各种电压电流采样电路的设计
常用采样电路设计方案比较
配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。
信号调
理TMS320 LF2407A
DSP
键盘显示
电路电压电流信号驱动电路保护电路
控制电路检测与驱动
电路主电路
图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图
1.1常用电网电压同步采样电路及其特点
1.1.1 常用电网电压采样电路1
从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。
图2-2 同步信号产生电路1
从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1K ，C4=15pF，则时间常数错误！未找到引用源。< 1.1.2 常用电网电压采样电路2 常用电网电压同步信号采样电路2如图2-3所示。ADMC401芯片的脉宽调制PWM发生器有专门的PWMSYNC引脚，它产生与开关频率同步的脉宽调制PWM的同步脉冲信号。 图2-3 同步信号发生电路2 图2-3中的输入端信号取自a相的检测电压，经过过零检测电路后得到正负两 个电平，随后进入光电隔离TLP521产生高电平和低电平进入D触发器MC14538的正的触发使能输入引脚A，当A为高电平时，输出引脚Q输出一个脉冲，这个脉冲宽度由电阻R l。和电容C决定。当然这里希望脉冲宽度越小越好，否则将影响STATCOM的输出电压与其接入点电压的同步。与此同时，可以通过设置ADMC401的内部寄存器PWMSYNCWT寄存器与信号脉冲相匹配[2]。 1.1.3 常用电网电压采样电路3 电网电压同步电路可以实现精确的过零点检测，并输出高电平，将输出信号脉冲的上升沿输入捕获单元三即可获得同步信号[3]。图2-4即为一种常见的电网电压同步信号产生电路。 图2-4 同步信号产生电路3 图2-4所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、滑线变阻器和电压比较器LM353组成的缓冲环节。第二部分由电压比较器LM353构成，实现过零比较。最后一部分为输入DSP系统箝位保护电路[3] 1.1.4常用电网电压采样电路4 常用网电压同步信号产生电路4如图2-5所示: 图2-5 同步信号产生电路4 图2-5所示同步电路由两部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该环节主要是滤除电网的毛刺干扰。滤波电路造成的延时可在程序中补偿。第二部分由电压比较器LM311构成，实现过零比较，同时设计了一个滞环环节来抑制干扰和信号的震荡[4]。 1.1.5常用电网电压采样电路5 图2-6所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节主要是滤除电网的谐波干扰。滤波电路造成的延时可在程序中补偿起来。其中凡R341=1KΩ，C341=0.luF;第二部分由电压比较器LM3ll构成，实现过零比较，同时设计了一个滞环来抑制干扰和信号的振荡[2]。 图2-6 同步信号产生电路5 1.2 常用交流电压采样电路及其特点 1.2.1常用交流电压采样电路1 为了实现对STATCOM 的控制，必须要检测三相瞬时电压U a 、U b 和U c 。如下图2-7为电路一相电压采样电路: a. 电压转换电路 CHV-50P +15V -15V C C com U a R 1TVS1 R 1R 1R 2R 3C1C2+ -U o 电压转换电路滤波补偿电路 图2-7 交流电压采样电路图 电压转换电路通过霍尔电压传感器CHV-50P 实现。CHV-50P 型电压传感器输出端与原边电路是电隔离的，可测量直流、交流和脉动电压或小电流。磁补偿式测量，过载能力强，性能稳定可靠，易于安装，用于电压测量时，传感器通过与模块原边电路串联的电阻R u1与被测量电路并联连接，输出电流正比于原边电压。上图电压转换电路为a 为单相电压转换电路，这里对电阻R u1和电阻R u2的选择作一些说明。 由于CHV-50P 的输入额定电流I n1为10mA ，本电路检测的电压是220V 的交流电压，则 u1n1U 220V R ===2.2K ΩI 10mA (2.1) 电阻R u1消耗的功率P 1为 错误！未找到引用源。1122010 2.2n P UI mA W ==?= (2.2) 因此电阻R u1选择阻值为2.2 k Ω，功率为5W 的大功率电阻。另外为了抑制共 模干扰，在交流输入侧并联了两个电容C。当然为了更好地消除这些干扰，可以在电压变换电路之前再加隔离变压器，那么电阻R u1的选择就要对应于经过隔离变压器后电压的改变而改变。 由于CHV-50P的输入额定电流I n2为50mA，为了ADMC40l的A/D转换通道检测，必须把输出电流转换为电压，所以在电压传感器的输出侧串联了电阻R u2。ADMC401的A/D转换通道检测电压范围-2V~+2V，则 u22V R==40Ω 50mA (2.3) 由于电阻R u2消耗功率比较小，电阻R u2选择上对功率没有特殊的要求。b.滤波补偿电路 由于电压电流的检测点就是STATCOM接入电网的同一点，其谐波干扰还是比较大的滤波补偿电路。，那么三相电压电流经过各自的转换电路后必须进入了滤波补偿电路包含两部分:一部分为RC滤波，另一部分为相位补偿，如图上图中所示[5]。 1.2.2常用交流电压采样电路2 此三相电压采样电路包括信号放大电路，二阶滤波电路，单极性转换电路。 a.信号放大电路 交流信号放大电路见图2-8所示。本设计采用的互感器为国内最新的高精度电压互感器(SPT204A)。其中SPT204A实际上是一款毫安级精密电压互感器，输入额定电流为2mA，额定输出电流为2mA，线性范围±10mA，非线性度<0.1%，相移经过补偿后小于5’。SCT254AZ是一款毫安级精密电流互感器，输入额定电流为5A，额定输出电流为2.5mA，线性范围0~20A，非线性度小于0.1%，相移经过补偿后小于5’。由于该电压传感器采用的为1:1电流变电流型，所以要在电压互感器前面加R1，将电压信号转变为电流信号，而电流互感器就不需要加电阻R1。这样电压互感器副边输出为电流信号，这与电流互感器副边输出信号相似。 交流信号放大电路工作原理可由下式表示: 错误！未找到引用源。(2.4) 通过R2将传感器输出的电流信号转变为电压信号 Ui Ui SPT204A PTI Io2 Io1Va R1 100K 12 图2-8 信号放大电路 b.二阶滤波电路 图2-9为二阶滤波电路，截至频率为2.5KHz 。 图2-9 二阶滤波电路 c.单极性转换电路 由于设计采用的DSP 自带的AD ，其采样要求输入信号为0~3.3V ，故接入其引脚的信号电压也不能超过 3.3V 所以必须对放大电路给出的双极性信号做进一步处理。单极性转换电路如下图2-10所示[6]。 图2-10 单极性转换电路 1.2.3常用交流电压采样电路3 交流电压变送器以0～5 V的交流电压作为输出信号。因TMS320F2812的A/D 输入信号范围为0～3 V．因此必须添加合适的调理电路以满足A/D输入的要求。 交流电压调理电路见图2-11，由图可知该电路由3部分组成：第1部分为射极跟随器．以提高电路的输入阻抗：第2部分是电压偏移电路：第3部分为箝位限幅电路，以保证输出电压信号在0～3 V，满足TMS320F2812的A/D输入信号范围[7]。 