一种三相电流采样电路的制作方法

1.本实用新型涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种三相电流采样电路。


背景技术：

2.绕线电机调速控制器、软起动器以及变频器，需要实时采样电机三相电流，进行三相不平衡、三相过流保护。
3.然而，如图2所示，传统的三相电流采样电路中的每一相的采集电路是通过两组电流互感器将大电流转换为小电流后输出至电流转电压模块，电流转电压模块将电流信号转为电压信号后输出至adc采集模块进行信号采集，这种方式至的电流互感器模块包含6个电流互感器，电流互感器数量多导致电路整体体积大，为使计算得到的电流值越接近实际值，需要配置高精度的vref偏置电压，导致成本升高。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种三相电流采样电路，用以解决目前三相电流采样电路存在的上述技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种三相电流采样电路，包括三个结构相同的采样电路，每个采样电路分别对三相电流的每一相进行采样，采样电路包括：电流互感器、采样电路、运算放大器u1d、运算放大电路、二极管d10、二极管d11、电阻r14、电阻r18和adc采样模块，所述电流互感器安装于电流输入端，所述电流互感器的输出端连接所述采样电路的输入端，所述采样电路的输出端连接所述电阻r14的一端和所述电阻r18的一端，所述电阻r14的另一端连接所述运算放大器u1d的反向输入端、所述二极管d10的正极和所述运算放大电路的第一输入端，所述运算放大器u1d的正向输入端接地，所述运算放大器u1d的输出端连接所述二极管d10的负极和所述二极管d11的正极，所述二极管d11的负极连接所述电阻r18的另一端和所述运算放大电路的第二输入端，所述运算放大电路的输出端连接所述adc采样模块。
6.优选的，所述采样电路包括电阻r11、电阻r12和电容c10，所述电阻r11的一端连接所述电流互感器的输出端和所述电阻r12的一端，所述电阻r12的另一端连接所述电容c10的一端和所述电阻r14的一端，所述电阻r11的另一端和所述电容c10的另一端接地。
7.优选的，所述运算放大电路包括电阻r15、电阻r16、运算放大器u1c，所述电阻r15的一端连接所述运算放大器u1d的反向输入端，所述电阻r15的另一端连接所述电阻r16的一端和所述运算放大器u1c的反向输入端，所述运算放大器u1c的正向输入端连接所述二极管d11的负极，所述电阻r16的另一端连接所述运算放大器u1c的输出端和所述adc采样模块。
8.优选的，还包括电容c15，所述电容c15的一端连接所述二极管d10的正极，所述电容c15的另一端连接所述二极管d11的负极。
9.优选的，所述电流互感器为穿心式电流互感器，其电流比为15～2500a比1a，精度
0.2s～0.5s。
10.优选的，还包括滤波电路，所述运算放大电路的输出端通过所述滤波电路滤波后连接到所述adc采样模块。
11.优选的，所述滤波电路包括电阻r19和电容c14，所述电阻r19的一端连接所述运算放大电路的输出端，所述电阻r19的另一端连接所述电容c14的一端和所述adc采样模块，所述电容c14的另一端接地。
12.优选的，所述adc采样模块为集成于控制芯片内的adc采样单元，或者adc芯片。
13.优选的，所述控制芯片可以为单片机或dsp或fpga中的任一种。
14.本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的一种三相电流采样电路，通过3个电流互感器将大电流转换为小电流输出，减少了电流互感器的数量使电路体积和成本减少；通过运算放大器u1d、二极管d10、二极管d11、电阻r14和电阻r18相配合，使运算放大器u1d输出直流电压至运算放大电路，并可以通过不同阻值的电阻r14和电阻r18使运算放大器u1d输出不同的电压，取代了vref偏置电压，在确保采样电路精度的情况下降低了电路成本；同时经过运算放大电路放大后的电压对应的是电流的峰值，因此可以使.adc采样模块无需高精度的adc单元，进而降低电路的整体成本。
15.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
16.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
17.图1是本实用新型的三相电流采样电路的结构示意图；
18.图2是现有的三相电流采样电路的结构示意图。
具体实施方式
19.以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
