一種電力系統采集信號調理模塊的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統信號處理的技術領域，尤其是指一種電力系統采集信號調理 模塊。
【背景技術】
[0002] 電力系統的保護、控制、檢測等微機裝置需要實時測量一次側設備的電壓和電流 信號，電壓信號一般采集設備的三相電壓，電流信號一般采集三相電流和零序電流。一次側 設備的電壓/電流數值較大，無法直接測量，需采用電壓傳感器將數值較大的一次側三相 電壓信號通過一定變比轉換為數值較小的二次側三路電壓信號，采用電流傳感器將數值較 大的一次側三相電流和零序電流信號通過一定變比轉換為數值較小的二次側對應的四路 電壓信號。通過傳感器轉換得到的電壓信號的幅值一般都限定在-5V到+5V之間，而基于 DSP、ARM等處理器的微機電路的輸入電壓信號幅值一般都要求在0V到3. 3V之間，因此需 要一個采集信號調理模塊將-5V到+5V范圍內的二次側電壓信號轉換為0V到3. 3V范圍內 的電壓信號。目前的電力系統二次側采集信號調理模塊普遍基于反相加法電路和反相比例 電路進行設計，每一路轉換電路都需要兩個運算放大器，且每個運算放大器都需要正負極 雙電源供電。采用同相加法電路和同相比例電路設計新的采集信號調理模塊，每一路轉換 電路只需要一個運算放大器，且每個運算放大器只需單電源供電。此外，為保證模塊外接設 備的安全性，需要在轉換電路的輸出部分采用保護電路。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種電力系統采集信號調理模塊， 能夠將范圍為-5V到+5V的二次側多路電壓信號轉換為0V到3. 3V的對應電壓信號。本發 明只需要四個運放和5V單電源供電，具有結構簡單、體積小、成本低、功耗低、易于實現、使 用便捷、安全性高、效果顯著等特點。
[0004] 為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種電力系統采集信號調理模塊， 所述模塊由四路電壓信號轉換電路組成，所述四路電壓信號轉換電路的每一路結構和參數 都相同，都能夠將范圍為-5V到+5V的電壓信號轉換為0V到3. 3V的電壓信號，每一路電壓 信號轉換電路包括相連接的同相加法比例電路和鉗位電路。
[0005] 所述模塊的輸入信號是由電壓傳感器采集得到的電力系統二次側三相電壓信號， 或者二次側三相電流和零序電流經過電流傳感器轉換得到的四路電壓信號，通過電壓或電 流傳感器測量得到的輸入電壓信號幅值都限定在-5V到5V范圍內。
[0006] 所述同相加法比例電路包括電阻Rxl、電阻Rx2、電阻Rx3、電阻Rx4、電阻Rx5和運算放 大器Ux，其中，電阻Rxl的一端接模塊電源Vcc，另外一端連接電阻Rx2、電阻Rx5和運算放大器 Ux的正輸入端，電阻Rx2的另外一端接輸入信號fX，IN的正端，輸入信號fX，IN的負端接地，電 阻Rx5的另外一端接地；電阻Rx3的一端接地，另外一端接電阻Rx4和運算放大器U，的負輸入 端，電阻Rx4的另外一端接運算放大器^的輸出端，運算放大器Ux的正電源端口和負電源端 口分別接模塊電源νεε和地。
[0007] 所述同相加法比例電路中的電阻Rxl、電阻Rx2、電阻Rx3、電阻Rx4和電阻Rx5滿足以 下關系：Rxl=Rx2,Rx3/Rx4= 1023,Rxl/Rx5= 8,以保證同相加法比例電路中輸入電壓信號 ：1^和輸出電壓信號fXl〇ur滿足關系式：
[0008] 所述鉗位電路包括穩壓二極管Dxl和肖特基二極管Dx2，其中，穩壓二極管Dxl的反 向擊穿電壓為3. 3V，穩壓二極管Dxl和肖特基二極管Dx2的負端都接同相加法比例電路的運 算放大器Ux的輸出端口，穩壓二極管Dxl和肖特基二極管Dx2的正級都接地；當運算放大器 Ux的輸出電壓信號fX,QUT> 3. 3V，穩壓二極管Dxl反向擊穿，fx,(jUT電壓維持在3. 3V;當輸出 電壓信號f^UT< 0V，肖特基二極管Dx2導通，fx』UT信號和地接通，電壓為0V;鉗位電路將輸 出信號的幅值限制在〇到3. 3V之間。
[0009] 本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：
[0010] 1、本信號調理模塊轉換快速、結果準確、效果顯著。
[0011] 2、本信號調理模塊只需四個運算放大器，可由一塊集成運放芯片提供，且每個運 算放大器只需單電源5V供電，整個模塊結構簡單、體積小、成本低、功耗低、易于實現。
[0012] 3、本信號調理模塊將電壓信號轉換電路集成化和模塊化，且可以擴展到其他信號 轉換應用中，使用方便、通用性強。
[0013] 4、本信號調理模塊采用鉗位電路對輸出電壓進行了限制，對模塊的外接設備起到 了保護作用。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的電力系統采樣信號調理模塊結構示意圖。
[0015] 圖2a為實施例中輸入電壓幅值為5V時二次側三相電壓信號faiIN，fbiIN，fCiIN的波 形圖。
[0016] 圖2b為實施例中輸入電壓幅值為5V時輸出三相電壓信號fa,_fMUT，f^UT的波 形圖。
[0017] 圖3a為實施例中輸入電壓幅值為6V時二次側三相電壓信號f；IN，fb,IN，f；IN的波 形圖。
[0018] 圖3b為實施例中輸入電壓幅值為6V時輸出三相電壓信號fa，_fMUT，fCi(]UT的波 形圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0020] 如圖1所示，本實施例所述的電力系統采集信號調理模塊，由四路電壓信號轉換 電路組成。所述四路電壓信號轉換電路的每一路結構和參數相同，都能夠將范圍為-5V到 +5V的電壓信號轉換為0V到3. 3V的電壓信號，每一路電壓信號轉換電路均包括相連的同 相加法比例電路和鉗位電路。所述電力系統采集信號調理模塊的輸入信號是電壓傳感器 采集得到的電力系統二次側三相電壓信號，或者二次側三相電流和零序電流經過電流傳感 器轉換得到的四路電壓信號，通過電壓或電流傳感器測量得到的輸入電壓信號幅值都限定 在-5V到5V范圍內。
[0021] 所述的同相加法比例電路包括電阻Rxl、電阻Rx2、電阻Rx3、電阻Rx4、電阻Rx5和運算 放大器Ux，其中，電阻Rxl的一端接模塊電源V^另外一端連接電阻Rx2、電阻Rx5和運算放大 器Ux的正輸入端，電阻Rx2的另外一端接輸入信號fIN的正端，輸入信號fIN的負端接地， 電阻Rx5的另外一端接地；電阻Rx3的一端接地，另外一端接電阻Rx4和運算放大器Ux的負輸 入端，電阻Rx4的另外一端接運算放大器^的輸出端，運算放大器U#正電源端口和負電源 端口分別接模塊電源V。。和地。
[0022] 所述的同相加法比例電路是基于同相加法電路和同相比例