图2-11 交流电压信号调理电路 1.2.4常用交流电压采样电路4 系统电压经过相应的传感器后，统一变换为适当幅值的电压信号，经调理电路后，进行A/D转换。图2-12为采样电路原理图。 图2-12 系统电压的采样电路 从图2-12可知，系统输出电压的采样电路由四部分组成，第一部分是由LF353的运放构成的电压跟随器，R131和C109是为了抑制干扰。第二部分为电平抬升电路，将围绕零电平波动的信号提升为单极性信号，第三部分进行跟随，第四部分为进入A/D前的保护部分，防止信号异常导致DSP芯片损坏[4]。 1.2.5常用交流电压采样电路5 相电压检测电路如图2-13所示，该电路采用了运算放大器加电压跟随器的方式，电压跟随器起到了隔离作用，以便在A/D入口前进行阻抗匹配。在A/D入口端采用二极管钳位，防止A/D输入电压越界。来自检测通道的电压互感器的电流号经运算放大器转换为电压信号后经电压平移后将交流量信号转换为0~3.3V的单极性电压信号接入DSP的A/D通道引脚[8]。 图2-13 相电压采样电路 1.3 常用交流电流采样电路及其特点 1.3.1常见交流电流采样电路1 a.电流转换电路 图2-14电流转换电路，其中CT 为霍尔电流传感器DT50-P ，它的性能也稳定可靠，易于安装。如何选择电阻R 比较简单，可以参考上面交流电压转换电路，这里就不再赘述。 DT-50P +15V -15V R 1TVS1 R 1R 1R 2 R 3 C1C2+ -I o 电流转换电路滤波补偿电路 图2-14 交流信号采样电路 DT-50P +15V -15V 图2-15 电流转换电路 b.滤波补偿电路 由于电压电流的检测点就是STATCOM 接入电网的同一点，其谐波干扰还是比较大的滤波补偿电路。那么三相电压电流经过各自的转换电路后必须进入了滤波补偿电路包含两部分:一部分为RC 滤波，另一部分为相位补偿，如图2-16所示[5]。 R1TVS1R1R1R2 R3 C1 C2+-Io 图2-16 滤波补偿电路 1.3.2常见交流电流采样电路2 a.信号放大电路 交流信号放大电路见图2-17所示。本设计采用的互感器为国内最新的高精度电流互感器(SCT254AZ)。SCT254AZ 是一款毫安级精密电流互感器，输入额定电流为5A ，额定输出电流为2.5mA ，线性范围0~20A ，非线性度<0.1%，相移经过补偿后小于5’。因电流互感器输出的是电流信号，故电流互感器就不需要加电阻R 1。 Iin Io1 Iin Io2 图2-17 电流信号放大电路 b.二阶滤波电路 图2-18为二阶滤波电路，截至频率为2.5KHz 图2-18 二阶滤波电路 c.单极性转换电路 由于设计采用的DSP自带的A/D，其采样要求输入信号为0~3.3V，故接入其引脚的信号电压也不能超过 3.3V所以必须对放大电路给出的双极性信号做进一步处理。单极性转换电路如下图2-19所示[6]。 图2-19 单极性转换电路 1.3.3常见交流电流采样电路3 相电流检测电路如图2-20和所示，该电路采用了运算放大器加电压跟随器的方式，电压跟随器起到了隔离作用，以便在A/D入口前进行阻抗匹配。在A/D入口端采用二极管钳位，防止A/D输入电压越界。来自检测通道的电流互感器的电流号经运算放大器转换为电压信号后经电压平移后将交流量信号转换为0~3.3V的单极性电压信号接入DSP的A/D通道引脚[8]。 图2-20 相电流检测电路 1.3.4常见交流电流采样电路4 霍尔电流传感器以-100~+100 mA的交流电流作为输出信号，TMS320F2812的A/D输入信号范围为0～3 V．因此必须添加合适的调理电路以满足A／D输入的要求。交流电流调理电路见图2-21,与交流电压调理电路不同的是．第1部分是经电容C4滤波后流经精密采样电阻尺，将电流信号变换为电压信号，第2部分是由运放构成的反相器：第3部分为箝位限幅电路，以保证输出电压信号在0～3 V，满足TMS320F2407的A/D输入信号范围[7]。 图2-21 交流电流信号采样电路 1.3.5常用交流电流采样电路5 电流采集采用TA1014-2K卧式穿芯微型精密交流电流互感器，其额定输入为5A，额定输出为2.5mA，工作频率范围为20Hz~20kHz，相移小于5’，线性范围大于10A，非线性度小于0.1%，是比较理想的交流电流检测器件。图2-22为电流采集电路原理图。 图2-22 交流电路采样电路 由于DSP的A/D输入信号范围为0~3.3V，而经电流互感器测得的电流信号经转化后变成-1.5V~+l.5V的交流信号，故对其进行了1.5V的平移[9]。 1.4 常用直流电压采样电路及其特点 1.4.1常用直流电压采样电路1 a.直流电压传感器采用LEM公司的电压传感器LV100。LV100为霍尔效应的闭环电压传感器，所以有非常良好的原副边隔离作用，可测的电压范围为100V～2500V。图2-23为直流电压采样电路图。电压传感器LV100有如下优点： 精度高；线性度好；频带宽；抗干扰能力强[10]。 + LV100 - 图2-23 直流电压采样传感器 电压传感器LV100的原边额定有效电流为10mA,在原边为额定电流时传感器精度最高。采样电阻R1 =80千欧,按原副边1:5的变比设计，副边电流为50 mA，副边采样电阻为150欧，原边电压为800V时副边电压为7.5V。副边信号经二 阶滤波电路以减小干扰，由于采样直流信号，滤波器截止频率可以选取的较低，实际设计的滤波器截止频率为2k Hz。 b.电压检测电路 图2-24 电压检测电路1 霍尔电压传感器及采样电阻采集的直流电容电压从U dc端输入图2-24的模拟电路，经电位器调节使U16A的3脚变化范围限制在0~3.3V，同时用RC滤波器滤除输入信号的噪声，0~3.3V的电压信号经过电压跟随器，电压跟随器可保证在进行电阻匹配时防止其输入输出电路的电阻干扰。电压跟随器输出接的R64=51欧。电阻是DSP接口的电阻要求，DSP接口端的串联二极管是为了确保输入DSP的电平限制到0~3.3V[3]。 1.4.2常用直流电压采样电路2 直流电压的采样电路与交流电压采样电路略有不同，如图2-25所示: 图2-25 直流电压采样电路2 直流电压与交流电压采样电路不同主要有两点，其一，因为传感器不同，前者采用直流电压霍尔，输出信号为电流信号，后者为电压变送器，输出信号为交 流信号，因此直流采样电路前端需接地电阻将电流信号转换为电压信号;其二，前者信号为直流信号的，后者为交流信号的，因此，直流电压采样不用电压偏移[1]。 1.4.3常用直流电压采样电路3 直流侧电容电压的采集是经过两个电阻分压后，接二个电压跟随器，同样电压跟随器起防止电压冲击的作用。输出端加入钳位二极管，把电压钳制在3.3V 以内，输出信号接入DSP的ADCIN端口，如图2-26所示[9]： 图2-26 直流电压采样电路3 1.4.4常用直流电压采样电路4 目前，对于直流电压的精确检测基本上都是基于磁补偿原理进行的，又因为本系统直流侧电压值较高，而直流电压传感器本身电流又很小，故从采用均压以后的电容器组上，可以只采一定比例的直流电压，不会影响测量精度，同时还保证了器件的安全性。