交流采样电路的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体来说涉及一种交流采样电路。

背景技术：

由于交流电压的方向和幅值随时间不断的变化，对交流电压进行采样时通常直接将高电压值转成低电压值，交流电压采样范围小，同时进行交流电压和相位的采样，导致所采样的交流电压误差较大。且采用整流二极管进行交流电压整流后，配合过零检测交流电压和相位采样的方法，整流后需要连接较大的负载，同时整流二极管的压降会导致电压整流后无法到达零点，使得交流电压采样的精度降低。

技术实现要素：

为了解决交流电压或交流电流采样范围小，采样误差大和采样精度较低的技术问题，本发明提出一种交流采样电路。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种交流采样电路，包括用于将来自交流输入的宽范围交流电压或宽范围交流电流先转换成小范围交流电流再转换成小范围交流电压的宽电压转换电路、用于将小范围交流电压转换成一定范围的直流电压的整流抬升电路、用于对直流电压同相放大并输出采样电压的电压放大电路、用于对采样电压进行延时、滤波及跟随处理的延时滤波跟随电路、用于对采样电压进行输出保护处理的输出保护电路和与所述输出保护电路的输出端相连接的电压输出。

进一步的，所述宽电压转换电路用于将来自交流输入的宽范围交流电压先转换成小范围交流电流再转换成小范围交流电压，所述宽电压转换电路包括第一电阻、电压互感器和第二电阻，所述第一电阻串联于所述交流输入与所述电压互感器的一次侧之间，所述电压互感器的二次侧与所述第二电阻并联后作为所述宽电压转换电路的输出端与所述整流抬升电路的输入端相连接。

进一步的，所述宽电压转换电路用于将来自交流输入的宽范围交流电流先转换成小范围交流电流再转换成小范围交流电压，所述宽电压转换电路包括第一电阻、电流互感器和第二电阻，所述第一电阻串联于所述交流输入与所述电流互感器的一次侧之间，所述电流互感器的二次侧与所述第二电阻并联后作为所述宽电压转换电路的输出端与所述整流抬升电路的输入端相连接。

进一步的，所述整流抬升电路包括第一电容、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻一端与所述第四电阻一端串联，所述第三电阻另一端接电源，所述第四电阻的另一端接地，所述第一电容的正向端与所述第三电阻和所述第四电阻串联中点相连接，交点作为所述整流抬升电路的输出端与所述电压放大电路的输入端相连接，所述第一电容的负向端作为所述整流抬升电路的输入端与所述宽电压转换电路的输出端相连接。

进一步的，所述电压放大电路包括第一运算放大器、第五电阻、第六电阻，所述第一运算放大器的反相端与所述第五电阻一端及所述第六电阻一端相连接，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的另一端接地并与所述第一运算放大器的输出端相连接，所述第一运算放大器的正相端作为所述电压放大电路的输入端与所述整流抬升电路的输出端相连接，所述第一运算放大器的输出端作为所述电压放大电路的输出端与所述延时滤波跟随电路的输入端相连接。

进一步的，所述电压放大电路还包括第二电容、第三电容和第七电阻，所述第二电容串联于所述第五电阻的另一端与地之间，所述第三电容串联于第六电阻的另一端与地之间，所述第七电阻一端与所述第一运算放大器的输出端串联，所述第七电阻的另一端作为所述电压放大电路的输出端。

进一步的，所述延时滤波跟随电路包括延时电路、滤波电路和跟随电路，所述延时电路的输入端作为所述延时滤波跟随电路的输入端与所述电压放大电路的输出端相连接，所述延时电路的输出端与所述滤波电路的输入端相连接，所述滤波电路的输出端与所述跟随电路的输入端相连接，所述跟随电路的输出端作为所述延时滤波跟随电路的输出端与所述输出保护电路的输入端相连接。

