一种交流电压小信号的隔离采样方法技术

本发明专利技术公开并提供了一种精度高、体积小、成本低、可靠性高的交流电压小信号的隔离采样方法。在本发明专利技术中，EVT对应二次设备采样回路的输入阻抗大，解决因EVT带载能力弱，与采样回路阻抗匹配而引起的采样失真问题；解决EVT与二次设备采样回路的非隔离问题，提高整个二次设备的可靠性。本发明专利技术适用于电力配电终端电压小信号采集、电缆接地环流装置小信号采集等领域。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种交流电压小信号的隔离采样方法


[0001]本专利技术涉及一种交流电压小信号的隔离采样方法，适用于电力配电终端电压小信号采集、电缆接地环流装置小信号采集等领域。

技术介绍

[0002]随着智能电网的发展，电子式电压互感器(简称EVT)在智能电网设备、智能监测设备等设备中得到广泛的应用。EVT主要分为电阻分压、电容分压、阻容分压三种形式。随着技术的不断成熟，EVT在精度、体积、成本等方面均能满足行业应用需求，但是其分压原理及拓扑结构决定了其一次高压与二次弱电共地，非隔离。且如果使用电阻分压、或者阻容分压拓扑结构，带载能力较弱。
[0003]针对EVT非隔离、带载能力弱等缺陷，有必要设计一种交流电压小信号的隔离采样方法，配合EVT完成电力设备中二次交流电压小信号的采集。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种精度高、体积小、成本低、可靠性高的交流电压小信号的隔离采样方法。
[0005]本专利技术包括以下步骤：
[0006]A.对EVT输出的交流电压电信号进行电磁兼容防护、调幅及输入阻抗调整后再通过隔离运放输入端输入到隔离运放；
[0007]B.经隔离运放输出单端信号至处理器AD转换；
[0008]C.完成采样。
[0009]在步骤A中，所述电磁兼容防护采用EMC防护器件，在电压采集回路的输入端完成EMC干扰防护。
[0010]在步骤A中，采用通用运放调幅并调整输入阻抗，将不同规格EVT输出电压值调幅至隔离运放合理输入电压范围内。
[0011]在步骤B中，隔离运放选用1:1的增益，并使用1.5V的基准参考电压，将交流信号引入直流偏执，整个交流信号波形抬高成直流信号，再通过RC低通滤波，接入单片机内部ADC，完成交流电压小信号的采集。
[0012]所述隔离运放中的隔离运放初级电源轨和隔离运放次级电源轨使用DC/DC隔离电源供电。
[0013]所述EMC干扰防护包括浪涌防护、静电防护、电快速瞬变脉冲群防护。
[0014]有益效果：本专利技术使用EMC防护器件，在电压采集回路的输入端完成浪涌、静电、电快速瞬变脉冲群等EMC干扰防护。然后通过通用运放调幅并调整输入阻抗，将不同规格EVT输出电压值调幅至隔离运放合理输入电压范围内，并同时解决EVT要求负载输入阻抗高的问题。隔离运放选用1:1的增益，并使用1.5V的基准参考电压，将交流信号引入直流偏执，整个交流信号波形抬高成直流信号，再通过RC低通滤波，接入单片机内部ADC，完成整个交流
电压小信号的采集。隔离运放初级电源轨和次级电源轨使用DC/DC隔离电源供电，实现EVT与采集单元处理器隔离的目的。
[0015]在本专利技术中，EVT对应二次设备采样回路的输入阻抗大，解决因EVT带载能力弱，与采样回路阻抗匹配而引起的采样失真问题；解决EVT与二次设备采样回路的非隔离问题，提高整个二次设备的可靠性。
附图说明
[0016]图1是本专利技术总电路示意图；
[0017]图2是本专利技术中的信号波峰值示意图一；
[0018]图3是本专利技术中的信号波峰值示意图二。
具体实施方式
[0019]本专利技术包括以下步骤：
[0020]A.对EVT输出的交流电压电信号进行电磁兼容防护、调幅及输入阻抗调整后再通过隔离运放输入端输入到隔离运放；
[0021]B.经隔离运放输出单端信号至处理器AD转换；
[0022]C.完成采样。
[0023]在步骤A中，所述电磁兼容防护采用EMC防护器件，在电压采集回路的输入端完成EMC干扰防护。
