一种三相电表的电压采样电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种三相电表的电压采样电路(1)，包括：分别与三个相线连接的三个相线支路(11、12、13)，以及与中性线连接的中性线支路(14)；所述相线支路(11、12、13)与相电压连接，将相电压通过参考电压降压后输入三相电表的控制器(2)；所述中性线支路(14)与所述中性线电压连接，且所述中性线支路(14)还分别与三个所述相线支路(11、12、13)连接形成回路，所述中性线支路(14)还包括运算放大器(141)，所述运算放大器(141)将经过降压后的中性线电压与参考电压耦合后输入三相电表的控制器(2)。本实用新型通过一个运算放大器将降压转换后的中性线信号与参考电压进行耦合，简化了电路结构，节约了成本。
【专利说明】—种三相电表的电压采样电路
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及三相电表相关【技术领域】，特别是一种三相电表的电压采样电路。
【背景技术】
[0002]现有的三相电表的电压采样电路，部分设计采用互感器降压设计方案，三相三四线制时采用三个互感器，三相三线制时采用两个互感器将电网电压信号进行隔离降压转换，然后再由微控制器进行采样及运算处理。此设计方案占用空间大、成本高且三相三四线制和三相三线制需独立设计，不利于产品小型化和设计兼容。
[0003]然而，上述设计变压器方案占用空间大、成本高三相三四线制和三相三线制兼容性差不利于产品小型化。
[0004]现有的三相电表的电压采样电路，部分设计采用电阻降压配合专用模数转化芯片设计方案，此设计方案先通过电阻降压将电网电压信号降为适合模数转化芯片处理的电压信号，然后由模数转化芯片将电压信号转换成数字信号供微控制器运算处理。由于模数转化芯片需要独立的外围电路及工作时钟，不仅抗干扰能力不足，而且成本很高。
[0005]然而，上述设计电阻降压配合专用模数转化芯片设计方案价格很高。
[0006]现有的三相电表的电压采样电路，个别采用以中性线为基准的电阻分压配合运算放大器设计方案，此设计方案先通过电阻降压将电网电压信号降致适合运算放大器处理的小电压信号，再由运算放大器进行差分运算或跟随处理，然后再由微控制器进行采样及运算处理。此设计方案虽然占用空间不大成本较前两种也相对低廉，但由于每路电压信号均采用一路运算放大器仍然不够经济，且由于运算放大器具有直流特性，它可能随温度而变化，存在精度漂移的缺点。
[0007]然而上述设计电阻分压配合运算放大器设计方案不够经济，且运算放大器会额外弓I入温度误差，需要额外进行补偿才能实现较高设计精度。
实用新型内容
[0008]基于此，有必要针对现有技术的三相电表的电压采样电路结构复杂，成本太高的技术问题，提供一种三相电表的电压米样电路。
[0009]—种三相电表的电压米样电路,包括:
[0010]分别与三个相线连接的三个相线支路，以及与中性线连接的中性线支路；
[0011 ] 所述相线支路与相电压连接，将相电压通过参考电压降压后输入三相电表的控制器；
[0012]所述中性线支路与所述中性线电压连接，且所述中性线支路还分别与三个所述相线支路连接形成回路，所述中性线支路还包括运算放大器，所述运算放大器将经过降压后的中性线电压与参考电压稱合后输入三相电表的控制器；
[0013]所述参考电压输入三相电表的控制器。
[0014]进一步的:
[0015]所述相线支路包括:第一相线分压电阻和第二相线分压电阻，且第一相线分压电阻的一端连接相电压，另一端与第二相线分压电阻的一端连接，第二相线分压电阻的另一端与参考电压连接，以第一相线分压电阻与第二相线分压电阻的连接点作为分压连接点，且所述分压连接点与所述控制器的相电压采样输入端连接；
