[實用新型]集成AD型單片機電力交流采樣電路

有效

• 申請號: 201320655170.4
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN203587675U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 王中云
• 申請（專利權）人: 南京國高電氣自動化有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域：

本實用新型涉及一種集成AD型單片機電力交流采樣的電路，用于對輸入AD集成型單片機的交流信號進行信號處理。

背景技術：

由于電力產品使用場合的特殊性，要求產品具有優良抗電磁干擾特性（EMC）；傳統AD單獨構成對交流的信號的采集和量化，要實現高EMC特性往往需要增加很多的信號處理電路。隨著單片機集成度越來越高，片上系統（SOC）的構建成為必然，但是集成AD型單片機對輸入交流信號的幅值、相位有一定的要求。交流信號在進入內嵌AD的單片機之前必須進行信號調理，因此有必要對輸入的交流信號進行調理。

信號調理主要涉及到直流偏置單元、電網突變大信號抑制單元和濾波回路：

1、直流偏置，現有的直流偏置回路通常采有專用恒壓源芯片、運放反饋等技術，往往成本較高，針對交流采樣回路至少6通道，多則涉及24通道的交流信號的采集，為防止多通道交叉干擾，通常采用每通道單獨的恒壓源方式，導致成本較高。單片機帶有AD的采集通道對交流信號的峰峰值要求不得超過工作電源電壓要求，大多的單片機由5V或3.3V構成，最佳的直流偏置點在¹/₂工作電源，所以選擇合適的2.5V或者1.65V的標準直流恒壓源成為電路必須考慮的環節。若多通道采用一個直流偏置點則會在通道輸入信號間相互交叉影響。

2、電網突變大信號抑制，作為電力網的交流采集回路對于電網出現的各種如短路、過電流、單相接地等故障時電流值突變非常大，一次電流值往往可以到20倍的額定電流，雖然一次到二次在測量互感器的特性曲線進行了磁飽和，往往在二次側也會有數倍于額定值的采樣幅值；在電力網進行分合閘操作的過程中易引起電網的瞬間過電壓，其數學模型為無限沖擊響應，實際運行中通過示波器檢測可達到數倍額定采集電壓幅值，所以對大信號的采集往往采用穩壓二極管或者真空管，以及TVS構成，元件跨接在交流信號兩端如下圖1所示：

由于電路利用了半導體的V/I曲線特性以及空氣放電物理特性，這些跨接在二次交流信號兩端的元件存在不能確定的漏電流，對交流測量系統來說增大了量化誤差。

3、濾波回路，廠用的濾波回路一般采用運放進行帶寬濾波，對于AD內置于單片機的系統其數字電源和模擬電源通常采用統一電源在一點接地，以減少數字和模擬串擾，模擬電源對運放進行供電，常規對硅運放需要雙電源，比如相對5V電源，運放需要+2.5V和-2.5V，低工作電壓的運放無論特性、價格、采購周期都比較麻煩。

現有技術中一種信號調理電路的原理圖如圖1所示。包括電壓/電流互感器PT/CT、空氣放電管RH、穩壓管D等。

發明內容：

鑒于現有技術存在不足之處，本實用新型提供了一種集成AD型單片機電力交流采樣電路，它適合與帶AD的常規CPU一起配合工作。該電路能夠對電網的交流采集信號進行信號取樣、信號調理、保護抑制以及信號濾波，能使MCU采集到的交流信號處于真實、理想狀態。

本實用新型的目的是通過以下措施實現的：

一種集成AD型單片機電力交流采樣電路，該電路連接于電流/電壓互感器二次輸出與單片機的AD端口之間，包括直流偏置單元、突變大信號抑制單元和低通濾波器：

所述直流偏置單元包括電容C2、電阻R2和電阻R3；突變大信號抑制單元包括二極管D1和二極管D2；低通濾波器由電阻R1和電容C2構成。

所述直流偏置單元中電容C2、電阻R2和電阻R3三者同時與所述電流/電壓互感器二次輸出端一端相接，電容C2和電阻R2的另一端接模擬地，電阻R3另一端接模擬電源。

所述突變大信號抑制單元中二極管D1正極和二極管D2負極同時接所述電流/電壓互感器輸出端的另一端，二極管D1負極接模擬電源，二極管D2正極接接模擬地；

所述低通濾波器中電阻R1和電容C2的一端同時接單片機的AD輸入端，電阻R1另一端分別接二極管D1正極和二極管D2負極，電容C1另一端接模擬地。

本實用新型的進一步設計在于：直流偏置單元中電阻R2和電阻R3阻值相同。

本實用新型的進一步設計還在于：二極管D1和二極管D2均選用快速二級管。

本實用新型相比現有技術具有如下優點：