作为磁补偿的结果，传感器输出信号为一精确的电流信号，直流电压采样电路设计如图2-27所示[4]: 图2-27 系统直流电压采样电路4 1.4.5常用直流电压采样电路5 因直流电路对电压的精度要求低，对直流电压的采样电路直接用DSP内部的A/D，如图2-28所示: 图2-28 系统直流电压采样电路5 直流电压与交流电压采样电路不同主要有两点:其一，因为传感器不同，前者采用直流电压霍尔，输出信号为电流信号，后者为电压变送器，输出信号为交流信号，因此直流采样电路前端需接地电阻将电流信号转换为电压信号;其二，前者信号为直流信号，后者为交流信号，因此选用的A/D精度和类型不一样[2]。 1.5常用直流电流采样电路及其特点 直流电流采样电路设计与直流电压采样电路完全一样，只是前端的采样器件不同，这些器件对用户的接口统一为电流信号，这里就不再讨论。 2采样电路设计 上一章写到3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号的采样电路的各种常见采样电路，可以看出采样电路的发展已经比较成熟，但如何设计出自己需要的采样电路，这将是下面要讨论的问题。 2.1 电网电压同步信号采样电路设计 DSTATCOM的工作与同步信号有密切的关系，所有的动作都要以同步信号作为参考，故硬件上的同步电路是不可或缺的。同步信号的产生有多种方法。第一种方法为最简单的过零同步，即对系统三相电压进行处理后取出一相基波正序电压作为同步信号，把该同步信号的过零时刻作为脉冲发生器的同步点，通过测量连续两个正向过零点之间的时间作为周期计算出同步信号的频率，因 此只能一个周期测得一次频率，在系统频率突变时，容易因无法跟踪系统频率变化而使DSTATCOM过流。第二种方法为采用锁相环技术，由于在同步信号频率突变时锁相环具有较长的延时，因此也容易导致DSTATCOM过流。第三种方法为采用“虚拟转子”法，对三相同步电压信号进行处理，得到脉冲的同步点和同步信号的频率。采用这种方法的优点是可以同时测量同步信号的频率，从而使脉冲发生器在系统同步信号发生突变时能保持与系统同步，保证DSTATCOM不因同步信号的突变而过流。由于设计要求不是特别高，本装置采用第一种方法得到同步信号。 图3-1 D-STA TCOM系统同步电路 如图3-1可知，同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小DSTATCOM系统与电网的相位误差，该环节主要是滤除去电网的噪声干扰，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R1=1000 Ω，C1=0.1u F,则时间常数T=RC=1错误！未找到引用源。4 10-S<<1 mS,因此符合设计要求，且滤波电路中造成的延时可在程序中补偿。第二部分由电压比较器LM311构成，实现过零比较，同时设计了一个滞环环节来抑制干扰和信号的震荡。第三部分为上拉箱位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。 2.2交流电压采样电路设计 电压转换电路通过霍尔电压传感器CHV-50P实现，如图3-2所示。CHV-50P 型电压传感器输出端与原边电路是电隔离的，可测量直流、交流和脉动电压或小电流。磁补偿式测量，过载能力强，性能稳定可靠，易于安装，用于电压测量时，传感器通过与模块原边电路串联的电阻R 与被测量电路并联连接，输出 u1 电流正比于原边电压。 CHV-50P U a COM +15V -15V U a(out)Ru1 Ru2 C C 图3-2 电压转换电路 由于CHV-50P 的输入额定电流I n1为10mA ，本电路检测的电压是220V 的 交流电压，则 u1N1U 220V R ===2.2k ΩI 10mA (3.1) 电阻R u1消耗的功率P 1，为 P 1=220V ×10 mA=2.2KW (3.2) 因此电阻R u1选择阻值为2.2 K Ω，功率为5W 的大功率电阻。另外为了抑制共模干扰，在交流输入侧并联了两个电容C 。当然为了更好地消除这些干扰，可以在电压变换电路之前再加隔离变压器，那么电阻R u1的选择就要对应于经过隔离变压器后电压的改变而改变。 由于CHV-50P 的输入额定电流I n2为50mA ，为了交流电压采样电路检测，必须把输出电流转换为电压，所以在电压传感器的输出侧串联了电阻R u2。交流电压采样电路采样电压范围-5V~+5V ，则 u225V 10050mA N U R I ===Ω (3.3) 由于电阻R u2消耗功率比较小，电阻R u2选择上对功率没有特殊的要求。根 据选用的电压传感器，交流电压采样电路如图3所示： 电流采样电路的设计 文中研制了一套模拟并网发电系统，实现了频率跟踪、最大功率跟踪、相位跟踪、输入欠压保护、输出过流保护、反孤岛效应等功能；采用Atmega16高速单片机，实现了内部集成定时、计数器功能；利用定时器T／C2的快速PWM功能，实现SPWM信号的产生；采用T／C1的输入捕获功能，实现了频率相位监测和跟踪以及对失真度、输入电压、输出电流等物理量的检测与控制。 1 整体方案设计 设计采用Atmega16单片机为主体控制电路，工作过程为：与基准信号同频率、同相位正弦波经过SPWM调制后，输出正弦波脉宽调制信号，经驱动电胳放大，驱动H桥功率管工作，经过滤波器和工频变压器产生于基准信号通频率、同相位的正弦波电流。其中，过流、欠压保护由硬件实现，同步信号采集、频率的采集、控制信号的输出等功能，均由Atmega16完成。系统总体设计框图如图1所示。 2 硬件电路设计 分为DC／AC驱动电路、DC／AC电路和滤波电路3部分和平滑电容C1，电路原理如图2所示。 2．1 DC—AC驱动电路 是由R1、R2、R3、R4、R5、R6、Q3、Q4、P3和P4组成，其中P3和P4是控制信号输入 端，R3和R4为限流电阻。集电极的电流直接影响波形上升沿的陡峭度，集电极电流越大输出的波形越陡峭。因为R2和R1与集电极pn节的寄生电容形成了一个RC充放电的时间常数，集电极pn结的寄生电容无法改变，只有通过改变R1和R2的值来改变时间常数，所以R1和R2值越小，Q3和Q4的集电极电流就越大；RC的充电时间常数越小，波形的上升沿越陡峭，而增加集电极电流，会增加系统的功耗，权衡利弊选择一个合适的值。其次，射级pn 结的寄生电容也会影响Q3和Q4的关断时间和波形上升沿的陡峭度。所以在驱动电路中各加了一个放电回路，即拉地电阻R5和R6，R5和R6的引入，加快了Q3和Q4的关闭速度，这样就使集电极的波形更陡峭。同样在保证基极射极pn不损坏的条件下，基极的电流也是越大越好，但也会带来损耗问题，权衡利弊选择一个合适的值。关于两个电阻的取值，这里假设三极管的放大倍数为β，基极电流Ib，集电极电流Ic，流过R5的电流为I5，流过R3的电流为I3，R3的压降为V3，驱动信号为V，R5的压降为V5，有 实际中R3和R5应该比计算值小，这样是为了让三极管工作在饱和状态，提高系统稳定 性。 2．2 DC-AC电路 是由两只p沟道MOSFET。Q1、Q2和两只n沟道MOSFET Q5、Q6组成。在这里没有采用4只n沟道MOSFET，原因是驱动电路复杂，如果采用上面的驱动电路接近电源的两个导体管不能完全导通，发热量为接近地一侧导体管4倍以上，功耗增加，所以采用对管逆变即减小了功耗，而且驱动电路简单。通过控制4个导体管的开关速度再通过低通滤波器即可实 现DC／AC功能。 2．3 滤波电路 两个肖特基整流二极管1N5822为续流二极管，这里为防止产生负电压，C2、C3、C4、C5、L1、L2组成低通滤波器，其中C5、C6为瓷片电容，C2、C3用电解电容，充放电电流可以流进地，L1、L2为带铁芯的电感，带铁芯的电感对高频的抑制比空心电感更好，电感值 更高。