[0016]所述中性线支路包括:第一中性线分压电阻、第二中性线分压电阻以及三个线间电阻，所述第一中性线分压电阻的一端连接中性线电压，另一端与第二中性线分压电阻的一端连接，第二中性线分压电阻的另一端通过线间电阻分别与每个相线支路的分压连接点连接，所述第一中性线分压电阻与第二中性线分压电阻的连接点和所述运算放大器的一个输入端连接，所述参考电压与所述运算放大器的另一个输入端连接，所述第二中性线分压电阻与所述线间电阻的连接点与所述运算放大器的输出端连接，且所述运算放大器的输出端还与所述控制器的中性线电压采样输入端连接。
[0017]更进一步的，所述相线支路还包括与所述第二相线分压电阻并联的相线支路滤波电容，所述滤波电容的一端与所述分压连接点连接，另一端与所述参考电压连接。
[0018]更进一步的，所述中性线支路还包括滤波电阻和中性线滤波电容，所述运算放大器的输出端通过所述滤波电阻与所述控制器的中性线电压采样输入端连接，所述滤波电阻与所述控制器的中性线电压采样输入端的连接点与所述中性线滤波电容的一端连接，所述中性线滤波电容的另一端接地。
[0019]更进一步的，三个所述相线支路的第一相线分压电阻的阻值相等，且三个所述相线支路的第二相线分压电阻的阻值相等。
[0020]更进一步的，第一相线分压电阻与线间电阻的阻值比例等于第一中性线分压电阻与第二中性线分压电阻的阻值比例。
[0021 ] 进一步的，所述参考电压还与所述控制器的参考电压输入端连接。
[0022]优选地，所述三相电表为三相智能电表。
[0023]本实用新型通过一个运算放大器将降压转换后的中性线信号与参考电压进行耦合，简化了电路结构，节约了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型一种三相电表的电压采样电路的电路图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。
[0026]如图1所示为本实用新型一种三相电表的电压采样电路I的电路图，包括:
[0027]分别与三个相线连接的三个相线支路11、12、13，以及与中性线连接的中性线支路14；
[0028]所述相线支路11、12、13与相电压连接，将相电压通过参考电压降压后输入三相电表的控制器2，图1中，相电压分别通过端口 L1、L2、L3输入；
[0029]所述中性线支路14与所述中性线电压连接，且所述中性线支路14还分别与三个所述相线支路11、12、13连接形成回路，所述中性线支路14还包括运算放大器141，所述运算放大器141将经过降压后的中性线电压与参考电压耦合后输入三相电表的控制器2，中性线电压通过端口 N输入。
[0030]其中，参考电压由系统电源单元3的ADC_REF端口输出，系统电源单元3的AVDD输出工作电源到运算放大器141的工作电源端。本设计方案中电压采样仅使用了一路运算放大器141将降压转换后的中性线电压与参考电压进行耦合，简化了电路结构，节约了成本。
[0031]在其中一个实施例中:
[0032]所述相线支路包括11、12、13:第一相线分压电阻Rl、R2、R3和第二相线分压电阻R9、R10、R11，且第一相线分压电阻R1、R2、R3的一端连接相电压，另一端与第二相线分压电阻R9、R10、R11的一端连接，第二相线分压电阻R9、R10、R11的另一端与参考电压连接，以第一相线分压电阻R1、R2、R3与第二相线分压电阻R9、R10、R11的连接点作为分压连接点，且所述分压连接点与所述控制器2的相电压采样输入端ADC_U1、ADC_U2、ADC_U3连接；
