一種單極性ad采樣調(diào)理電路的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于模數(shù)信號轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單極性AD采樣調(diào)理電路?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]目前，在電力系統(tǒng)繼電保護設(shè)備、電力儀表、工業(yè)自動化設(shè)備及工業(yè)自動化控制中，絕大部分都是采用數(shù)字處理及數(shù)字顯示，采用模擬處理的已經(jīng)少之又少了。但是，這些設(shè)備的原始信號(如電壓、電流、壓力、溫度等)都是連續(xù)變化的模擬信號，因此必須將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后才能進行數(shù)字處理和數(shù)字顯示。
[0003]將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的器件稱為模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器。目前現(xiàn)有的模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器分為單極性模數(shù)轉(zhuǎn)換器和雙極性模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中單極性模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)較為簡單，且價格便宜；雙極性模數(shù)轉(zhuǎn)換器則結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，且價格較貴。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]但是，在工業(yè)現(xiàn)場中的模擬信號大部分都是雙極性信號，如電力系統(tǒng)的交流電壓、電流信號；如果要使用單極性的模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換交流電壓、電流信號，就必須將這些信號先轉(zhuǎn)換成單極性的信號后才能輸入模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器。為此，一般是采用如圖1所示調(diào)理電路，將雙極性模擬信號轉(zhuǎn)換成單極性模擬信號，具體是采用將原信號疊加一個直流電壓信號，從而使原信號只在一個方向變化；如果Rl = R2，則V0 = 0.5Vref - VI。但現(xiàn)有這些調(diào)理電路只能調(diào)理一個通道的雙極性模擬信號，而一般一個設(shè)備需要采集的交流模擬量通道有幾個，多的有20來個交流模擬量通道，這樣每個通道都需要一個現(xiàn)有的調(diào)理電路，由于每個電阻存在誤差，將會造成的每個通道疊加的直流電壓也不完全相同，增加了通道之間誤差率，而且增加了電路的復(fù)雜性，設(shè)備穩(wěn)定性難以保證，同時還增加了硬件成本。
[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種采用一個調(diào)理電路即可同時將多通道雙極性模擬信號轉(zhuǎn)換成單極性模擬信號，大大減小了電子元器件的數(shù)量，節(jié)約成本，減少故障幾率，提高了設(shè)備運行的可靠性，且各個通道之間的誤差大大減小的單極性AD采樣調(diào)理電路。
[0006]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種單極性AD采樣調(diào)理電路，包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、電壓跟隨電路、濾波電路和電壓電流變換電路；其中，所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、電壓跟隨電路和濾波電路依次導(dǎo)通連接，且基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸入端連接、輸入?yún)⒖茧妷?；所述電壓電流變換電路包括有一個以上電流互感器和一個以上電壓互感器，所述電流互感器和電壓互感器均設(shè)有兩個與設(shè)備外部的強電輸入電流連接的輸入端、一個與濾波電路的輸出端連接的輸出端和一個模擬量調(diào)理輸出端。
[0008]進一步地，所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路由基準(zhǔn)電壓芯片N1、電容器C3和電容器C4組成，所述基準(zhǔn)電壓芯片N1的輸入端連接、輸入?yún)⒖茧妷?，輸出端與電壓跟隨電路導(dǎo)通連接；所述電容器C3和電容器C4分別并接于基準(zhǔn)電壓芯片N1的輸入端和輸出端。
