一种SPWM交流电压采样电路及采样系统的制作方法

本实用新型涉及一种SPWM交流电压采样电路及采样系统。

背景技术：

输出电压是电源类系统一个至关重要的参数，在输出三相交流电压的电源设备中，能否检测三相交流电压，对电源控制系统的控制精度及电源设备的运行与保护至关重要。

目前，主要通过交流电压采样电路对交流电压进行检测，电源类产品中主要检测经LC滤波电路滤波后的输出交流电压，而无法检测含有高次谐波SPWM交流电压。主要的交流采样电路有三种：(1)基于电压互感器或变压器的交流电压采样电路，通过原副边变比来确定输入的交流电压值，该方案成本高、占用PCB面积大，线性度一致性不好，采样精度低且不安全；(2)利用桥式整流检测交流电压电路，该方案缺点是负载较重时，整流后的电压会下降，影响对电压的采样，检测电压误差大，可靠性较差；(3)差分放大模式的电压采样电路，通过在交流电压输入端串联电阻进行分压，经运放放大器处理后，输出交流采样信号，如申请号CN201520534951.7、CN201220155201.5的专利通过该种方法对市电输入电压进行电压采样，应用在家电电控系统中。

目前一般使用的交流电压采样电路，如基于电压互感器或变压器的交流电压采样电路、利用桥式整流检测交流电压电路等，输出的电压采样信号仅包含输入交流电压的峰值或有效值，不能包含输入电压的全部波形信息。而申请号为CN201520534951.7、CN201220155201.5的专利，公开了市电输入电压的电压采样电路，该种电路不可实现对SPWM交流电压的采样，且基准电压由一般电源电压经电阻分压获得，采样信号精度较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种SPWM交流电压采样电路及采样系统，其能有效检测SPWM交流电压并进行采样，输出交流电压采样信号，并便于传递给DSP控制器进行系统控制。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种SPWM交流电压采样电路，包括：用于连接SPWM三相交流中任意两相的高阻隔离分压单元，与该高阻隔离分压单元相连的一级RC滤波单元；一交流电压运放处理单元的两输入端分别与一级RC滤波单元、基准电压单元的输出端相连；以及所述交流电压运放处理单元的输出端依次通过二级RC滤波单元、采样信号处理单元输出交流电压采样信号。

进一步，所述高阻隔离分压单元包括：电阻R2、电阻R3、电阻R5和电阻R6；其中SPWM三相交流中任意两相分别通过电阻R3和电阻R6接入，且电阻R3、电阻R6分别通过电阻R5、电阻R2与交流电压运放处理单元中运算放大器U1的反相端、同相端相连；以及所述电阻R3、电阻R6均采用MΩ级电阻。

进一步，所述一级RC滤波单元包括：电容C1和电容C2；其中电容C1的一端连接运算放大器U1的反相端，其另一端连接电阻R2与电阻R3的连接点；以及电容C2的一端连接运算放大器U1的同相端，其另一端连接电阻R5与电阻R6的连接点。

进一步，所述基准电压单元包括：由电阻R1和电阻R7构成的串联电路，且电源VCC从电阻R7端接入，电阻R1端连接运算放大器U1的同相端；以及所述电阻R1与电阻R7之间的连接点对地连接一电压基准芯片U2，且该电压基准芯片U2的两端并联电容C3。

进一步，所述交流电压运放处理单元包括：电阻R4，该电阻R4作为运算放大器U1的反馈电阻，其两端分别连接运算放大器U1的反相端和输出端。

进一步，所述运算放大器U1的同相端与反相端之间还连接有低漏双向钳位二极管D1。

进一步，所述二级RC滤波单元包括：电阻R8、电容C4，其中电阻R8的第一端与运算放大器U1的输出端相连，且第二端通过电容C4接地。

进一步，所述采样信号处理单元包括：电阻R9，该电阻R9的一端与电阻R8的第二端相连，电阻R9的另一端与地相连，以及将所述电阻R8的第二端作为SPWM交流电压采样电路的输出端。

又一方面，本实用新型还提供了一种采样系统。

所述采样系统包括所述的SPWM交流电压采样电路，该交流电压采样电路将交流电压采样信号输入至DSP控制器中。

本实用新型的有益效果是，本实用新型对含有SPWM高次谐波的交流电压进行采样，输出一种包含输入电压全部波形信息，包含正负峰值、频率、相位、波形等的交流电压采样信号，传输到DSP控制器中对整个控制系统进行控制。该电路采用单电源运放，电路简单，输出采样信号精度高、干扰小，且包含输入电压全波信息。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本SPWM交流电压采样电路的原理框图；

图2为本SPWM交流电压采样电路的电路原理图；

图3为本SPWM交流电压采样电路的输入、输出电压波形比较示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种SPWM交流电压采样电路，包括：用于连接SPWM三相交流中任意两相的高阻隔离分压单元，与该高阻隔离分压单元相连的一级RC滤波单元；一交流电压运放处理单元的两输入端分别与一级RC滤波单元、基准电压单元的输出端相连；以及所述交流电压运放处理单元的输出端依次通过二级RC滤波单元、采样信号处理单元输出交流电压采样信号。