20.如图1所示，本实施例提供了一种三相电流采样电路，包括三个结构相同的采样电路，每个采样电路分别对三相电流的每一相进行采样，由于分别对三相电流进行采集的采样电路结构相同，因此，本实施例中仅对其中一相(ia)的采样电路进行说明，采样电路包括：电流互感器、采样电路、运算放大器u1d、运算放大电路、二极管d10、二极管d11、电阻r14、电阻r18和adc采样模块，电流互感器安装于电流输入端，电流互感器的输出端连接采样电路的输入端，采样电路的输出端连接电阻r14的一端和电阻r18的一端，电阻r14的另一端连接运算放大器u1d的反向输入端、二极管d10的正极和运算放大电路的第一输入端，运算放大器u1d的正向输入端接地，运算放大器u1d的输出端连接二极管d10的负极和二极管d11的正极，二极管d11的负极连接电阻r18的另一端和运算放大电路的第二输入端，运算放大电路的输出端连接adc采样模块。
21.在本实施例中，还包括电容c15，电容c15的一端连接二极管d10的正极，电容c15的
另一端连接二极管d11的负极，运算放大器u1d的正向输入端经过保护电阻r17后接地。
22.在本实施例中，采样电路包括电阻r11、电阻r12和电容c10，电阻r11的一端连接电流互感器的输出端和电阻r12的一端，电阻r12的另一端连接电容c10的一端和电阻r14的一端，电阻r11的另一端和电容c10的另一端接地。
23.电阻r11使交流电流信号转换为交流电压信号后输出，并通过电阻r12和电容c10进行滤波。
24.在本实施例中，运算放大电路包括电阻r15、电阻r16、运算放大器u1c，电阻r15的一端连接运算放大器u1d的反向输入端，电阻r15的另一端连接电阻r16的一端和运算放大器u1c的反向输入端，运算放大器u1c的正向输入端连接二极管d11的负极，电阻r16的另一端连接运算放大器u1c的输出端和adc采样模块。
25.电阻r15的输入端连接到运算放大器u1d的反向输入端，而且运算放大器u1d的正向输入端接地，因此电阻r15的输入电压为0v，运算放大器u1c的反向输入端的电压v-等于正向输入端的电压v+，运算放大器u1c的输出端电压为vout，由于流经电阻r15和电阻r16的电流相等，可知，(vout-v+)/r16＝v+/r15，简化可得vout＝(r16/r15+1)v+，因此，通过设置不同阻值的电阻r15和电阻r16，可以使运算放大器u1d将正向输入端输入的电压放大不同的倍数输出。
26.其中，本实施例中的电流互感器为穿心式电流互感器，其电流比为15～2500a比1a，精度0.2s～0.5s，穿心式电流互感器可以将15～2500a的输入电流转换为1a的电流输出，本实例具体选用彼爱琪bh-0.66系列i型15～2500a比1a的电流互感器，绕线电机调速控制器或软起动器或变频器的三相出线铜排或电缆穿过图1电流互感器。
27.在本实施例中，还包括滤波电路，运算放大电路的输出端通过滤波电路滤波后连接到adc采样模块，滤波电路包括电阻r19和电容c14，电阻r19的一端连接运算放大电路的输出端，电阻r19的另一端连接电容c14的一端和adc采样模块，电容c14的另一端接地，滤波电路使运算放大器u1c输出的直流电压更平滑。
28.在本实施例中，adc采样模块为集成于控制芯片内的adc采样单元，或者直接使用adc芯片，且控制芯片可以为单片机或dsp或fpga中的任一种，本实施例中具体以单片机中的adc采样单元为例进行说明。
29.工作原理：电流互感器将输入电流转为1a的交流电流后输出，经过采样电阻r11采样后得到交流电压输出至电阻r14和电阻r18，当交流电压处于正半弦时，由于二极管d10的正极电压为0v，二极管d11的负极电压大于0v，所以二极管d10和二极管d11截止，运算放大器u1c输出端的电压为0，而输入运算放大器u1c的正向输入端的电压为电阻r18输出的正半弦电压；当交流电压处于负半弦时，二极管d11的负极电压小于0v，二极管d10和二极管d11导通，并联在二极管d10和二极管d11的电容c15在二极管d10和二极管d11导通时构成自举电路，使其输出电压增大，二极管d11输出的电压大于电阻r18输出的负电压，使输入运算放大器u1c的正向输入端的电压为正电压，从而使输入运算放大器u1c的正向输入端的电压恒为正电压，将交流电压转换为了直流电压，经过运算放大器u1c放大后输出至电阻r19和电容c14进行滤波，滤波完成后的直流电压输出至adc采样模块。
30.本实施例的三相电流采样电路，将输入的三相电流通过电流互感器等比例转化，转化后的电流通过采样电阻r11得到等比例的采样电压，然后通过运放电路自动输出采样
电压的峰值至adc采样模块，从而实现三相电流采样，在确保采样精度的同时降低了电路成本。
31.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。