一種高精度多路交流電流真有效值檢測電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高精度多路交流電流真有效值檢測電路，包括1至7路電流互感器、1至7路取樣電阻、1至7路抗混疊濾波電路、1片三相電能計量芯片ATT7022x以及1片單片機；電流互感器與采樣電阻相連接，采樣電阻與抗混疊濾波電路相連接，抗混疊濾波電路與三相電能計量芯片ATT7022x的電流通道或電壓通道相連接，三相電能計量芯片ATT7022x通過SPI接口與單片機相連接；單片機通過SPI接口從三相電能計量芯片的真有效值寄存器中直接讀取所檢測各路交流電流對應真有效值數字結果。本實用新型能夠以每增加1片三相電能計量芯片ATT7022x而增加7路交流電流真有效值檢測的能力進行擴展。
【專利說明】一種高精度多路交流電流真有效值檢測電路
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種高精度多路交流電流真有效值檢測電路，屬于電力電子檢測
【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 在電力自動化領域的電力系統應用中，眾多的工業現場和民用供配電現場需要監 測各供電回路的負荷情況，因此需要進行大量的交流電流真有效值的檢測與數據采集。目 前，對于多路交流電流真有效值的檢測與數據采集通常采用兩種方式，第一種方式是每個 回路采用一塊單相或三相電流表進行交流電流真有效值的檢測和采集，第二種方式是采用 多路交流電流采集儀表對多路交流電流真有效值進行檢測和采集。對于第一種方式，隨著 需檢測和采集回路數的增加，需要較高的總體成本；而第二種方式采用的市售多路交流電 流采集儀表，由于單價較為昂貴，所以總體成本也比較高。
[0003] 在現有技術中，交流電流的真有效值檢測電路主要采用兩種結構。第一種結構是 通過交流互感器獲取交流電流信號，經取樣電阻轉換為交流電壓，通過濾波和放大電路進 行濾波與放大后，進入AD轉換器，經AD轉換后，通過單片機對AD轉換結果進行讀取，并采 用軟件方法計算得到交流電流真有效值。第二種結構是通過交流互感器獲取交流電流信 號，經取樣電阻轉換為交流電壓，進入RMS-DC變換芯片，輸出表征交流電流真有效值的直 流電壓信號，之后在通過放大電路進行放大后，進入AD轉換器，經AD轉換后，通過單片機對 AD轉換結果進行讀取，得到交流電流真有效值。對于多路交流電流真有效值的檢測，通常 是在電路中加入多路模擬開關，并通過單片機控制切換多路模擬開關的選通，分時進行多 路交流電流信號的檢測與處理。雖然以上兩種結構均能夠實現多路交流電流真有效值的檢 測，但由于電路環節多，結構復雜，檢測精度難以提高，且總體成本均較高。第一種結構是通 過軟件計算得到真有效值，一方面是檢測精度受限，另一方面對單片機的性能要求較高，特 別是進行多路檢測時更為突出。第二種結構采用RMS-DC變換芯片，可直接得到交流電流的 真有效值，但受限于這類芯片需要較長的建立時間，對于多路交流電流檢測，每一路交流電 流檢測都需要一片這樣的RMS-DC變換芯片，而RMS-DC變換芯片價格較高，使多路交流電流 采集儀表總體成本也較高。
【發明內容】
[0004] 本實用新型的目的在于克服現有技術之不足，面向電力自動化領域需求，提供一 種低成本、結構簡單、檢測精度高、易于校準、易于擴展、穩定可靠，基于三相電能計量芯片 的數字輸出多路交流電流真有效值的檢測電路，最高檢測精度可達〇. 2%。
[0005] 本實用新型采用的技術方案是：
[0006] -種高精度多路交流電流真有效值檢測電路，由1至7路電流互感器、1至7路取 樣電阻、1至7路抗混疊濾波電路、1片三相電能計量芯片ATT7022X以及1片單片機構成。其 中：電流互感器與采樣電阻相連接，采樣電阻與抗混疊濾波電路相連接，抗混疊濾波電路與 三相電能計量芯片ATT7022x的電流通道或電壓通道相連接，三相電能計量芯片ATT7022x 通過SPI接口與單片機相連接。與三相電能計量芯片電壓通道相連接的取樣電阻阻值為 與三相電能計量芯片電流通道相連接的取樣電阻阻值的5倍，使輸入至三相電能計量芯片 ATT7022X電流通道和電壓通道的信號電平滿足三相電能計量芯片ATT7022X的特性要求， 并保證檢測精度。
[0007] 電路工作過程為：電流互感器的交流電流信號經采樣電阻后，轉換為交流電壓信 號，再經抗混疊濾波電路進行濾波，輸入至三相電能計量芯片ATT7022X的電流通道或電壓 通道，三相電能計量芯片ATT7022X對來自電流通道或電壓通道的交流電壓信號進行采集 處理，將交流電流的真有效值采樣結果存儲于對應通道的內部真有效值寄存器中；與三相 電能計量芯片ATT7022X相連接的單片機通過SPI接口，能夠從三相電能計量芯片ATT7022X 的對應通道內部真有效值寄存器中讀取交流電流真有效值數據。