作为高阻隔离分压单元的一种可选的实施方式，所述高阻隔离分压单元包括：电阻R2、电阻R3、电阻R5和电阻R6；其中SPWM三相交流中任意两相分别通过电阻R3和电阻R6接入，且电阻R3、电阻R6分别通过电阻R5、电阻R2与交流电压运放处理单元中运算放大器U1的反相端、同相端相连；以及所述电阻R3电阻R6均采用MΩ级电阻，以实现SPWM交流电压的输入端与本高阻隔离分压单元的高阻隔离作用，并经过电阻分压，将分压后的电压输入到一级RC滤波单元中进行滤波处理。

作为一级RC滤波单元的一种可选的实施方式，所述一级RC滤波单元包括：电容C1和电容C2；其中电容C1的一端连接运算放大器U1的反相端，其另一端连接电阻R2与电阻R3的连接点；以及电容C2的一端连接运算放大器U1的同相端，其另一端连接电阻R5与电阻R6的连接点。本一级RC滤波单元可实现输入交流电压的滤波，滤除大部分输入交流电压中的SPWM高次谐波，经滤波后的交流电压进入交流电压运放处理单元进行电压转换。

作为基准电压单元的一种可选的实施方式，所述基准电压单元包括：由电阻R1和电阻R7构成的串联电路，且电源VCC从电阻R7端接入，电阻R1端连接运算放大器U1的同相端；以及所述电阻R1与电阻R7之间的连接点对地连接一电压基准芯片U2，且该电压基准芯片U2的两端并联电容C3。该基准电压单元提供交流电压采样电路的基准电压Vref，该基准电压Vref精度由电压基准芯片U2精度决定，要求其精度高，该基准电压Vref决定了输出电压采样信号的精度。

作为交流电压运放处理单元的一种可选的实施方式，所述交流电压运放处理单元包括：电阻R4，该电阻R4作为运算放大器U1的反馈电阻，其两端分别连接运算放大器U1的反相端和输出端。该交流电压运放处理单元可将一级RC滤波电路输出的交流电压及基准电压进行运放处理，并输出交流电压采样信号到二级RC滤波单元进行二次滤波处理。

进一步，所述运算放大器U1的同相端与反相端之间还连接有低漏双向钳位二极管D1，以起到保护运算放大器U1两输入端的效果。

作为二级RC滤波单元的一种可选的实施方式，所述二级RC滤波单元包括：电阻R8、电容C4，其中电阻R8的第一端与运算放大器U1的输出端相连，且第二端通过电容C4接地。本二级RC滤波单元实现交流电压运放处理单元输出的交流采样信号的滤波作用，进一步滤除信号中的SPWM高次谐波及信号干扰。

作为采样信号处理单元的一种可选的实施方式，所述采样信号处理单元包括：电阻R9，该电阻R9的一端与电阻R8的第二端相连，电阻R9的另一端与地相连，以及将所述电阻R8的第二端作为SPWM交流电压采样电路的输出端。本采样信号处理单元把二级RC滤波电路输出的交流采样信号进一步处理为系统需要的交流采样信号mV，并将该信号输出到DSP控制器ADC接口，本采样信号处理单元可实现采样信号的最终转换，前级信号可保留较强信号，如此处理，可保证信号传输过程中衰减小，误差小。

具体工作中，SPWM交流电压两输入端SPWM_U、SPWM_V经高阻隔离分压单元输入电压，该电压经一级RC滤波单元滤除大部分SPWM高次谐波后，与基准电压Vref一起进入交流电压运放处理单元进行比例运算及处理，输出带有基准电压直流分量的交流采样电压，该电压进入二级RC滤波单元中进一步滤波处理，滤除采样电压中残余的SPWM高次谐波和信号干扰，经再次滤波处理的电压采样信号，进入采样信号处理电路，处理为系统控制芯片(DSP控制器)需要的交流电压采样信号mV输出。

通过具体实施例，更为直观的认识该SPWM交流电压采样电路输出电压采样信号的精确度及含有的全波信息，现给出简化应用例。

假设SPWM交流电压为含有SPWM高次谐波的正弦波电压，该正弦波电压峰值为Um，为简化计算，作如下处理：

当R1＝R4，R2＝R5，R3＝R6，R8＝R9时，

当(R2+R3)/R1＝Um/2时，

交流电压采样信号mV为SPWM交流电压的全波信号，其中可得到的参数包括：电压的正负峰值、均值、有效值、频率、相位等，便于后续系统中多样化应用。

输出交流电压采样信号的基准为1/2Vref，当Vref＞2时，mV＞0，输出交流电压采样信号只有正电压值，因此，运算放大器U1的输入端不含有负电压，运算放大器U1可采用单电源供电，该电路可实现电源供电方案的简化；其中基准电压Vref的精度影响到采样信号mV的精度，故基准电压精度要求高，可通过电压基准芯片实现。

本电路中采用的前后两级RC滤波，可实现带有SPWM高次谐波的交流电压的滤波采样，该滤波方案下电压采样信号相位偏移小，谐波干扰小，可得到理想的交流电压采样信号；

该方案中SPWM交流电压采样电路的前级为较强信号，经采样信号处理单元输出后采样系统需要交流电压采样信号，且通过电路中电阻值的匹配可使交流电压采样信号精度高，幅值衰减小。

实施例2

在实施例1基础上，本实用新型还提供过了一种采样系统。

所述采样系统包括如实施例1所述的SPWM交流电压采样电路，该交流电压采样电路将交流电压采样信号输入至DSP控制器中。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。