一种多路谐波电流同步采样数字测量电路的制作方法

本实用新型涉及谐波电流检测领域，具体涉及一种多路谐波电流同步采样数字测量电路。

背景技术：

目前，有源滤波器(APF——Active Power Filter)和静止无功补偿器(SVC——Static Var Compensator)等谐波抑制和无功补偿的设备主要有两部分组成，一部分是谐波和无功的检测模块，另一部分是控制模块。而谐波和无功检测模块的精度对整个控制系统的性能影响至关重要。目前谐波电流检测最常用的方法是采用分流器、互感器或霍尔传感器，分流器工作时与负载串联，无法进行隔离测量，互感器只适用于50Hz工频交流测量，霍尔传感器检测技术综合了互感器和分流器的不足，其具有变送器模块检测元件，对交直流都可以检测，而且能够实现主电路回路和电子控制电路的隔离，其中获得较多应用的霍尔传感器是LV-25P电压传感器和CHB-50SF电流传感器。但这些测量方案存在测量电路复杂，成本高，实时性差，影响装置补偿控制精度等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种多路谐波电流同步采样数字测量电路，旨在解决现有的测量电路实时性差，电路复杂，成本高，影响装置补偿控制精度的问题。

为实现上述目的本实用新型采用的技术方案是：

一种多路谐波电流同步采样数字测量电路，包括3路谐波电流检测调理电路、3路电网电压检测调理电路、供电电源模块、7路1.5V抬升电压产生电路、8针简易牛角座连接端子、3个用于电压接线的2位端子、3个用于电流传感器接线的4位端子、1个用于电源接线的4位端子，4位端子均与供电电源模块连接，3个用于电流传感器接线的4位端子还分别与3路谐波电流检测调理电路连接，3个用于电压接线的2位端子分别与3路电网电压检测调理电路连接，供电电源模块分别连接3路谐波电流检测调理电路、3路电网电压检测调理电路和7路1.5V抬升电压产生电路，并为3路谐波电流检测调理电路和3路电网电压检测调理电路提供3.3V电压、+/-1.5V电压和GND信号、为7路1.5V抬升电压产生电路提供电源电压，7路1.5V抬升电压产生电路分别连接3路谐波电流检测调理电路、3路电网电压检测调理电路和8针简易牛角座连接端子、且为其提供1.5V提升电压，8针简易牛角座连接端子还分别连接3路谐波电流检测调理电路和3路电网电压检测调理电路；

进一步，所述供电电源模块包括1路电源保护电路及3.3V电压产生电路；

进一步，所述3路谐波电流检测调理电路均包括将电流传感器通过3个用于电流传感器接线的4位端子输出的电流信号变成电压信号的采样电阻电路、将采样信号抬升1.5V的LF353第一级运算放大器电路、电压跟随确保输出0-3V电压信号的TLV2254第二级运算放大器电路；

进一步，所述电流传感器采用LT108-S7霍尔电流传感器；

进一步，所述3路电网电压检测调理电路均包括与2位端子连接的电压传感器，将电压传感器输出的电流信号变成电压信号的采样电阻电路、将采样信号抬升1.5V的LF353第一级运算放大器电路、电压跟随确保输出0-3V电压信号的TLV2254第二级运算放大器电路，所述2位端子与电压传感器之间设置有切换开关；

进一步，所述电压传感器采用TV19E霍尔电压传感器；

进一步，所述7路1.5V抬升电压产生电路均以LM4040电压源芯片为核心，经分压电阻给LF353提供抬升电压，同时对外输出1路测量信号，供DSP进行电压、电流测量信号的校正计算；

进一步，所述8针简易牛角座连接端子前端包含7路π型RC滤波电路，8个针脚分别为Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、V1.5Ref、GND信号。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型选用高速、高精度的霍尔传感器TV19E和LT108-S7，采用同步采样技术，提高了谐波检测的实时性和精度，能实现对多路谐波电流的测量，同时只要简单的开关控制就可以实现三相三线制和三相四线制测量模式的切换，对外可与TMS320F28335等DSP芯片可靠连接，可应用于APF、SVC、SVG（Static Var Generator——静止无功发生器）等装置的谐波检测电路中，其谐波测量精度和实时性良好，具有较低成本和电路简单等实用价值。