进一步的，所述延时电路包括第八电阻和第四电容，所述滤波电路包括第九电阻和第五电容，所述跟随电路包括第二运算放大器，所述第八电阻一端与所述第四电容一端串联，所述第八电阻另一端接地，所述第四电容另一端与所述第二运算放大器的输出端相连接，所述第九电阻的一端与所述第八电阻一端和所述第四电容一端串联的交点相连接，所述第九电阻的另一端与所述第二运算放大器的正向端及所述第五电容一端相连接，所述第五电容的另一端接地，所述第二运算放大器的反向端与所述第二运算放大器的输出端相连接，所述第二运算放大器的输出端为所述跟随电路的输出端，所述第八电阻一端和所述第四电容一端串联的交点为所述延时电路的输入端。

进一步的，所述输出保护电路包括第十电阻、所述第一开关二极管、第二开关二极管，所述第一开关二极管的阳极与所述第二开关二极管的阴极串联，所述第一开关二极管的阴极接入电路公共接地端电压，所述第二开关二极管的阳极接地，所述第十电阻的一端作为所述输出保护电路的输入端与所述延时滤波跟随电路的输出端相连接，所述第十电阻的另一端与所述第一开关二极管的阳极与所述第二开关二极管的阴极串联的交点相连接，所述第十电阻的另一端作为所述输出保护电路的输出端与所述电压输出相连接。

进一步的，所述输出保护电路还包括第十一电阻和第六电容，所述第十一电阻串联于所述第十电阻的另一端与所述电压输出之间，所述第六电容的一端接入所述第十一电阻与所述电压输出之间，所述第六电容的另一端接地。

本发明的有益效果是：本发明提供一种交流采样电路，先通过宽电压转换电路将宽范围交流电压或宽范围交流电流转换成小范围交流电流再转换成小范围交流电压，并送入整流抬升电路，然后通过整流抬升电路将小范围交流电压转换成一定范围的直流电压并送入电压放大电路，最后，通过电压放大电路对直流电压同相放大并输出采样电压，提高了交流电压的采样范围，且通过在电压放大电路和跟随电路之间设计延时电路与滤波电路，保证了采样电压的精确度的准确性及稳定性，通过输出保护电路对采样电压进行输出保护处理，保证了采样电压输出的稳定精确。因此，本发明具有电路连接简单，抗干扰能力强，电压输入范围广，采样电路稳定好、精确度高，电压输出范围可调等优点。

附图说明

图1为本发明交流输入为交流电压的交流采样电路的电路图；

图2为本发明交流输入为交流电流的交流采样电路的电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。其中所说的结构或面的上面或上侧，包含中间还有其他层的情况。

实施例1

如图1所示，一种交流采样电路，包括用于将来自交流输入的宽范围交流电压先转换成小范围交流电流再转换成小范围交流电压的宽电压转换电路、用于将小范围交流电压转换成一定范围的直流电压的整流抬升电路、用于对直流电压同相放大并输出采样电压的电压放大电路、用于对采样电压进行延时、滤波及跟随处理的延时滤波跟随电路、用于对采样电压进行输出保护处理的输出保护电路和与所述输出保护电路的输出端相连接的电压输出。

宽电压转换电路用于将来自交流输入Ui的宽范围交流电压先转换成小范围交流电流再转换成小范围交流电压，以提高电压的采样范围，优选的，参见图1，所述宽电压转换电路包括第一电阻R1、电压互感器T1和第二电阻R2，所述第一电阻 R1串联于所述交流输入Ui与所述电压互感器T1的一次侧之间，所述电压互感器T1的二次侧与所述第二电阻R2并联后作为所述宽电压转换电路的输出端与所述整流抬升电路的输入端相连接。更优的，电压互感器T1是一种电流型互感器，第一电阻R1是高精度电阻，第二电阻R2是高精度电阻；这样，交流电压输入Ui与第一电阻R1连接，可以将宽范围交流电压值转成小范围交流电流值，并输入电压互感器一次侧，电压互感器二次侧与第二电阻R2相连，可以将小范围交流电流值转换成小范围交流电压值，以使交流采样电路适用更宽范围的交流电压输入，从而提高电压的采样范围。上述优选实施例中，宽电压转换电路包括第一电阻R1、电压互感器T1和第二电阻 R2，但不限于此，还可以设计相同作用的电路，以实现将来自交流输入Ui的宽范围交流电压先转换成小范围交流电流再转换成小范围交流电压的功能。