[0009]進一步地，所述電壓跟隨電路是運算放大器，其正極輸入端與基準(zhǔn)電壓芯片N1的輸出端連接，所述運算放大器的負極輸入導(dǎo)連接到其自身輸出端上，而輸出端則與濾波電路導(dǎo)通連接。
[0010]進一步地，所述濾波電路是低通濾波電路，由電阻器R1、電容器C1和電容器C2組成；所述電容器C1和電容器C2并接于電阻器R1的輸出端，且一并與電壓電流變換電路的電流互感器和電壓互感器的一個輸出端連接。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:
[0012]采用一個本發(fā)明所述單極性AD采樣調(diào)理電路即可同時將多通道雙極性模擬信號轉(zhuǎn)換成單極性模擬信號，大大減小了電子元器件的數(shù)量，不僅節(jié)約了設(shè)備的硬件成本，還減少了設(shè)備硬件出故障的幾率，提高了設(shè)備運行的可靠性；而且由于采用了同一個參考電壓大大提高了調(diào)理精度，各個通道之間的誤差大大減小。
【【附圖說明】】
[0013]圖1是現(xiàn)有雙極性信號轉(zhuǎn)換單極性信號的轉(zhuǎn)換電路；
[0014]圖2是本發(fā)明所述一種單極性AD采樣調(diào)理電路實施例的結(jié)構(gòu)原理示意框圖；
[0015]圖3是本發(fā)明所述一種單極性AD采樣調(diào)理電路實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實施方式】】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]如圖2和圖3中所示:
[0018]本發(fā)明實施例提供了一種單極性AD采樣調(diào)理電路，包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路1、電壓跟隨電路2、濾波電路3和電壓電流變換電路4 ;所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路1、電壓跟隨電路2和濾波電路3依次導(dǎo)通連接，且基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路1的輸入端連接、輸入?yún)⒖茧妷海凰鲭妷弘娏髯儞Q電路4包括有一個以上電流互感器和一個以上電壓互感器，所述電流互感器和電壓互感器均設(shè)有兩個與設(shè)備外部的強電輸入電流連接的輸入端、一個與濾波電路3的輸出端連接的輸出端和一個模擬量調(diào)理輸出端。
[0019]具體結(jié)構(gòu)可以如圖2，所述電壓電流變換電路4包括有四個電流互感器(TA1、TA2、TA3和TA4)和兩個電壓互感器(TV1和TV2)，其中電流互感器TA1、TA2、TA3和TA4的次級輸出的電壓信號與初級電流成正比，且其次級輸出的直流電阻很小(約為150R);所述電壓互感器TV1和TV2的作用與電流互感器TA1和TA2類似，其次級輸出的電壓信號與初級電壓成正比，且次級輸出的直流電阻同樣也很小；所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路1可以由基準(zhǔn)電壓芯片N1、電容器C3和電容器C4組成，所述基準(zhǔn)電壓芯片N1可以是參考電壓芯片REF3025，其輸入端連接、輸入?yún)⒖茧妷?，輸出端與電壓跟隨電路2導(dǎo)通連接；所述電容器C3和電容器C4分別并接于基準(zhǔn)電壓芯片N1的輸入端和輸出端。所述電壓跟隨電路2可以是運算放大器N2A，其正極輸入端與基準(zhǔn)電壓芯片N1的輸出端連接，所述運算放大器的負極輸入導(dǎo)連接到其自身輸出端上，而輸出端則與濾波電路3導(dǎo)通連接。所述濾波電路3是低通濾波電路，可以由電阻器R1、電容器C1和電容器C2組成；所述電容器C1和電容器C2并接于電阻器R1的輸出端，且一并與電壓電流變換電路4的電流互感器和電壓互感器的一個輸出端連接。
[0020]本發(fā)明所述單極性AD采樣調(diào)理電路的工作原理為:首先，所述基準(zhǔn)電壓芯片N1輸入電壓為5V，輸出2.5V的參考電壓VR1 (當(dāng)然選擇不同的參考電壓芯片，輸出的參考電壓也不同，可為1.25V、2.5V、3.3V、4.96V、5V等)，該電壓隨時間和溫度的變化很小，穩(wěn)定度極高，約為30ppm/°C ;然后參考電壓VR1經(jīng)過電壓跟隨電路2 (運算放大器N2A組成的射極跟隨器)跟隨后，輸出的電壓再經(jīng)由電阻器R1、電容器C1和電容器C2組成的濾波電路3進行低通濾波處理后輸出參考電壓VR2，該參考電壓VR2具有與參考電壓VR1同樣穩(wěn)定度，而且?guī)ж撦d能力大大增強(約為30mA);最后，該參考電壓VR2被連接到電壓電流變換電路4的電流互感器TA1和TA2的次級輸出端(次級反向端)、電壓互感器TV1的次級輸出端(次級反向端)，從而使得它們的輸出信號ill、i21、vll中疊加了參考電壓VR2。當(dāng)電流互感器TA1和TA2、電壓互感器TV1的次級兩端(如圖3中的“4”和“6”兩端)的電壓最大值不大于參考電壓VR2的一半時，則雙極性電壓電流信號被成功地轉(zhuǎn)換成為單極性信號。
