电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路，包括：依次连接的电流互感器、信号调理电路、限幅器、A/D转换器和CPU，信号调理电路包括依次连接的前置放大器、主放大器、自适应放大器，前置放大器与电流互感器连接，自适应放大器与限幅器连接，主放大器与自适应放大器之间的节点连接三条支路，每条支路上均设有依次连接的平均值提取电路、电压比较器，平均值提取电路连接到自适应放大器的输入端，电压比较器通过第一电平转换器与多路转换开关连接。该电路具有多级电压比较器的自动电平判别和编码电路，能够为放大器自动选择合适的反馈电阻和放大倍数，在提高宽范围电流信号测量精度的同时有更快的测量速度。
【专利说明】电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于电力系统模拟量测量领域，尤其涉及电力系统内宽范围电流 的高精度快速测量电路。
【背景技术】
[0002]电力系统的电流是反映电力系统运行状态的重要参数，电力系统在正常运行时需 要获得电流值来进行电力系统的各种分析计算，故障时也要获得电流值来实现各种继电保 护功能以保护系统和设备的安全，所以电流测量设备是电力系统必需设备之一。但是由于 电流大小受用户设备工作状况影响，电流值在正常运行时的变化范围很大。普通测量设备 只能保证在电流额定值附近有较高测量精度，而当电流值在宽范围内变化时测量精度会降 低。研究对于对从零到额定值甚至更宽范围的电流都具有较高测量精度的设备，具有重要 意义和实用价值。
[0003]为了实现在宽范围具有较高的电流测量精度，目前电力领域的解决方案是采用两 套电路，一套电路负责提供监视和计量用电流值，其精度很高，但是适应电流范围小，通常 是零到额定电流；另一套电路负责提供保护需要的电流值，其精度比前者稍差，但是适应电 流范围大，可以是零到几十倍额定电流。
[0004]在工业测量仪表领域，目前可以采用自动量程技术来提高宽范围信号的测量精 度。其主要原理是首先对信号进行初步测量，估计其大致数值，然后相应调整放大器的放大 倍数，使之与A/D转换器的量程达到最佳匹配，从而提高测量精度。但是该方案需要软硬件 配合对信号进行两次甚至多次测量，需要逐步尝试以达到最佳放大倍数，因此影响了测量 速度。
[0005]总而言之，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是:如何能够准确 且快速地实现宽范围电流信号的测量。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供电力系统内宽范围电流的高精度 快速测量电路。本实用新型的基本思想也是通过调整放大器的放大倍数来提高宽范围电流 信号的测量精度，但是改进之处在于对电流信号数值范围判断不是通过A/D转换和软件估 计，而是通过硬件电压比较器自动完成的，因此本实用新型能够完全依靠硬件电路自动调 整到最佳放大倍数，只需要一次测量就得到电流的准确值。这样不但达到了对宽范围电流 的精确测量要求，而且大大提高了测量速度。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路，包括:电流互感器，所述电流互感 器将电力电流变换成小电流信号后传输给信号调理电路，信号调理电路将电流信号进行调 理后变成电压信号传输给限幅器，所述限幅器将信号传输给A/D转换器，所述A/D转换器对 信号进行模数转换后将数据传输给CPU (中央处理器)；[0009]所述信号调理电路包括:前置放大器，所述前置放大器将电流信号转换成电压信号并送入主放大器，主放大器将信号进一步放大后送入自适应放大器，自适应放大器的信号会传输给限幅器，同时主放大器进一步放大的信号还会经过三个平均值提取电路，通过三个平均值提取电路后得到的电压平均值分别传输给三个电压比较器，通过三个电压比较器比较后，三个电压比较器分别输出高/低电平，并均分别将高/低电平传输给两个电平转换器，其中第一电平转换器将转换后的信号传输给多路转换开关，所述多路转换开关还接收自适应放大器的输出。第二电平转换器将转换后的信号传输给CPU。
[0010]所述平均值提取电路包括三条并联的支路，第一条支路和第二条支路上均设有两个串联的二极管，第三条支路上设有电容C，所述第一条支路上的第一二极管Dl的正极接输入端，所述第一二极管Dl的正极还连接第三二极管的负极，所述第一二极管Dl的负极连接输出端，所述第三二极管D3的正极接地，所述第二条支路上的第二二极管D2的正极接输入端，所述第二二极管D2的正极还连接第四二极管D4的负极，所述第二二极管D2的负极连接输出端，所述第四二极管D4的正极接地，所述电容C的两端分别接地和输出端。
[0011 ] 所述电平转换器包括三条相同的电平转换电路，每条电平转换电路设有三极管，所述三极管的基极通过第一电阻与输入端连接，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过第二电阻连接电源(其中，第一电平转换器连接电源VDD，第二电平转换器连接电源VCC)，所述三极管的集电极与输出端连接。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]1、在解决宽范围电流测量问题时，为自适应放大器配置多个不同的反馈电阻，可以根据输入电压信号的电平大小自动选用合适的反馈电阻，调整放大器的放大倍数，从而提高测量精度。
[0014]2、通过设置多个电压比较器，不需要像传统方法那样先进行一次或多次A/D转换和软件估算后再调整放大倍数和进行最终A/D转换，而是利用全硬件的自动电平判别和编码电路一次性调整好放大倍数，从而在提高测量精度的同时具有更快的测量速度。