整流抬升电路用于将小范围交流电压转换成一定范围的直流电压，以保证采样精度，优选的，参见图1，所述整流抬升电路包括第一电容C1、第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻一端与所述第四电阻一端串联，所述第三电阻另一端接电源VCC，所述第四电阻的另一端接地，所述第一电容的正向端与所述第三电阻和所述第四电阻串联中点相连接，交点作为所述整流抬升电路的输出端与所述电压放大电路的输入端相连接，所述第一电容的负向端作为所述整流抬升电路的输入端与所述宽电压转换电路的输出端相连接。其中第一电容C1为整流电容，比如是一种钽电容，第三电阻和第四电阻串联将电源VCC分压，这样，可以将交流电压转成一定范围的直流电压值，从而保证了采样精度。上述优选实施例中，整流抬升电路包括第一电容C1、第三电阻R3和第四电阻R4，但不限于此，也可根据实际需要设计相同作用的电路，以将小范围交流电压转换成一定范围的直流电压的功能。

电压放大电路用于对直流电压同相放大并输出采样电压，优选的，参见图1，所述电压放大电路包括第一运算放大器U1、第五电阻R5、第六电阻R6，所述第一运算放大器的反相端与所述第五电阻一端及所述第六电阻一端相连接，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的另一端接地并与所述第一运算放大器的输出端相连接，所述第一运算放大器的正相端作为所述电压放大电路的输入端与所述整流抬升电路的输出端相连接，所述第一运算放大器的输出端作为所述电压放大电路的输出端与所述延时滤波跟随电路的输入端相连接。作为一种优选实施例，上述电压放大电路包括第一运算放大器U1、第五电阻R5、第六电阻R6，但不限于此，也可根据实际需要设计相同作用的电路，以对直流电压同相放大并输出采样电压。比如，更优选的，所述电压放大电路还包括第二电容C2、第三电容 C3和第七电阻R7，所述第二电容串联于所述第五电阻的另一端与地之间，所述第三电容串联于第六电阻的另一端与地之间，所述第七电阻一端与所述第一运算放大器的输出端串联，所述第七电阻的另一端作为所述电压放大电路的输出端。其中，第二电容C2、第三电容C3起到滤波作用，第七电阻R7 在电路中起到调整输入阻抗的作用。

延时滤波跟随电路用于对电压放大电路输出的采样电压进行延时、滤波及跟随处理，优选的，参见图1，所述延时滤波跟随电路包括延时电路、滤波电路和跟随电路，所述延时电路的输入端作为所述延时滤波跟随电路的输入端与所述电压放大电路的输出端相连接，所述延时电路的输出端与所述滤波电路的输入端相连接，所述滤波电路的输出端与所述跟随电路的输入端相连接，所述跟随电路的输出端作为所述延时滤波跟随电路的输出端与所述输出保护电路的输入端相连接。优选的，所述延时电路包括第八电阻R8和第四电容C4，所述滤波电路包括第九电阻R9和第五电容C5，所述跟随电路包括第二运算放大器U2，所述第八电阻一端与所述第四电容一端串联，所述第八电阻另一端接地，所述第四电容另一端与所述第二运算放大器的输出端相连接，所述第九电阻的一端与所述第八电阻一端和所述第四电容一端串联的交点相连接，所述第九电阻的另一端与所述第二运算放大器的正向端及所述第五电容一端相连接，所述第五电容的另一端接地，所述第二运算放大器的反向端与所述第二运算放大器的输出端相连接，所述第二运算放大器的输出端为所述跟随电路的输出端，所述第八电阻一端和所述第四电容一端串联的交点为所述延时电路的输入端。这样，在电压放大电路和跟随电路之间设计延时电路与滤波电路，保证了采样电压的精确度的准确性及稳定性。