[0024]在步骤A中，采用通用运放调幅并调整输入阻抗，将不同规格EVT输出电压值调幅至隔离运放合理输入电压范围内。
[0025]在步骤B中，隔离运放选用1:1的增益，并使用1.5V的基准参考电压，将交流信号引入直流偏执，整个交流信号波形抬高成直流信号，再通过RC低通滤波，接入单片机内部ADC，完成交流电压小信号的采集。
[0026]所述隔离运放中的隔离运放初级电源轨和隔离运放次级电源轨使用DC/DC隔离电源供电。
[0027]所述EMC干扰防护包括浪涌防护、静电防护、电快速瞬变脉冲群防护。
[0028]图1中标号为(1)的框内的内容是EMC防护电路，图1中标号为(2)的框内的内容是调幅及输入电路，其中EMC防护电路完成输入信号EMC防护，调幅及输入电路的电路完成调幅和输入阻抗调整。
[0029]图1中标号为(3)的框内的内容是电压采集隔离电路，用以完成输入隔离及采样。
[0030]具体实现方法：
[0031]如图1所示，根据国家标准GB/T 20840.7
‑
2007规定，EVT输出工频交流电压Us为1.625V、2V、3.25V、4V、6.5V；或者其他标准规定EVT额定输出1V。
[0032]图1中EMC防护电路中压敏电阻MOV1，电阻R7、R11，TVS管TVS1，组成EMC防护电路，防止浪涌、静电、电快速瞬变脉冲群等抗扰度干扰侵袭损坏后端电路中电子器件。
[0033]图1中EMC防护电路中，Us经过R7及R11电阻分压将Us1调整幅度至1V(如果EVT输出为1V，R11直接缺省)，完成信号幅值调整：为1V，R11直接缺省)，完成信号幅值调整：
[0034][0035]考虑到EVT内阻，R7及R11选用时至少需要兆欧级。R7及R11的阻值视EVT输出电压选定。
[0036]Us1经过通用运放搭建的同相比例放大电路，完成幅值调整、输入阻抗调整。
[0037]根据运放“虚断”概念，运放反相端输入电压为：
[0038]根据运放“虚短”概念，运放同相端与反相端电压相等，即：概念，运放同相端与反相端电压相等，即：
[0039]从而导出调幅增益为：
[0040]可以将R2缺省，R3取值0欧姆，同相比例放大电路优化为“电压跟随器”[0041]调幅增益变为：
[0042]最终的输出电压Us2幅值大小，可以通过图1中的EMC防护电路中的R7及R11电阻分压增益与图1中调幅及输入电路同相比例放大电路增益相乘获得。由于图1中电压采集隔离电路中的隔离运放芯片输入电压范围要求，需要Us2的有效值限制在1V以内。
[0043]配置举例一：
[0044]EVT选型输出额定值1V，上述电路配置参数为：R11缺省，则有Us1＝Us；
[0045]R2缺省、R3取值0欧姆，则有Us2＝Us1＝Us＝1V。
[0046]配置举例二：
[0047]EVT选型输出额定值6.5V，上述电路配置参数为：R7取16M欧姆、R11取2M欧姆，则有
[0048][0049]R2取51k欧姆，R3取值20k欧姆，则有
[0050][0051]其他EVT输出额定值，具体灵活配置两级调幅参数，保证Us2的有效值限制在1V以内即可。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交流电压小信号的隔离采样方法，其特征在于：包括以下步骤：A.对EVT输出的交流电压电信号进行电磁兼容防护、调幅及输入阻抗调整后再通过隔离运放输入端输入到隔离运放；B.经隔离运放输出单端信号至处理器AD转换；C.完成采样。2.根据权利要求1所述的一种交流电压小信号的隔离采样方法，其特征在于：在步骤A中，所述电磁兼容防护采用EMC防护器件，在电压采集回路的输入端完成EMC干扰防护。3.根据权利要求1所述的一种交流电压小信号的隔离采样方法，其特征在于：在步骤A中，采用通用运放调幅并调整输入阻抗，将不同规格EVT输出电压值调幅至隔离运放合理输入电压范围内。...

【专利技术属性】
技术研发人员：许永军，鄢希锋，杨海龙，杨先林，胡佑立，王晓波，王俊，刘志豪，
申请(专利权)人：长园电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：