关于参数的选取和截止频率的计算如下 3 采样电路 3．1 电流采样电路的设计 由于终端负载一定，所以电流采样实际等同于一个峰值检测的过程，此电路实际是一个峰值检测电路，P3为信号的2个输入端，调整R10，R11和R17、R18取值来实现峰值测功能，电路中的阻值并不准确，需要实际中根据信号的幅值来调整R10、R11和R17、R18阻值 常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制 电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压 同步信号采样电路即电网电压同步信号。 信号调 理 TMS320 LF2407A DSP 键盘显示 电路电压电流信号驱动电路保护电路 控制电路检测与驱动 电路主电路 图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图 1.1常用电网电压同步采样电路及其特点 1.1.1 常用电网电压采样电路 1 从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢 量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变 器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。 图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统 的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1K，C4=15pF，则时间常数错误！未找到引用源。< 2常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM ）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM 的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM 的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。 图2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图 2.2.11 常用电网电压同步采样电路及其特点 .1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。 图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R 5=1K Ω，5pF，则时间常数错误！未 因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成， 实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。 C 4=1找到引用源。< 目录 一、设计目的 ................................................................................................................... - 2 - 二、设计内容 ................................................................................................................... - 2 - 三、整体设计方案设计..................................................................................................... - 2 - 四、设计任务 ................................................................................................................... - 3 - 五、硬件设计及器件的工作方式选择............................................................................... - 3 - 1、硬件系统设计方框图：.................................................................................................- 3 - 2、中断实现：8259A工作方式选择及初始化..................................................................- 4 - 3、定时功能实现：8253的工作方式及初始化................................................................- 4 - 4、数码管显示及ADC的数据传输：8255的工作方式及初始化 ...................................- 5 - 5、模拟电压转换为数字量：ADC0809的初始化.............................................................- 5 - 6、地址编码实现：74LS138及逻辑器件 ..........................................................................- 6 - 7、显示功能：数码管显示.................................................................................................- 6 - 六、软件设计 ..............................................................................................................................- 7 - 1、主程序流程图.................................................................................................................- 7 - 2、中断子程序.....................................................................................................................- 7 - 3、显示子程序.....................................................................................................................