一种电力系统采集信号调理模块技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统采集信号调理模块，所述模块由四路电压信号转换电路组成，所述四路电压信号转换电路的每一路结构和参数都相同，都能够将范围为-5V到+5V的电压信号转换为0V到3.3V的电压信号，每一路电压信号转换电路包括相连接的同相加法比例电路和钳位电路。本发明专利技术的信号调理模块基于同相加法电路和同相比例电路设计，只需要四个运放和5V单电源供电，具有结构简单、体积小、成本低、功耗低、易于实现、使用方便、安全性高、效果显著等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统信号处理的
，尤其是指一种电力系统采集信号调理 模块。
技术介绍
电力系统的保护、控制、检测等微机装置需要实时测量一次侧设备的电压和电流 信号，电压信号一般采集设备的三相电压，电流信号一般采集三相电流和零序电流。一次侧 设备的电压/电流数值较大，无法直接测量，需采用电压传感器将数值较大的一次侧三相 电压信号通过一定变比转换为数值较小的二次侧三路电压信号，采用电流传感器将数值较 大的一次侧三相电流和零序电流信号通过一定变比转换为数值较小的二次侧对应的四路 电压信号。通过传感器转换得到的电压信号的幅值一般都限定在-5V到+5V之间，而基于 DSP、ARM等处理器的微机电路的输入电压信号幅值一般都要求在0V到3. 3V之间，因此需 要一个采集信号调理模块将-5V到+5V范围内的二次侧电压信号转换为0V到3. 3V范围内 的电压信号。目前的电力系统二次侧采集信号调理模块普遍基于反相加法电路和反相比例 电路进行设计，每一路转换电路都需要两个运算放大器，且每个运算放大器都需要正负极 双电源供电。采用同相加法电路和同相比例电路设计新的采集信号调理模块，每一路转换 电路只需要一个运算放大器，且每个运算放大器只需单电源供电。此外，为保证模块外接设 备的安全性，需要在转换电路的输出部分采用保护电路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电力系统采集信号调理模块， 能够将范围为-5V到+5V的二次侧多路电压信号转换为0V到3. 3V的对应电压信号。本发 明只需要四个运放和5V单电源供电，具有结构简单、体积小、成本低、功耗低、易于实现、使 用便捷、安全性高、效果显著等特点。 为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种电力系统采集信号调理模块， 所述模块由四路电压信号转换电路组成，所述四路电压信号转换电路的每一路结构和参数 都相同，都能够将范围为-5V到+5V的电压信号转换为0V到3. 3V的电压信号，每一路电压 信号转换电路包括相连接的同相加法比例电路和钳位电路。 所述模块的输入信号是由电压传感器采集得到的电力系统二次侧三相电压信号， 或者二次侧三相电流和零序电流经过电流传感器转换得到的四路电压信号，通过电压或电 流传感器测量得到的输入电压信号幅值都限定在-5V到5V范围内。 所述同相加法比例电路包括电阻Rxl、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻Rx4、电阻Rx5和运算放 大器Ux，其中，电阻Rxl的一端接模块电源Vcc，另外一端连接电阻Rx2、电阻Rx5和运算放大器 Ux的正输入端，电阻Rx2的另外一端接输入信号fX，IN的正端，输入信号fX，IN的负端接地，电 阻Rx5的另外一端接地；电阻Rx3的一端接地，另外一端接电阻Rx4和运算放大器U，的负输入 端，电阻Rx4的另外一端接运算放大器^的输出端，运算放大器Ux的正电源端口和负电源端 口分别接模块电源νεε和地。 所述同相加法比例电路中的电阻Rxl、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻Rx4和电阻Rx5满足以 下关系：Rxl=Rx2,Rx3/Rx4= 1023,Rxl/Rx5= 8,以保证同相加法比例电路中输入电压信号 ：1^和输出电压信号fXl〇ur满足关系式： 所述钳位电路包括稳压二极管Dxl和肖特基二极管Dx2，其中，稳压二极管Dxl的反 向击穿电压为3. 3V，稳压二极管Dxl和肖特基二极管Dx2的负端都接同相加法比例电路的运 算放大器Ux的输出端口，稳压二极管Dxl和肖特基二极管Dx2的正级都接地；当运算放大器 Ux的输出电压信号fX,QUT> 3. 3V，稳压二极管Dxl反向击穿，fx,(jUT电压维持在3. 3V;当输出 电压信号f^UT< 0V，肖特基二极管Dx2导通，fx』UT信号和地接通，电压为0V;钳位电路将输 出信号的幅值限制在〇到3. 3V之间。 本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果： 1、本信号调理模块转换快速、结果准确、效果显著。 2、本信号调理模块只需四个运算放大器，可由一块集成运放芯片提供，且每个运 算放大器只需单电源5V供电，整个模块结构简单、体积小、成本低、功耗低、易于实现。 3、本信号调理模块将电压信号转换电路集成化和模块化，且可以扩展到其他信号 转换应用中，使用方便、通用性强。 4、本信号调理模块采用钳位电路对输出电压进行了限制，对模块的外接设备起到 了保护作用。【附图说明】图1为本专利技术的电力系统采样信号调理模块结构示意图。 图2a为实施例中输入电压幅值为5V时二次侧三相电压信号faiIN，fbiIN，fCiIN的波 形图。 图2b为实施例中输入电压幅值为5V时输出三相电压信号fa,_fMUT，f^UT的波 形图。 图3a为实施例中输入电压幅值为6V时二次侧三相电压信号f；IN，fb,IN，f；IN的波 形图。 图3b为实施例中输入电压幅值为6V时输出三相电压信号fa，_fMUT，fCi(]UT的波 形图。【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。 如图1所示，本实施例所述的电力系统采集信号调理模块，由四路电压信号转换 电路组成。所述四路电压信号转换电路的每一路结构和参数相同，都能够将范围为-5V到 +5V的电压信号转换为0V到3. 3V的电压信号，每一路电压信号转换电路均包括相连的同 相加法比例电路和钳位电路。所述电力系统采集信号调理模块的输入信号是电压传感器 采集得到的电力系统二次侧三相电压信号，或者二次侧三相电流和零序电流经过电流传感 器转换得到的四路电压信号，通过电压或电流传感器测量得到的输入电压信号幅值都限定 在-5V到5V范围内。 所述的同相加法比例电路包括电阻Rxl、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻Rx4、电阻Rx5和运算 放大器Ux，其中，电阻Rxl的一端接模块电源V^另外一端连接电阻Rx2、电阻Rx5和运算放大 器Ux的正输入端，电阻Rx2的另外一端接输入信号fIN的正端，输入信号fIN的负端接地， 电阻Rx5的另外一端接地；电阻Rx3的一端接地，另外一端接电阻Rx4和运算放大器Ux的负输 入端，电阻Rx4的另外一端接运算放大器^的输出端，运算放大器U#正电源端口和负电源 端口分别接模块电源V。。和地。 所述的同相加法比例电路是基于同相加法电路和同相比例当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统采集信号调理模块，其特征在于：所述模块由四路电压信号转换电路组成，所述四路电压信号转换电路的每一路结构和参数都相同，都能够将范围为‑5V到+5V的电压信号转换为0V到3.3V的电压信号，每一路电压信号转换电路包括相连接的同相加法比例电路和钳位电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴青华，夏候凯顺，张禄亮，李梦诗，季天瑶，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44