[0008] 與現有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：
[0009] (1)本實用新型采用三相電能計量芯片ATT7022X實現交流電流真有效值檢測，一 片芯片能夠完成1至7路的交流電流真有效值的檢測；
[0010] (2)本實用新型具有較高的檢測精度，交流電流真有效值檢測精度可達0. 2% ;
[0011] (3)本實用新型采用的三相電能計量芯片ATT7022X價格低廉，能夠有效降低大數 量交流電流真有效值檢測儀表的總體成本；
[0012] (4)根據實際需要，通過增加前端電路的路數和三相電能計量芯片ATT7022X的芯 片數量，能夠以每增加1片三相電能計量芯片擴展7路交流電流真有效值檢測的能力進行 擴展。
[0013] 本實用新型結構簡單、檢測精度高、易于校準、易于擴展，作為多路交流電流真有 效值檢測電路的參考設計，能夠廣泛應用于電力自動化領域的智能儀表應用領域。
【專利附圖】
【附圖說明】 [0014] ：
[0015] 圖1是本實用新型的組成結構示意圖。
[0016] 圖2是本實用新型的實施例1主要部分電原理圖。
[0017] 圖3是本實用新型的實施例2主要部分電原理圖。
【具體實施方式】 [0018] ：
[0019] 實施例1 :
[0020] 適用于3. 3V供電，交流電流真有效值測量精度優于0. 2%，三相電能計量芯片為 ATT7022E，單片機為 STC15L2KxxS2 的電路。
[0021] 如圖2所示，電路中：
[0022] 5A/5MA的交流互感器CT1的兩端連接至串接的20歐姆取樣電阻Rsl_l和Rsl_l 的兩端，再連接至由1. 2K電阻Rl_l和R2_l以及0. OluF電容Cl_l和C2_l組成的抗混疊 濾波電路的輸入端，取樣電阻Rsl_l和Rsl_l的中心點與Cl_l、C2_l的中心點連接后接模 擬地；抗混疊濾波電路的輸出端連接至三相電能計量芯片ATT7022E的電流通道1信號管腳 V1P和V1N，構成對應于三相電能計量芯片ATT7022E電流通道1的前端電路。按照同樣方 式，可以構造出對應于三相電能計量芯片ATT7022E另外3個電流通道V3P和V3N、V5P和 V5N、V0P和V0N的前端電路。
[0023] 5A/5MA的交流互感器CT5的兩端連接至串接的100歐姆取樣電阻Rsl_5和Rs2_5 的兩端，再連接至由1. 2K電阻Rl_5和R2_5以及0. OluF電容Cl_5和C2_5組成的抗混疊 濾波電路的輸入端，取樣電阻Rsl_5和Rsl_5的中心點與Cl_5、C2_5的中心點連接后接模 擬地；抗混疊濾波電路的輸出端連接至三相電能計量芯片ATT7022E的電壓通道1信號管 腳V2P和V2N，構成對應于三相電能計量芯片ATT7022E電壓通道1的前端電路；按照同樣 方式，可以構造出對應于三相電能計量芯片ATT7022E另外2個電壓通道V4P和V4N、V6P和 V6N的前端電路。
[0024] 對應三相電能計量芯片ATT7022E電流通道與電壓通道的前端電路的差別是取樣 電阻取值的不同，對應電壓通道的取樣電阻阻值是對應電流通道的取樣電阻阻值的5倍。
[0025] 三相電能計量芯片ATT7022E的工作時鐘通過5. 5296MHz的晶振Y1提供。
[0026] 三相電能計量芯片ATT7022E的SPI接口信號DOUT、DIN、SCLK、CS分別與單片 機STC15L2KxxS2的SPI接口信號MISO、MOSI、SCLK以及GPI0信號P2. 0相連接。如果 再擴展1片三相電能計量芯片ATT7022E，則該片芯片的SPI接口信號CS連接至單片機 STC15L2KxxS2 的 GPI0 信號 P2. 1，依此類推。
[0027] 三相電能計量芯片ATT7022E和單片機STC15L2KxxS2采用3. 3V供電。三相電能 計量芯片ATT7022E的模擬電源和數字電源通過磁珠 L1進行連接，模擬地和數字地直接連 接。
[0028] 單片機STC15L2KxxS2的GPI0 口 P2. 6連接至三相電能計量芯片ATT7022E的RESET 管腳，由單片機STC15L2KxxS2控制對三相電能計量芯片ATT7022E進行復位。
[0029] 單片機STC15L2KxxS2通過SPI接口，從三相電能計量芯片ATT7022E讀取所檢測 的7路交流電流的真有效值。
[0030] 實施例2 :
[0031] 適用于5V供電，交流電流真有效值測量精度優于0.5%，三相電能計量芯片為 ATT7022B，單片機為 STC15F2KxxS2 的電路。
[0032] 如圖3所示，電路中：