- 8 - 4、初始化.............................................................................................................................- 9 - 8295A初始化流程图 ...................................................................................................- 9 - 8253初始化流程图......................................................................................................- 9 - 8255初始化流程图......................................................................................................- 9 - 5、程序清单及说明.......................................................................................................... - 10 - 七、本设计实现功能 ...................................................................................................... - 13 - 八、元件清单 ................................................................................................................. - 14 - 九、所遇问题与小结 ...................................................................................................... - 14 - 1、问题与解决.................................................................................................................. - 14 - 2、小结体会...................................................................................................................... - 15 - 附：系统硬件连线图 ............................................................................................................... - 16 - 三相电源检测系统设计三相电源检测系统设计 摘 要 本设计采用AT89C51单片机实现三相电压与电流的检测。该设计可检测三相交流电压（AC220V×3）及三相交流电流（A、B、C 线电流0～5A）。本系统的变压器、放大器、A/D 转换和计算产生的综合误差满足5%的精度要求。输出采用128×64 LCD 方式显示，单片机电源部分直接由AC220V 交流电经整流、滤波、稳压供电。系统采用数字时钟芯片和8kB 的RAM 进行存储器的扩展。 关键词关键词：：三相交流电 AD 转换 变压器 LCD 显示 8KB RAM 1.引言 当前电力电子装置和非线性设备的广泛应用，使得电网中的电压、电流波形发生严重畸变，电能质量受到严重的影响和威胁；同时，各种高性能家用电器、办公设备、精密试验仪器、精密生产过程的自动控制设备等对供电质量敏感的用电设备不断普及对电力系统供电质量的要求越来越高，电能质量问题成为各方面关注的焦点，电能质量检测是当前的一个研究热点，有必要对三相电信号进行采样，便于进一步分析控制。 目前，精度要求不高的交流数字电压表大多采用平均值原理，只能测量不失真时的正弦信号有效值，因此受到波形失真的限制而影响测量精度和应用范围。真有效值数字仪表可以测量在任何复杂波形而不必考虑波形种类和失真度的特点以及测量精确度高、频带范围宽、响应速度快的特点而得到广泛应用。提高系统的测量精度、稳定性特性是设计中的关键。 真有效值的数字电压数字电压表和以往的仪表有所不同的是可以检测波形复杂的三相交流电压电流。这些都是以单片机为基础的智能化仪表，同时充分表明单片机是一个应用于对象体系的智能化工具。 本设计用单片机进行三相电压与电流的硬件检测系统。该系统检测三相交流电压（AC220V×3）及三相交流电流（A、B、C线电流0～5A）。本系统的变压器、放大器、A/D转换和计算产生的综合精度满足5%要求。输出显示采用128×64点阵的LCD，单片机电源由AC220V交流供电通过变压与整流稳压电路实现。系统配有数字时钟芯片、8kB的RAM存储器扩展芯片。 2总体设计方案 总体设计方案框架如图2-1所示，由交流信号处理部分、A/D转换电路、51单片机控制、数据存储器电路、LCD显示电路以及稳压电源电路组成。 图2-1总体系统原理图 开关量采集电路设计 开关量采集电路适用于对开关量信号进行采集，如循环泵的状态信号、进出仓阀门的开关状态等开关量。污染源在线监控仪可采集16路开关信号，输入24V 直流电压；设定当输入范围为18~24VDC 时，认为是高电平，被监视的设备处于工作状态；当输入低于18VDC 时，认为是低电平，被监视的设备处于停止状态。 为了避免电气特性及恶劣工作环境带来的干扰，该电路采用光电耦合器TLP521对信号实现了一次电-光-电的转换，从而起到输入\输出隔离的作用。 同时，还安装有LED 工作指示灯，可以使用户对每一通路的工作情况一目了然。其中一路的开关量采集电路如图1所示： 图 1 开关量采集电路 光耦TLP521将红外发光二极管和发光三级管相互绝缘的组合在一起，发光二极管为输入回路，它将电能转换成光能；发光三极管为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离。 当输入范围为18 ~24VDC 时，认为是高电平，此时光耦导通，电阻R10、R14和发光二极管共同构成输入回路。 根据光耦导通时电流为4 ~10mA ，当输入最高电压24V 时， mA V R R mA V 42414101024<+<，即Ω<+<Ωk R R k 614104.2 当输入低于18V 时认为是低电平，此时光耦的工作电流肯定低于4m A ，此时光耦不导通,电阻 R10、 R14和R12共同构成输入回路，所以： mA R R R V 412 141018<++，即R10+R14+R12>4.5k Ω。在设计中，选择R10=R12=2k Ω,R12=1k Ω。 光耦导通的最小电流为4mA，根据光耦的电流传输比CTR(Current Transfer Ratio)为50%，指当管压降U CE足够大时，集电极电流I C与发光二极管输入电流I F的百分比，所以集电极电流I C=I F*50%=4mA* 50%=2mA，同时为了使光电三极管尽快进入饱和区，选取上拉电阻R8为4.7KΩ。 