[0015]3、本实用新型介绍测量方法时为简洁易懂是以三个电压比较器为例，但实际也能够支持更多个电压比较器，从而进一步提高测量精度，因此具有良好的扩展性和推广应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1本实用新型的原理示意图；
[0017]图2本实用新型的实施例图；
[0018]图3平均值提取电路示意图；
[0019]图4第一电平转换器示意图；
[0020]图5第二电平转换器示意图；
[0021]其中，1、电流互感器，2、前置放大器，3、主放大器，4、自适应放大器，5、限幅器，6、A/D转换器，7、CPU，8、平均值提取电路，9、电压比较器，10、第一电平转换器，11、多路转换开关，12、第二电平转换器。
【具体实施方式】[0022]下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
[0023]如图1和2所示，电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路，包括:依次连接 的电流互感器1、信号调理电路、限幅器5、A/D转换器6和CPU7，
[0024]所述信号调理电路包括依次连接的前置放大器2、主放大器3、自适应放大器4，所 述前置放大器2与电流互感器I连接，所述自适应放大器4与限幅器5连接，
[0025]所述主放大器3与自适应放大器4之间的节点连接三条支路，每条支路上均设有 依次连接的平均值提取电路8、电压比较器9，其中所述平均值提取电路8连接到自适应放 大器4的输入端，电压比较器9通过第一电平转换器10与多路转换开关11连接，多路转换 开关11与自适应放大器4的输出端连接；每个电压比较器9还通过第二电平转换器12与 CPU7连接。
[0026]如图3所示，所述平均值提取电路8包括三条并联的支路，第一条支路和第二条支 路上均设有两个串联的二极管，第三条支路上设有电容C，所述第一条支路上的第一二极管 Dl的正极接输入端，所述第一二极管Dl的正极还连接第三二极管的负极，所述第一二极管 Dl的负极连接输出端，所述第三二极管D3的正极接地，所述第二条支路上的第二二极管D2 的正极接输入端，所述第二二极管D2的正极还连接第四二极管D4的负极，所述第二二极管 D2的负极连接输出端，所述第四二极管D4的正极接地，所述电容C的两端分别接地和输出 端。
[0027]如图4和图5所示，所述电平转换器包括三条相同的电平转换电路，每条电平转换 电路设有三极管，所述三极管的基极通过第一电阻与输入端连接，所述三极管的发射极接 地，所述三极管的集电极通过第二电阻连接电源(其中，第一电平转换器连接电源VDD，第二 电平转换器连接电源VCC)，所述三极管的集电极与输出端连接。
[0028]上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新 型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领 域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范 围以内。
【权利要求】
1.电力系统内宽范围电流的高精度快速测量电路，其特征是，包括:电流互感器，所述电流互感器将电力电流变换成小电流信号后传输给信号调理电路，信号调理电路将电流信号调理转换为电压信号后传输给限幅器，所述限幅器将信号传输给A/D转换器，所述A/D转换器对电流进行模数转换后将数据传输给CPU ； 所述信号调理电路包括:前置放大器，所述前置放大器将电流信号转换成电压信号并送入主放大器，主放大器将信号进一步放大后送入自适应放大器，自适应放大器的信号会传输给限幅器，同时主放大器进一步放大的信号还会经过三个平均值提取电路，通过三个平均值提取电路后得到的电压平均值分别传输给三个电压比较器，通过三个电压比较器比较后，三个电压比较器分别输出高/低电平，并均分别将高/低电平传输给两个电平转换器，其中第一电平转换器将转换后的信号传输给多路转换开关，所述多路转换开关还接收自适应放大器的输出，为自适应放大器自动调整放大倍数，第二电平转换器将转换后的信号传输给CPU。
2.如权利要求1所述的测量电路，其特征是，所述平均值提取电路包括三条并联的支路，第一条支路和第二条支路上均设有两个串联的二极管，第三条支路上设有电容C，所述第一条支路上的第一二极管Dl的正极接输入端，所述第一二极管Dl的正极还连接第三二极管的负极，所述第一二极管Dl的负极连接输出端，所述第三二极管D3的正极接地，所述第二条支路上的第二二极管D2的正极接输入端，所述第二二极管D2的正极还连接第四二极管D4的负极，所述第二二极管D2的负极连接输出端，所述第四二极管D4的正极接地，所述电容C的两端分别接地和输出端。
3.如权利要求1所述的测量电路，其特征是，所述电平转换器包括三条相同的电平转换电路，每条电平转换电路设有三极管，所述三极管的基极通过第一电阻与输入端连接，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过第二电阻连接电源，所述三极管的集电极与输出端连接。
【文档编号】G01R19/25GK203444012SQ201320552439
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】黄振华, 张大海, 田质广, 魏恒胜, 郑玉实, 张刚, 赵秉聪 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司临沂供电公司, 山东大学, 临沂大学