输出保护电路用于对采样电压进行输出保护处理，以保证采样电压输出的稳定精确。优选的，参见图1，所述输出保护电路包括第十电阻R10、所述第一开关二极管D1、第二开关二极管D2，所述第一开关二极管D1的阳极与所述第二开关二极管D2的阴极串联，所述第一开关二极管的阴极接入电路公共接地端电压VSS，所述第二开关二极管的阳极接地，所述第十电阻的一端作为所述输出保护电路的输入端与所述延时滤波跟随电路的输出端相连接，所述第十电阻的另一端与所述第一开关二极管D1的阳极与所述第二开关二极管D2的阴极串联的交点相连接，所述第十电阻的另一端作为所述输出保护电路的输出端与所述电压输出相连接。输出保护电路还包括第十一电阻R11和第六电容C6，所述第十一电阻串联于所述第十电阻的另一端与所述电压输出之间，所述第六电容的一端接入所述第十一电阻与所述电压输出之间，所述第六电容的另一端接地。其中，第一开关二极管D1、第二开关二极管D2，在电路中起到保护输出电压作用，第十电阻R10在电路中是调整输入阻抗作用，第十一电阻R11、第六电容C6组成滤波电路，起到输出电压滤波作用，保证输出电压的稳定精确。

本实施例中交流采样电路的交流输入为交流电压，其技术原理为：

交流电压输入Ui与第一电阻R1连接，将宽范围交流电压值转成小范围交流电流值并输入电压互感器T1一次侧，可通过如下公式1计算出峰值电流值i：

电压互感器T1二次侧与第二电阻R2相连，以将小范围交流电流值转换成小范围交流电压值，可通过如下公式2计算出峰值电压U1为：

U1＝i*R2(2)

电压互感器二次侧输出的小范围交流电压经过整流抬升电路和电压放大电路后输出采样电压值，输出采样电压值范围 U2为：

延时电路与滤波电路处于放大电路和跟随电路之间，进行延时、滤波及跟随处理，输出电压U范围为：U＝U2。

由此可知，输出电压U的范围取决于第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一电阻R6，相比传统交流电压采用电路采样范围得到增大。

实施例2

上述实施例1是一种交流输入为交流电压的交流采样电路，而本实施例2是在交流输入为交流电压的交流采样电路的基础上，将上述电压互感器T1换成电流互感器T11，形成的一种交流输入为交流电流的交流采样电路，参见图2，如果电流互感器变比为n:m，输入交流电流i，可计算出输出电压U 的范围为：

综上，本发明提出了一种交流采样电路，包括交流输入、宽电压转换电路、整流抬升电路、电压放大电路、延时电路，滤波电路、跟随电路，输出保护电路和电压输出。首先，通过宽电压转换电路将交流输入的宽范围交流电压或宽范围交流电流转换成小范围交流电流再转换成小范围交流电压，并送入整流抬升电路，然后通过整流抬升电路将小范围交流电压转换成一定范围的直流电压并送入电压放大电路，最后，通过电压放大电路对直流电压同相放大并输出采样电压，这样，提高了交流电压的采样范围，且通过在电压放大电路和跟随电路之间设计延时电路与滤波电路，保证了采样电压的精确度的准确性及稳定性，通过输出保护电路对采样电压进行输出保护处理，保证了采样电压输出的稳定精确。因此，本发明具有电路连接简单，抗干扰能力强，电压输入范围广，采样电路稳定好、精确度高，电压输出范围可调等优点。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。