最后，为了保护光耦，防止大的输入电压突变，在限流电阻R12的两端并联肖特基二极管IN5819。 电压电流采样 前言：在学习这个主题的时候，上网查了大量的资料，但大多都是基于电网里的交流大电压和大电流的采样，我个人觉得关于交流的采样以下链接有非常详尽的介绍，而我自己也只是对其进行了较为细致的阅读 https://www.wendangku.net/doc/1716029566.html,/view/2d389e06a6c30c2259019e2f.html?from=search 因为我们队里用的直流电压最大为24V，所以接下来我就直流电压及电流的采样说一下自己的见解。 一、基本电路设计及原理学习 1、电压采集回路的设计 工作原理如下所述：从分压电阻取来的电压信号经滤波后，被单片机周期采样。将采样信号转化为0～5V的模拟电压量送给单片机的A/D采样通道，使单片机能采集到当时的电压，以便进行稳压、稳流或限压、限流调节，为控制算法的分析、处理，实现控制、保护、显示等功能提供依据。 （公式推导参见电气专业的模电书，不作详细介绍） 根据上述原理，设计电压采样电路如图下图所示 由于521－4的四个光耦制的电流放电倍数是相同的。即 即把输入电压从较大的直流电压衰减到0～5V。 2、电流采集回路的设计 电流采集的原理图如上图所示。其工作原理与电压采集的原理基本相同，区别主要在电流的输入信号为分流器输出的信号，信号范围为0－75mV，显然信号太弱，对于分辨率不高的A/D精度显然不够。通过LM324将其放大。根据放大器的工作原理，放大的倍数为β＝R63B/R61B=400K/10K=40。从而使得VI点的电压范围为0－3V，而VI点相对于AGNDW的电压与AC1点相对于AGND的电压的关系跟中，Vi点电压与AC0点电压的关系类似。在此处我们通过调节RW6，将0－75mV 的电压信号（分流器上的电压）放大到0－5V，供单片机采样。 二、自己设计（DIY） 经过一段时间的学习，我根据上述基本原理和所学知识设计了一款新的采样电路 几个常用的电压电流转换电路 I/V转换电路设计 1、在实际应用中，对于不存在共模干扰的电流输入信号，可以直接利用一个精密的线绕电阻，实现电流/电压的变换，若精密电阻R1＋Rw＝500Ω,可实现0-10mA/0-5V的I/V变换，若精密电阻R1＋Rw＝250Ω,可实现4-20mA/1-5V的I/V变换。图中R,C组成低通滤波器，抑制高频干扰，Rw用于调整输出的电压范围，电流输入端加一稳压二极管。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?（R1+Rw）（Rw可以调节输出电压范围） 缺点是：输出电压随负载的变化而变化，使得输入电流与输出电压之间没有固定的比例关系。 优点是：电路简单，适用于负载变化不大的场合， 2、由运算放大器组成的I/V转换电路 原理： 先将输入电流经过一个电阻（高精度、热稳定性好）使其产生一个电压，在将电压经过一个电压跟随器（或放大器），将输入、输出隔离开来，使其负载不能影响电流在电阻上产生的电压。然后经一个电压跟随器（或放大器）输出。C1滤除高频干扰，应为pf级电容。 电路图如下所示： 输出电压为： Vo=Ii?R4?(1+（R3+Rw） R1 ) 注释：通过调节Rw可以调节放大倍数。 优点：负载不影响转换关系，但输入电压受提供芯片电压的影响即有输出电压上限值。 要求：电流输入信号Ii是从运算放大器A1的同相输入端输入的，因此要求选用具有较高共模抑制比的运算放大器，例如，OP-07、OP-27等。R4为高精度、热稳定性较好的电阻。 V/I转换电路设计 原理： 1、V I 变换电路的基本原理： 最简单的VI变换电路就是一只电阻，根据欧姆定律：Io=Ui R ，如果保证电阻不变，输出电流与输入电压成正比。但是，我们很快发现这样的电路无法实用，一方面接入负载后，由于不可避免负载电阻的存在，式中的R发生了变化，输出电流也发生了变化；另一方面，需要输入 引言 当前，电力电子装置和非线性设备的广泛应用，使得电网中的电压、电流波形发生畸变，电能质量受到严重影响和威胁;同时，各种高性能家用电器、办公设备、精密试验仪器、精密生产过程的自动控制设备等对供电质量敏感的用电设备不断普及对电力系统供电质量 的要求越来越高，电能质量问题成为近年来各个方面关注的焦点，电能质量监测是当前国际上的一个研究热点［1］，有必要对三相电信号进行高精度采集，便于进一步分析控制，提高电能质量。对电力参数的采样方法主要有两种，即直流采样法和交流采样法。直流采样法采样的是整流变换后的直流量，软件设计简单，计算方便，但测量精度受整流电路的影响，调整困难。交流采样法则是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按一定算法进行数值处理，从而获得被测量，因而较之直流采样法更易获得高精度、高稳定性的测量结果［2］。 三相电信号采集电路设计 三相电信号采集电路框架 三相电信号采集电路的框架如图1所示。三相电压电流信号经过电压电流互感器转换为较低的电压信号。其中A相的电压信号经过波形调整成为频率与A相电压信号相同的方波信号，用于测量频率。同时将转换后方波频率信号进行频率的整数倍放大作为A/D转换的控 制信号。经过六路互感器降压后，将信号送入AD7656进行A/D转换，转换完的数字信号就可以供于DSP/MCU进行数据分析。 电压电流互感器的选用 电压/电流互感器均采用湖北天瑞电子有限公司TR系列检测用 电压输出型变换器。电压互感器采用检测用电压输出型电压变换器TR1102-1C，如图2为其结构图，规格为300V/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。电流互感器采用检测用电压输出型电流变换器TR0102-2C，规格为5A/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。 电源电路 AD7656共有两种模拟信号输入模式，一是模拟输入信号为二倍的参考电压（2.5V）即+/-5V之间，另一种是四倍的参考电压即+/-10V 之间。为提高采样的精度，本电路采用输入信号为+/-10V之间，因此需要+/-10V~+/-16.5V之间电源供电。AD7656同时需要5V的AVCC 电动车辆动力电池组电压采集电路设计 作者：张彩萍， 张承宁， 李军求 作者单位：北京理工大学机械与车辆工程学院,100081 刊名： 电气应用 英文刊名：ELECTROTECHNICAL APPLICATION 年，卷(期)：2007,26(12) 被引用次数：3次 参考文献(4条) 1.朱正动力电池组分布式管理系统设计及实车试验 2006 2.卢居霄;黄文华;陈全世电动汽车电池管理系统的多路电压采集电路设计[期刊论文]-电源技术 2006(05) 3.何朝阳;戴君蓄电池在线监测系统的设计与实现[期刊论文]-今日电子 2006(10) 4.童诗白;华成英模拟电子技术基础 2000 本文读者也读过(3条) 1.张彩萍.张承宁.李军求.张玉璞.ZHANG Cai Ping.ZHANG Cheng Ning.LI Jun Qiu.ZHANG Yu Pu电动车用动力电池状态检测与显示系统设计[期刊论文]-电子技术应用2008,34(9) 2.赵慧勇.罗永革.王保华.