附图说明

图1为本实用新型总体结构及对外接线端子示意图；

图2为本实用新型中电流传感器输出的电流信号变成电压信号的采样电阻电路；

图3为本实用新型中将采样信号抬升1.5V的第一级运算放大器电路；

图4为本实用新型中的第二级运算放大器电路；

图5为本实用新型中的1.5V抬升电压产生电路；

图6为本实用新型中3路谐波电流检测调理电路其中三个电路的整体电路连接示意图；

图7为本实用新型中的TV19E霍尔电压传感器原边限流电阻及副边采样电阻电路；

图8为本实用新型中3路电网电压检测调理电路其中三路的整体电路连接示意图；

图9为本实用新型中交流电网电压检测模式切换电路；

图10为本实用新型中电源保护、滤波、指示电路；

图11为本实用新型中3.3V稳压输出电路及1.5V参考电压产生电路；

图12为本实用新型中8针简易牛角座连接端子的电路。

其中：图中示出的X1、X2和X3为用于电压接线的2位端子，X4、X5和X6为用于电流传感器接线的4位端子，P1为用于电源接线的4位端子，P2为8针简易牛角座连接端子，S1、S2和S3为切换开关。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型优选实施例进行说明：

如图1至12所示，一种多路谐波电流同步采样数字测量电路，包括3路谐波电流检测调理电路、3路电网电压检测调理电路、供电电源模块、7路1.5V抬升电压产生电路、8针简易牛角座连接端子、3个用于电压接线的2位端子、3个用于电流传感器接线的4位端子、1个用于电源接线的4位端子，4位端子均与供电电源模块连接，3个用于电流传感器接线的4位端子还分别与3路谐波电流检测调理电路连接，3个用于电压接线的2位端子分别与3路电网电压检测调理电路连接，供电电源模块分别连接3路谐波电流检测调理电路、3路电网电压检测调理电路和7路1.5V抬升电压产生电路，并为3路谐波电流检测调理电路和3路电网电压检测调理电路提供3.3V电压、+/-1.5V电压和GND信号、为7路1.5V抬升电压产生电路提供电源电压，7路1.5V抬升电压产生电路分别连接3路谐波电流检测调理电路、3路电网电压检测调理电路和8针简易牛角座连接端子、且为其提供1.5V提升电压，8针简易牛角座连接端子还分别连接3路谐波电流检测调理电路和3路电网电压检测调理电路；

其中：2位端子均采用型号为KF301-2P、脚距5.0mm、额定电压300V、额定电流16A的接线端子，4位端子X4、X5和X6均采用直针XH2.54-4P连接器，以提供与LT108-S7的可靠连接，4位端子P1采用直针KF2EDGK-4P、脚距5.08MM、额定电压300V、额定电流15A的接线端子，8针简易牛角座连接端子P2采用DC3-8P直针简易牛角座连接端子，以提供与DSP主控板的可靠连接；

所述供电电源模块包括1路电源保护电路及3.3V电压产生电路；

其中：3.3V电压产生电路采用LM1085-3.3电压转换器，LM1085-3.3是一款单芯片集成的电压转换器，提供3A电流输出，具备过流保护，过温保护，有可靠的工作性能、较高的工作效率，为板载芯片TLV2254及LM4040提供稳定的3.3V电压，为芯片工作提供了强有力的保证；1路电源保护电路选用SR60-110自恢复保险丝作为过流保护器，最大电压：60V，最大电流：1.10A；进一步在±15V电源支路串入100uH工字电感，稳定电源电流及抑制谐波干扰，并入2个耐压50V容值470uF的电解电容，稳定电源电压，并入2个0.1uF耦合电容，滤出电压谐波，为板载信号调理电路提供可靠电源；电源状态指示通过2个发光二极管实现，串入10kΩ限流电阻；

所述3路谐波电流检测调理电路均包括将电流传感器通过3个用于电流传感器接线的4位端子输出的电流信号变成电压信号的采样电阻电路、将采样信号抬升1.5V的LF353第一级运算放大器电路、电压跟随确保输出0-3V电压信号的TLV2254第二级运算放大器电路；