[0021]當(dāng)然，圖2中只列出了六個通道的模擬信號，按照同樣的結(jié)構(gòu)可以連接多至幾十個模擬通道信號；同時疊加的參考電壓是同一個參考電壓VR2，這樣就減小了各個通道之間的誤差，而且不需要多個運放來處理，同時也節(jié)約了硬件成本。
[0022]這樣，通過采用一個本發(fā)明所述單極性AD采樣調(diào)理電路即可同時將多通道雙極性(電壓電流)模擬信號轉(zhuǎn)換成單極性(電壓電流)模擬信號，大大減小了電子元器件的數(shù)量，不僅節(jié)約了設(shè)備的硬件成本，還減少了設(shè)備硬件出故障的幾率，提高了設(shè)備運行的可靠性；而且由于采用了同一個參考電壓大大提高了調(diào)理精度，各個通道之間的誤差大大減小(特別對于需要進行同步AD采樣后再進行計算后而得到的電量，如有功、無功、功率因數(shù)及相位等，其精度能提高到0.5%以上或更高。)。
[0023]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種單極性AD采樣調(diào)理電路，其特征在于:包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(1)、電壓跟隨電路(2)、濾波電路(3)和電壓電流變換電路⑷；其中，所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(1)、電壓跟隨電路(2)和濾波電路(3)依次導(dǎo)通連接，且基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(1)的輸入端連接、輸入?yún)⒖茧妷?；所述電壓電流變換電路⑷包括有一個以上電流互感器和一個以上電壓互感器，所述電流互感器和電壓互感器均設(shè)有兩個與設(shè)備外部的強電輸入電流連接的輸入端、一個與濾波電路(3)的輸出端連接的輸出端和一個模擬量調(diào)理輸出端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極性AD采樣調(diào)理電路，其特征在于:所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路(1)由基準(zhǔn)電壓芯片N1、電容器C3和電容器C4組成，所述基準(zhǔn)電壓芯片N1的輸入端連接、輸入?yún)⒖茧妷?，輸出端與電壓跟隨電路⑵導(dǎo)通連接；所述電容器C3和電容器C4分別并接于基準(zhǔn)電壓芯片N1的輸入端和輸出端。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單極性AD采樣調(diào)理電路，其特征在于:所述電壓跟隨電路(2)是運算放大器，其正極輸入端與基準(zhǔn)電壓芯片N1的輸出端連接，所述運算放大器的負極輸入導(dǎo)連接到其自身輸出端上，而輸出端則與濾波電路(3)導(dǎo)通連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單極性AD采樣調(diào)理電路，其特征在于:所述濾波電路(3)是低通濾波電路，由電阻器R1、電容器C1和電容器C2組成；所述電容器C1和電容器C2并接于電阻器R1的輸出端，且一并與電壓電流變換電路⑷的電流互感器和電壓互感器的一個輸出端連接。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種單極性AD采樣調(diào)理電路，包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、電壓跟隨電路、濾波電路和電壓電流變換電路；所述基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、電壓跟隨電路和濾波電路依次導(dǎo)通連接，且基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路的輸入端連接、輸入?yún)⒖茧妷?；所述電壓電流變換電路包括有一個以上電流互感器和一個以上電壓互感器，所述電流互感器和電壓互感器均設(shè)有兩個與設(shè)備外部的強電輸入電流連接的輸入端、一個與濾波電路的輸出端連接的輸出端和一個模擬量調(diào)理輸出端。這樣，采用一個本單極性AD采樣調(diào)理電路即可同時將多通道雙極性模擬信號轉(zhuǎn)換成單極性模擬信號，電子元器件數(shù)量大大減小，不僅節(jié)約成本，還減少設(shè)備故障幾率，設(shè)備運行更可靠，而且各個通道之間的誤差也減小。
【IPC分類】H03K5/02
【公開號】CN105322921
【申請?zhí)枴緾N201510836676
【發(fā)明人】李忠懷, 陳峻嶺, 戴先兵, 徐洲
【申請人】珠海萬力達電氣自動化有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月25日