一种三相输入信号零点检测电路的制作方法

本发明涉及一种三相输入信号零点检测电路，主要用于电能表校验装置中。

背景技术：

在使用标准电能表进行对电能表进行校准时，输入的波形往往都含有一定的直流分量，倘若人为的去产生一个带直流分量的源信号来适应输入的话，那么在计量上肯定会产生一定的误差，使用我们这种三相输入信号零点检测电路的这种方法，将信号波形根据零点所在位置进行切割得到相同频率的pwm波信号；在后续电路中可将pwm波信号输入到我们的信号处理电路中可得到电能表校验的其他波形；能够很好的解决由于直流分量对电能表校准带来的影响；对于实际电能表的生产具有较强的实际意义。

技术实现要素：

本发明在常规的波形比较电路的基础上根据我们的实际运用场景进行较大的改善，设计一种适用于三相输入信号零点检测的电路，该电路可以同时对三相输入信号进行精准的零点检测，在一些易出现误差的地方做了误差修正；对不同幅值和频率的输入信号均有较好的效果；大大的提高了零点检测的精度和灵敏度，对于我们后面将信号进行进一步处理奠定了一定的基础。

本发明一种三相电流信号零点检测电路包括单片机u3、交流电流采样电路、交流信号滤波电路、运算放大电路、比较输出电路；单片机的型号为stm32f103rct6；其特征如下：

交流电流采样电路包括电流采样电阻r1、r2和r3，线路保护二极管d1和d4，采样电阻切换继电器k1、k2，继电器k1的驱动三极管(npn型)q1，三极管q1的偏置电阻r4、r6，续流二极管d2，继电器k2驱动三极管(npn型)q2，三极管q2偏置电阻r5、r7，线路保护二极管d3，续流二极管d3。输入交流信号与与采样电阻r1的一端相连，采样电阻r1的另一端分别与r2的一端以及继电器k1的常开触点的一端相连、r2的另一端与r3的一端以及继电器k2的常开触点的一端相连以及继电器k1的另一常开触点相连、r3的另一端与地相连、线路保护二极管d1的阳极与控制端1相连、二极管d1的阴极与三极管q1的偏置电阻r4的一端相连、偏置电阻r4的另一端分别与偏置电阻r6的一端以及三极管q1的基极相连、偏置电阻r6的另一端以及三极管q1的射级与地相连、三极管q1的集电极与续流二极管d2的阳极以及继电器k1的一常闭触点相连、续流二极管d2的阴极以及继电器k1的另一常闭触点与电源相连、线路保护二极管d4的阳极与控制端2相连、二极管d4的阴极与三极管q2的偏置电阻r5的一端相连、偏置电阻r5的另一端分别与偏置电阻r7的一端以及三极管q2的基级相连、偏置电阻r7的另一端以及三极管q2的射级与地相连、三极管q2的集电极与续流二极管的阳极以及继电器k2的一常闭触点相连、续流二极管d3的阴极以及继电器k2的另一常闭触点与电源相连、继电器k2的另一常开触点与地相连。

交流信号滤波电路包括输入限流电阻r8、输出限幅二极管d5和d6，整流二极管d7，滤波电阻r9，滤波电容c1；输入限流电阻r8的一端与信号输入端以及输入采样电阻r1的一端相连、电阻r8的另一端分别与输出限幅二极管d5的阳极以及二极管d6的阴极相连、二极管d6的阳极与负电源相连、d5的阴极与3.3v电源相连、整流二极管d7的阳极分别与d5的阳极以及d6的阴极相连、整流二极管的阴极与滤波电阻r9和滤波电容c1以及信号采样端相连、滤波电阻r9的另一端以及滤波电容c1的另一端与地相连。

运算放大电路包括输入放大器u1a、放大器u1a的输入电阻r12与r13、放大器u1a的负反馈电阻r14、零点偏移调节电阻r10、r11以及滑动变阻器rj1，运算放大器u1a的同相端与地相连、反相端与输入电阻r12和r13的一端相连、输入电阻r12的另一端与滤波电路中输出限幅二极管d5的阳极以及d6的阴极相连、输入电阻r13的另一端与滑动变阻器rj1的公共端相连、rj1的一端与调节电阻r11的一端相连、调节电阻r11的另一端与正5v电源相连、调节电阻r10的一端与滑动变阻器的另一端相连、r10的另一端与负5v相连、运算放大器u1a的输出端与负反馈电阻r14相连、负反馈电阻r14的另一端与运算放大器u1a的反相端相连。