[0033]所述中性线支路14包括:第一中性线分压电阻R4、第二中性线分压电阻R5以及三个线间电阻，三个线间电阻为线间电阻R6、线间电阻R7和线间电阻R8，所述第一中性线分压电阻R4的一端连接中性线电压，另一端与第二中性线分压电阻R5的一端连接，第二中性线分压电阻R5的另一端通过线间电阻分别与每个相线支路的分压连接点连接，具体来说，第一相线分压电阻Rl和第二相线分压电阻R9的连接点与线间电阻R6连接，第一相线分压电阻R2和第二相线分压电阻RlO的连接点与线间电阻R7连接，第一相线分压电阻R3和第二相线分压电阻Rll的连接点与线间电阻R8连接，所述第一中性线分压电阻R4与第二中性线分压电阻R5的连接点和所述运算放大器141的一个输入端连接，所述参考电压与所述运算放大器141的另一个输入端连接，所述第二中性线分压电阻R5与所述线间电阻R6、R7和R8的连接点与所述运算放大器141的输出端1411连接，且所述运算放大器141的输出端还与所述控制器2的中性线电压采样输入端Un连接。
[0034]每个相线支路通过第一相线分压电阻和第二相线分压电阻将电网三相电压信号降为适合微控制器直接处理的小电压信号，因而无需额外补偿，仅需简单校准即可准确还原电网电压的信号。
[0035]而中性线支路14则充分利用运算放大器141的高输入阻抗及输入端的虚短特性，将中性线信号接入运算放大器的负输入端1412，将参考电压信号接入运算放大器141的正输入端1413，既为中性线电压与参考电压信号之间接入了很大的阻抗，又创建了对中性线线电压采样和监控通道，这样不但可以大幅度降低中性线上的干扰信号对参考电源的影响，而且能够准确还原中性线电压，因此可有效提高采样精度及电磁兼容性(ElectroMagnetic Compatibility, EMC)特性。
[0036]在其中一个实施例中，所述相线支路还包括与所述第二相线分压电阻并联的相线支路滤波电容，所述滤波电容的一端与所述分压连接点连接，另一端与所述参考电压连接。
[0037]其中，相线支路11包括与第二相线分压电阻R9并联的相线支路滤波电容Cl，相线支路12包括与第二相线分压电阻RlO并联的相线支路滤波电容C2，相线支路13包括与第二相线分压电阻Rll并联的相线支路滤波电容C3。相线支路滤波电容滤除相线支路的高频谐波分量，从而减少毛刺。
[0038]在其中一个实施例中，所述中性线支路14还包括滤波电阻R12和中性线滤波电容C4，所述运算放大器141的输出端1411通过所述滤波电阻R12与所述控制器2的中性线电压采样输入端Un连接，所述滤波电阻R12与所述控制器2的中性线电压采样输入端Un的连接点与所述中性线滤波电容C4的一端连接，所述中性线滤波电容C4的另一端接地。
[0039]通过增加滤波电阻R12和中性线滤波电容C4组成RC滤波电路，进一步对运算放大器141的输出信息进行滤波。
[0040]在其中一个实施例中，三个所述相线支路的第一相线分压电阻的阻值相等，且三个所述相线支路的第二相线分压电阻的阻值相等。即第一相线分压电阻RU第一相线分压电阻R2和第一相线分压电阻R3的阻值相等，第二相线分压电阻R9、第二相线分压电阻RlO和第二相线分压电阻Rll的阻值相等。
[0041]在其中一个实施例中，第一相线分压电阻与线间电阻的阻值比例等于第一中性线分压电阻与第二中性线分压电阻的阻值比例。即第一相线分压电阻Rl与线间电阻R6的阻值比例等于第一中性线分压电阻R4与第二中性线分压电阻R5的阻值比例，第一相线分压电阻R2与线间电阻R7的阻值比例等于第一中性线分压电阻R4与第二中性线分压电阻R5的阻值比例，第一相线分压电阻R3与线间电阻R8的阻值比例等于第一中性线分压电阻R4与第二中性线分压电阻R5的阻值比例。
[0042]在其中一个实施例中，所述参考电压还与所述控制器2的参考电压输入端ADC_REF连接。
[0043]本实施例中，微控制器2不仅采集三相电压和中性线电压，还采集参考电压并用于运算处理，因而能够更为准确计算三相电压的交流有效值及谐波分量。
[0044]在其中一个实施例中，所述三相电表为三相智能电表。
