等。
6.根據權利要求2所述的三相電錶的電壓採樣電路，其特徵在於，第一相線分壓電阻與線間電阻的阻值比例等於第一中性線分壓電阻與第二中性線分壓電阻的阻值比例。
7.根據權利要求1所述的三相電錶的電壓採樣電路，其特徵在於，所述參考電壓還與所述控制器的參考電壓輸入端連接。
8.根據權利要求1?7任一項所述的三相電錶的電壓採樣電路，其特徵在於，所述三相 電錶為三相智能電錶。
【文檔編號】G01R22/00GK204065233SQ201420394826
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年7月16日
【發明者】李金龍, 樊震, 孫志強 申請人:北京Abb低壓電器有限公司