比较输出电路包括输出比较器u2a、比较器u2a的输入电阻r15、比较器u1a的输出上拉电阻r16；输入电阻r15的一端与运算放大器的输出端的相连、电阻r15的另一端与比较器u2a的同相端相连、比较器u2a的反相端与地相连、输出上拉电阻r16的一端与比较器u2a的输出端相连、上拉电阻r16的另一端与正5v电源相连、比较器u2a的输出端于pwm输出端相连。

本发明通过mcu对三相输入信号同时进行检测，通过单片机调节采样电阻档位，使不同大小的输入电流信号经过不同的采样电阻使得采样电压信号尽可能大，将得到交流电压分为两路，一路输入给运算放大器，再经过过零比较电路；将输入的正弦信号转换成pwm信号；由于可能在经过过零比较电路是出现零点偏移的情形即输入信号的零点与输出的pwm的零点不在同一位置，可以通过调节滑动变阻器来调节由于器件原因造成的零点偏移问题。从而得到输出波形的零位与输入波形的零位在相位上没有偏差；另一路输入给单片机进行采样，单片机根据采样的大小来对输入采样电阻进行调节使得在不同信号情形下都能够保证采样输出最大，从而较少误差。在输入给单片进行采样时首先经过了一个限幅处理保证输入到单片机的电压的幅值不超过单片机所能承受的最大电压，再经过一个串联的二极管使得输入的正弦信号变成“馒头波”，再经过rc滤波电路，在c较大的情形下可将脉动的交流变成直流；便于我们单片机采样。我们实现的电路本发明相对于现有技术所具有的效果：

本发明在已有的过零比较电路的基础上增加了相位校准部分；可使得输出波形的相位与原始相位保持不变，其次通过将电路运用于标准电能表，可便于得到与输入信号同相位的pwm信号，便于后期还原输入波形，可较大的提高标准电能表的检验精度。

附图说明

图1是本发明的过零信号零点检测电路图，

图2是本发明的三相过零信号零点检测电路图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的一种三相电流信号零点检测电路包括单片机u3、交流电流采样电路、交流信号滤波电路、运算放大电路、比较输出电路；单片机的型号为stm32f103rct6；其具体实施方式如下：

如图1所示，输入电流信号与电流信号零点检测电路的输入采样端相连，mcu通过对控制端1和控制端2的高低电平来选择采样电阻的档位，从而适用不同大小的输入电流信号，采样电阻的参数分别为r1(5ω)、r2(50ω)、r3(500ω)，可以对输入范围从0.1a到100a之间的电流信号进行采样输出。经过对电流信号进行之后，将得到的交流电压信号输入给运算放大电路和输入采样端，为保护单片机且保障采样的精度，在电路中加入限幅二极管以及二极管保证输入给单片机的信号在单片机所能承受的输入电压范围之内；输入信号经过检测电路后将经过采样电阻的信号输送给mcu进行幅值检测，通过对采样信号进行测量通过控制端1和控制端2对输入的采样电阻进行切换。正弦交流信号输入到运算放大电路中与输入电阻r12(10k)通过负反馈电阻r14(300k)构成负反馈放大电路，并通过输入电阻r13(10k)将偏置电压输入到运算放大电路中将输入的小信号进行适当的放大并保证输入信号的相位不变，再将放大之后的信号通过比较电路的输入电阻r15(1k)传递给比较输出电路，经过比较器输出后经右输出上拉电阻r16(10k)得到与输入信号同相位的pwm波信号。

如图2所示，本发明的三相输入信号零点检测电路包含a相、b相和c相电流信号零点检测电路。我们的电流信号零点检测电路的基础上扩展三路使之能匹配我们的3相输入信号，在此我们将其分别称为a相电流信号零点检测电路、b相电流信号零点检测电路和c相电流信号零点检测电路。a相输入信号与a相电流信号零点检测电路的信号输入端相连，该电路的控制端1和控制端2分别与mcu的pc2和pa15连接，其信号采样端与mcu的pb9脚相连；b相输入信号与b相电流信号零点检测电路的信号输入端相连，该电路的控制端1和控制端2分别与mcu的pc10和pc1连接，其信号采样端与mcu的pb8脚相连；c相输入信号与c相电流信号零点检测电路的信号输入端相连，该电路的控制端1和控制端2分别与mcu的pc11和pc12连接，其信号采样端与mcu的pc0脚相连。

本发明通过mcu控制，使单片机对输入的波形进行采样处理，通过对输入的放大比较，将输入的正弦信号转换成pwm波信号，通过调节增益放大电路，使得输出波形的零点与输入信号的零点的相位差尽可能的小，并在采样电路中对输入信号进行滤波处理，为单片机采样提供稳定的直流信号；本发明对一般的过零比较电路进行了较大的升级且针对我们特定的使用场合做出了一定的处理，使得我们的使用场景更加专业；电路的可调节性强，稳定性、精度方面都有一定的保障。