刘珂路.Zhao Huiyong.Luo Yongge.Wang Baohua.Liu Kelu多路电压采集单元模块仿真设计[期刊论文]-湖北汽车工业学院学报2010,24(2) 3.卢居霄.黄文华.陈全世电动汽车电池管理系统的多路电压采集电路设计[期刊论文]-电子设计应用2006(5) 引证文献(3条) 1.张彩萍.张承宁.李军求.张玉璞电动车用动力电池状态检测与显示系统设计[期刊论文]-电子技术应用 2008(9) 2.雷晶晶.李秋红.龙泽.王太宏.张金顶锂电池组单体电压精确检测方法[期刊论文]-电源技术 2012(3) 3.雷晶晶.李秋红.陈立宝.张金顶.王太宏动力锂离子电池管理系统的研究进展[期刊论文]-电源技术 2010(11)引用本文格式：张彩萍.张承宁.李军求电动车辆动力电池组电压采集电路设计[期刊论文]-电气应用 2007(12) 电流/电压转换电路 一．实验目的 掌握工业控制中标准电流信号转换成电压信号的电流/电压变换器的设计与调试。二．实验原理 在工业控制中各类传感器常输出标准电流信号4~20mA，为此，常要先将其转换成±10V ；的电压信号，以便送给各类设备进行处理。这种转换电路以4mA 为满量程的0%对应-10V ；12mA 为50%对应0V ；20mA 为100%对应+10V。参考电路见图3-20-1所示。 O 图3-20-1 电流/电压变换电路 图中A 1运放采用差动输入，其转换电压用电阻R 1两端接电流环两端，阻值用500Ω，可由二只1K Ω电阻并联实现。这样输入电流4mA 对应电压2V ，输入 电流20mA 对应电压10V 。A 1设计增益为1，对应输出电压为-2V~-10V。故要求电阻R 2,R 3,R 4和R 5+RW 阻值相等。这里选R 2=R3=R4=10KΩ；选R 5=9.1K?，R W1=2KΩ。R w1是用于调整由于电阻元件不对称造成的误差，使输出电压对应在-2V~-10V。变化范围为-2-（-10）=8V. 而最终输出应为-10V~+10V，变化范围10V-(-10V=20V，故A 2级增益为20V/8V=2.5倍，又输入电流为12mA 时，A 1输出电压为-12mA×0.5mA=-6V. 此时要求A 2输出为0V 。故在A 2反相输入端加入一个+6V的直流电压，使 A2输出为0。A 2运放采用反相加法器，增益为2.5倍。取R 6=R7=10K?，R 9=22K?，R W2=5K?，R 8=R6//R7//R9=4K?，取标称值R 8=3.9K?。 反相加法器引入电压为6V ，通过稳压管经电阻分压取得。稳压管可选稳定电压介于6~8V间的系列。这里取6V2，稳定电压为6.2V 。工作电流定在5mA 左右。电位器电流控制在1~2mA左右。这里I RW3=6.2V/2K=3.1mA。则有（12V-VZ ）/R10=IZ +IRW3 故 R 10= 12V V Z 126. 2 ==0. 71K ? I Z +I RW 35+3. 1 取标称值R 10=750?. 式中12V 为电路工作电压。 R W2用于设置改变增益或变换的斜率(4mA为-10V ，20mA 为+10，通过调整R W2使变换电路输出满足设计要求。三．设计任务 1．预习要求 熟悉有关运放的各类应用电路，按设计要求写出设计过程和调试过程及步骤。2．设计要求 电压频率与频率电压 转换电路 2011年8月24日 目录： 摘要： (2) Abstract: (2) 一、设计方案 (3) （一）、电压频率转换电路 (3) 1.基于555定时器的电压频率转换： (3) 2.基于LM331的电压频率转换： (4) （二）、频率电压转换电路 (5) 1.基于LM2907的频率电压转换： (5) 2.基于LM331的频率电压转换 (5) 二、主体电路设计 (8) 三、电路安装 (9) （一）、电压频率转换电路 (9) （二）、频率电压转换电路 (10) 四、系统调试： (10) （一）VFC: (10) （二）FVC： (11) 1 摘要： 本系统利用了LM331的原理及性能设计了频率电压以及电压频率转换电路，实现了0Hz--10kHz频率与0—10V电压的相互转换，电路简单，转换结果线性度好。 关键字：LM331 频率电压转换滤波 Abstract: The system uses the principle and characteristic of LM331 to design the frequency-to-voltage and the voltage-to- frequency conversion circuits, realizes the frequency of 0Hz--10kHz and the voltage of 0 - 10V’s transformation , the circuits are simple and result have good linearity. Key-word: LM331 frequency voltage transformation filter 2 DSP 交流采样电路设计 1．实验目的 本次实验针对电气工程及其自动化专业及测控专业。通过综合实验，使学生对所学过的DSP在继电保护中的应用有一个系统的认识，并运用自己学过的知识，自己设计模拟继电保护过程实验系统。要求用DSP完成对电网的电压的采样，然后经过DSP的处理，可以对系统继电器的跳合进行控制，自己设计，自己编程，最后自行调试，自行实现自己的设计。在整个试验过程中，摆脱以往由教师设计，检查处理故障的传统做法，由学生完全自己动手，互相查找处理故障，培养学生动手能力。学生试验应做到以下几点： 1. 通过DSP程序的设计模拟继电保护跳闸实验，进一步了解DSP在继电保护中的应用。 2. 通过实验线路的设计，计算及实际操作，使理论与实际相结合，增加感性认识，使书本知识更加巩固。 3. 培养动手能力，增强对DSP运用的能力。 4..培养分析，查找故障的能力。 5. 增加对DSP外围电路的认识。 2．实验设备 DSP板、仿真器、面包板、采样板器件，电烙铁，其它工具。 3．实验原理 1、DSP最小系统电路图 1、模拟电子线路 （一）、电流采样电路的设计 本次电流采样电路选择的电流互感器总共由两级，前一级互感器变比为4A ：1A ，第二级互感器采用TA1015-1,其变比为5A:5mA ，也就是1000:1，两级总共的互感器比例为4000:1。 即电流互感器一次侧的电流大小为4A ，二次侧的电流大小为1A ，二级互感器的二次侧电流大小为1mA 。如图3-6，在互感器二次侧并一个1K 的电阻即可将一次侧的4A 的强电流信号变换为二次侧的弱电压信号，其计算公式为: )(0.14000/4/12mA A k i i === (3-1) )(0.1101100.13322V R i u =***==- (3-2) 其峰值为： )(414.10.1222V u u p =*== (3-3) 即电流互感器二次侧输出的电压范围为-1.414V 至+1.414V ，即一次回路里的220V 的工频交流便被线性转化为-1.414V 至+1.414V 。 信号电路共有三级，第一级为偏置放大环节，它能够将交流信号调理成DSP 能准确进行AD 转换的0V 至3.3V 的直流信号。第二级为有源滤波环节，该环节能够滤去信号调理电路里的高频干扰信号。第三极为跟随环节，其输入高阻抗，输出低阻抗，进一步增加了信号调理电路的抗干扰能力。 - 常用采样电路设计方案比较 配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。 