[0033] 5A/5MA的交流互感器CT1的兩端連接至20歐姆取樣電阻Rs_l的兩端，再連接 至由1. 2K電阻Rl_l和R2_l以及0. OluF電容Cl_l和C2_l組成的抗混疊濾波電路的輸 入端，Cl_l、C2_l的中心點連接后接模擬地；抗混疊濾波電路的輸出端分別連接10K電阻 R3_l和R4_l，R3_l和R4_l的另一端并接后接至三相電能計量芯片ATT7022B的參考電壓 輸出端REF0UT ;同時，抗混疊濾波電路的輸出端連接至三相電能計量芯片ATT7022B的電流 通道1信號管腳V1P和V1N，構成對應于三相電能計量芯片ATT7022B電流通道1的前端電 路。按照同樣方式，可以構造出對應于三相電能計量芯片ATT7022B另外3個電流通道V3P 和V3N、V5P和V5N、V0P和V0N的前端電路。
[0034] 5A/5MA的交流互感器CT5的兩端連接至100歐姆取樣電阻Rs_5的兩端，再連接 至由1. 2K電阻Rl_5和R2_5以及0. OluF電容Cl_5和C2_5組成的抗混疊濾波電路的輸 入端，Cl_5、C2_5的中心點連接后接模擬地；抗混疊濾波電路的輸出端分別連接10K電阻 R3_5和R4_5，R3_5和R4_5的另一端并接后接至三相電能計量芯片ATT7022B的參考電壓 輸出端REF0UT ;同時，抗混疊濾波電路的輸出端連接至三相電能計量芯片ATT7022B的電壓 通道1信號管腳V2P和V2N，構成對應于三相電能計量芯片ATT7022B電壓通道1的前端電 路；按照同樣方式，可以構造出對應于三相電能計量芯片ATT7022B另外2個電壓通道V4P 和V4N、V6P和V6N的前端電路。
[0035] 對應三相電能計量芯片ATT7022B電流通道與電壓通道的前端電路的差別是取樣 電阻取值的不同，對應電壓通道的取樣電阻阻值是對應電流通道的取樣電阻阻值的5倍。
[0036] 三相電能計量芯片ATT7022B的工作時鐘通過24. 576MHz的晶振Y1提供。
[0037] 三相電能計量芯片ATT7022B的SPI接口信號DOUT、DIN、SCLK、CS分別與單片 機STC15F2KxxS2的SPI接口信號MIS0、M0SI、SCLK以及GPI0信號P2.0相連接。如果 再擴展1片三相電能計量芯片ATT7022B，則該片芯片的SPI接口信號CS連接至單片機 STC15F2KxxS2 的 GPI0 信號 P2. 1，依此類推。
[0038] 三相電能計量芯片ATT7022B和單片機STC15F2KxxS2采用5V供電。其中，三相電 能計量芯片ATT7022B的模擬電源和數字電源通過磁珠 L1進行連接，模擬地和數字地直接 連接。
[0039] 單片機STC15F2KxxS2的GPI0 口 P2. 6連接至三相電能計量芯片ATT7022B的RESET 管腳，由單片機STC15F2KxxS2控制對三相電能計量芯片ATT7022B進行復位。
[0040] 單片機STC15F2KxxS2通過SPI接口，從三相電能計量芯片ATT7022B讀取所檢測 的7路交流電流的真有效值。
[0041] 上述說明并非對本實用新型的限制，本實用新型也不僅限于上述實施例，本技術 領域專業技術人員在本實用新型實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本實 用新型的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種1?精度多路受流電流真有效值檢測電路，其特征在于電路是由1至7路電流互 感器、1至7路取樣電阻、1至7路抗混疊濾波電路、1片三相電能計量芯片以及1片單片機 構成；其中，電流互感器與采樣電阻相連接，采樣電阻與抗混疊濾波電路相連接，抗混疊濾 波電路與三相電能計量芯片的電流通道或電壓通道相連接，三相電能計量芯片的SPI接口 與單片機的SPI接口相連接。
2. 權利要求1所述一種高精度多路交流電流真有效值檢測電路，其特征在于單片機能 夠通過SPI接口從三相電能計量芯片的真有效值寄存器中直接讀取所檢測各路交流電流 對應真有效值數字結果。
3. 權利要求1所述一種高精度多路交流電流真有效值檢測電路，其特征在于所述電路 能夠檢測1至7路交流電流真有效值，并能夠以每增加1片三相電能計量芯片及相應前端 電路而增加7路交流電流真有效值檢測的能力進行擴展。
4. 權利要求1所述一種高精度多路交流電流真有效值檢測電路，其特征在于與三相電 能計量芯片電壓通道相連接的取樣電阻阻值為與三相電能計量芯片電流通道相連接的取 樣電阻阻值的5倍。
5. 權利要求1所述一種高精度多路交流電流真有效值檢測電路，其特征在于所述三相 電能計量芯片為ATT7022X。
【文檔編號】G01R19/02GK203909130SQ201420156952
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】周永錄, 代紅兵, 楊艷華, 王康華, 蘇紅軍, 徐斌, 黃燕燕 申請人:云南大學, 昆明華奧航星電氣有限公司, 昆明理工大學