[0045]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种三相电表的电压米样电路(I)，其特征在于，包括: 分别与三个相线连接的三个相线支路(11、12、13)，以及与中性线连接的中性线支路(14)； 所述相线支路(11、12、13)与相电压连接，将相电压通过参考电压降压后输入三相电表的控制器⑵； 所述中性线支路(14)与所述中性线电压连接，且所述中性线支路(14)还分别与三个所述相线支路(11、12、13)连接形成回路，所述中性线支路(14)还包括运算放大器(141)，所述运算放大器(141)将经过降压后的中性线电压与参考电压耦合后输入三相电表的控制器⑵。
2.根据权利要求1所述的三相电表的电压采样电路，其特征在于: 所述相线支路包括(11、12、13):第一相线分压电阻(R1、R2、R3)和第二相线分压电阻(R9、R10、R11)，且第一相线分压电阻(R1、R2、R3)的一端连接相电压，另一端与第二相线分压电阻(R9、Rl(KRll)的一端连接，第二相线分压电阻(R9、Rl(KRll)的另一端与参考电压连接，以第一相线分压电阻(R1、R2、R3)与第二相线分压电阻(R9、R10、R11)的连接点作为分压连接点，且所述分压连接点与所述控制器(2)的相电压采样输入端(ADC_U1、ADC_U2、ADC_U3)连接； 所述中性线支路(14)包括:第一中性线分压电阻(R4)、第二中性线分压电阻(R5)以及三个线间电阻(R6、R7、R8)，所述第一中性线分压电阻(R4)的一端连接中性线电压，另一端与第二中性线分压电阻(R5)的一端连接，第二中性线分压电阻(R5)的另一端通过线间电阻(R6、R7、R8)分别与每个相线支路(11、12、13)的分压连接点连接，所述第一中性线分压电阻(R4)与第二中性线分压电阻(R5)的连接点和所述运算放大器(141)的一个输入端(1412)连接，所述参考电压与所述运算放大器(141)的另一个输入端(1413)连接，所述第二中性线分压电阻(R5)与所述线间电阻(R6、R7、R8)的连接点与所述运算放大器(141)的输出端(1411)连接，且所述运算放大器(141)的输出端(1411)还与所述控制器(2)的中性线电压采样输入端(Un)连接。
3.根据权利要求2所述的三相电表的电压采样电路，其特征在于，所述相线支路还包括与所述第二相线分压电阻并联的相线支路滤波电容，所述滤波电容的一端与所述分压连接点连接，另一端与所述参考电压连接。
4.根据权利要求2所述的三相电表的电压采样电路，其特征在于，所述中性线支路还包括滤波电阻和中性线滤波电容，所述运算放大器的输出端通过所述滤波电阻与所述控制器的中性线电压采样输入端连接，所述滤波电阻与所述控制器的中性线电压采样输入端的连接点与所述中性线滤波电容的一端连接，所述中性线滤波电容的另一端接地。
5.根据权利要求2所述的三相电表的电压采样电路，其特征在于，三个所述相线支路的第一相线分压电阻的阻值相等，且三个所述相线支路的第二相线分压电阻的阻值相等。
6.根据权利要求2所述的三相电表的电压采样电路，其特征在于，第一相线分压电阻与线间电阻的阻值比例等于第一中性线分压电阻与第二中性线分压电阻的阻值比例。
7.根据权利要求1所述的三相电表的电压采样电路，其特征在于，所述参考电压还与所述控制器的参考电压输入端连接。
8.根据权利要求1?7任一项所述的三相电表的电压采样电路，其特征在于，所述三相 电表为三相智能电表。
【文档编号】G01R22/00GK204065233SQ201420394826
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】李金龙, 樊震, 孙志强 申请人:北京Abb低压电器有限公司