所述电流传感器采用LT108-S7霍尔电流传感器；

其中：LEM公司生产的LT108-S7电流传感器作为测量元件，该传感器用于测量直流、交流和脉冲电流，具有精度高、线性度好、低温漂等优点，其测量范围：原边额定有效值电流100A，转换率为1:2000，副边额定有效值电流50mA。为使输入DSP的信号范围是0~3V，这里取采样电阻值200Ω，精度1%；

为将采样信号抬升1.5V的第一级运算放大器电路，这里采用宽带宽、双电源、双路功率运算放大器LF353；其中一路运放用来对采用电阻输出的电压信号进行差分等比例放大，另一路运放将1.5V电压信号经同相电压跟随后施加在第一路运放的正向输入端，到达将采样电阻端的-1.5~1.5V交流信号抬升为0-3V电压信号；输出端经RC低通滤波电路滤除高频干扰；

第二级运算放大器电路，实现电压跟随器效果，以确保输出到DSP的AD接口的信号为0-3V，保护芯片安全；TLV2254为3.3V单电源、低功耗、CMOS运放，这里选用4路14脚芯片，整块电路板仅需要两片；TLV2254的输出端也经RC低通滤波电路滤除高频干扰；

为了精确抬升传感器测得的电压、电流信号，这里采用LM4040-3.0精密参考电压源芯片，3.3V电源电压经51Ω电阻限流后施加于LM4040的阳极，输出电压经两个1%精度的10KΩ电阻分压后输出到第一级运算放大器电路的运放输入端；

所述3路电网电压检测调理电路均包括与2位端子连接的电压传感器，将电压传感器输出的电流信号变成电压信号的采样电阻电路、将采样信号抬升1.5V的LF353第一级运算放大器电路、电压跟随确保输出0-3V电压信号的TLV2254第二级运算放大器电路，所述2位端子与电压传感器之间设置有切换开关；

所述电压传感器采用TV19E霍尔电压传感器；

其中：电压传感器采用北京耀华德昌电子公司生产的TV19E电流型电压传感器作为测量元件，该传感器测量的原边额定电流有效值为5mA，变比为2000:2000，副边额定输出电流有效值为5mA，考虑实际电压测量范围220V~380V AC，这里选用的原边限流电阻为40KΩ，副边的电压采样电阻选为100Ω，1%精度；进一步，采用两级运放电压抬升电路，使最终输出为0-3V电压信号；

三相四线制测量模式时，2位端子X1、X2、X3的2号脚均接电位中性点，S1、S2、S3断开，开关两端耐压有效值≥250V即可；S1、S2、S3闭合，实现三相三线制测量模式，开关经过的电路有效值≤5mA（TV19E原边额定电流有效值）；故选用3个两脚二档的扭子开关E-TEN1021实现开关S1、S2、S3的功能，该开关额定电压250VAC，额定电流16A；

所述7路1.5V抬升电压产生电路均以LM4040电压源芯片为核心，经分压电阻给LF353提供抬升电压，同时对外输出1路测量信号，供DSP进行电压、电流测量信号的校正计算；

所述8针简易牛角座连接端子P2前端包含7路π型RC滤波电路，8个针脚分别为Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、V1.5Ref、GND信号；

其中：8针简易牛角座连接端子P2电路，8个针脚分别为：Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、V1.5Ref、GND信号，在将测得的电压、电流信号送入外接的DSP控制板之前，再经过1级RC滤波电路，与第二级运算放大器电路的滤波电路组合在一块形成π型RC滤波电路，进一步降低高频噪声、信号串扰等影响，提高DSP内置ADC的信号检测精度。

本发明技术方案可实现多路谐波电流的检测，采用模块化设计，可直接应用到三相三线制和三相四线制的APF装置中，缩短设计周期。

以LT108-S7、TV19E、LF353、TLV2254、LM4040等传感器和芯片组成的谐波信号测量调理电路具有可靠性提高、成本降低等实用效果。

可与TMS320F28335等DSP芯片可靠连接，提高信号检测的抗干扰能力、保护DSP芯片安全，提高整套谐波补偿装置的可靠性和安全性。

最后应当说明的是：以上所述仅为实用新型的优选实例而已，并不用于限制实用新型，尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。