控制电路电路主电路 图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图 常用电网电压同步采样电路及其特点 1.1.1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。 图2-2 同步信号产生电路1 】 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1K ，C4=15pF，则时间常数 < 题目：温度采集电路设计 电子技术课程设计任务书 学院专业班级学生： 题目：温度采集电路的设计 课程设计从 2015年 9月 7 日起到 2015 年 12 月 20日 1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1.根据设计要求，完成对单路温度进行测量，并用数码管显示当前温度值系统硬件设计，并用电子CAD软件绘制出原理图，编辑、绘制出PCB印制版。要求： （1）原理图中元件电气图形符号符合国家标准； （2）整体布局合理，注标规范、明确、美观，不产生歧义。 （3）列出完整的元件清单(标号、型号及大小、封装形式、数量) （4）图纸幅面为A4。 （5）布局、布线规范合理，满足电磁兼容性要求。（在元件面的丝印层上，给出标号、型号或大小。所有注释信息（包括标号、型号及说明性文字）要规范、明确，不产生歧义。 2.编写并调试驱动程序。功能要求： （1）温度范围0-100℃。 （2）温度分辨率±1℃。 （3）选择合适的温度传感器。 3.撰写设计报告。 2、对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕： 课程设计说明书（报告）中图表、公式要求如下： （a）图：图的名称采用中文，中文字体为五号宋体，图名在图片下面。引用图应在图题右上角标出文献来源。图号以章为单位顺序编号。格式为：图1-1，空一字符后，接图名。 （b）表格：表的名称及表内文字采用中文，中文字体为五号宋体，表名在表格上面。表号以章为单位顺序编号，表内必须按规定的符号标注单位。格式为：表1-1，空一字符后，接表格名称。 （c）公式：公式书写应在文中另起一行，居中排列。公式序号按章顺序编号。字体为五号宋体，序号靠页面右侧。格式为：（1-1）……。 3、课程设计工作进度计划： 指导教师：日期： 教研室主任：日期： 3.4 A/D采样电路及信号调理电路 对连续信号) x,按一定的时间间隔s T抽取相应的瞬时值（即通常所 (t 说的离散化），这个过程称为采样。) x经过采样后转换为时间上离散的模拟 (t 信号) x，简称为采样信号。 (s s nT 本系统中采集的模拟量主要是交流电压/电流（计算功率用）、整流输出直流电压/电流（用作脉冲调整）等交流量和直流量，此外加调理电路的作用是把采样信号进行硬件上的定标，变成DSP的A/D口可以识别的0~电平以内的信号。 3.4.1互感器电路原理及选型 图电压互感器原理图 如图，电流型电压互感器采用星格SPT204A（2mA/2mA）,R1是熔断电阻防止电流过大烧坏互感器，R2为限流电阻将电压信号转化为2mA电流信号，R3为压敏电阻起过电压保护作用，二次侧输出为2 mA电流信号送至采样模块。 5A输入 2.5mA输出 图电流互感器原理图 如图，电流互感器采用互感器采用星格SCT254AZ，将一次侧5A交流输入转化为输出送至采样板。 3.4.2交流电压/电流采样电路 交流电压/电流采样电流采样信号来自同步变压器经霍尔电压/电流传感器的电压电流源。 为了更清楚的阐述采样电路的工作原理，首先需对电路中的重要器件LM358作简要说明： LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 （1）交流电压采样电路整流器的输入是三相三线制，无中线，交流电压采集的是经过电流型电压互感器后的交流电流信号,以A相采样电路为例，如下图所示，输入电压经过放大电路电压跟随之后，叠加+的直流量，确保正弦电压的负半周上移到DSP能处理的单极性电压信号+电压范围之内： 图交流采样电路 Rd0为熔断电阻,防止电流过大；Rd1, Rd2为限流电阻，LM358作电压跟随。滑动变阻器Wd0另一侧输入+电压，将电压信号变为单极性信号；电容Cd2、Cd3起去耦作用;电阻Rd3为限流电阻，限定电路的工作电流.，使电路在一个合适的工作状态下运行。稳压管Dd0电压设为3V,使得ADCINB1口的输出电压基本稳定在3V及其以下。采样之后的信号送至TMS320F2812的A/D口进行处理。 (2) 交流电流采样电路交流电流采样电路与电压采样原理基本相同，但相比较而言，电流采样电路更为复杂，同样以A相电流采样为例，采样电路图如下图所示： 详细解析电流采样电路的设计 电流采样电路的设计 文中研制了一套模拟并网发电系统，实现了频率跟踪、最大功率跟踪、相位跟踪、输入欠压保护、输出过流保护、反孤岛效应等功能；采用Atmega16高速单片机，实现了内部集成定时、计数器功能；利用定时器T／C2的快速PWM功能，实现SPWM信号的产生；采用T／C1的输入捕获功能，实现了频率相位监测和跟踪以及对失真度、输入电压、输出电流等物理量的检测与控制。 1 整体方案设计设计采用Atmega16单片机为主体控制电路，工作过程为：与基准信号同频率、同相位正弦波经过SPWM调制后，输出正弦波脉宽调制信号，经驱动电胳放大，驱动H桥功率管工作，经过滤波器和工频变压器产生于基准信号通频率、同相位的正弦波电流。其中，过流、欠压保护由硬件实现，同步信号采集、频率的采集、控制信号的输出等功能，均由Atmega16完成。系统总体设计框图如图1所示。 2 硬件电路设计分为DC／AC驱动电路、DC／AC电路和滤波电路3部分和平滑电容C1，电路原理如图2所示。 是由R1、R2、R3、R4、R5、R6、Q3、Q4、P3和P4组成，其中P3和P4是控制信号输入端，R3和R4为限流电阻。集电极的电流直接影响波形上升沿的陡峭度，集电极电流越大输出的波形越陡峭。因为R2和R1与集电极pn节的寄生电容形成了一个RC充放电的时间常数，集电极pn结的寄生电容无法改变，只有通过改变R1和R2的值来改变时间常数，所以R1和R2值越小，Q3和Q4的集电极电流就越大；RC的充电时间常数越小，波形的上升沿越陡峭，而增加集电极电流，会增加系统的功耗，权衡利弊选择一个合适的值。其次，射级pn结的寄生电容也会影响Q3和Q4的关断时间和波形上升沿的陡峭度。所以在驱动电路中各加了一个放电回路，即拉地电阻R5和R6，R5和R6的引入，加快了Q3和Q4的关闭速度，这样就使集电极的波形更陡峭。同样在保证基极射极pn不损坏的条件下，基极的电流也是越大越好，但也会带来损耗问题，权衡利弊选择一个合适的值。关于两个电阻的取值，这里假设三极管的放大倍数为β，基极电流Ib，集电极电流Ic，流过电流采样电路的设计
各种电压电流采样电路设计
常用电流和电压采样电路
电压采集电路设计.(DOC)
三相电源检测
开关量采集电路设计
电压电流采样
几个常用的电压电流转换电路
三相电信号采集电路设计方案
电动车辆动力电池组电压采集电路设计
电流-电压变换电路.
电压频率与频率电压转换电路
DSP交流采样电路设计..
电压电流采样电路设计
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详细解析电流采样电路的设计