一种电力系统采集信号调理模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电力系统信号处理的技术领域，尤其是指一种电力系统采集信号 调理模块。
【背景技术】
[0002] 电力系统的保护、控制、检测等微机装置需要实时测量一次侧设备的电压和电流 信号，电压信号一般采集设备的三相电压，电流信号一般采集三相电流和零序电流。一次侧 设备的电压/电流数值较大，无法直接测量，需采用电压传感器将数值较大的一次侧三相电 压信号通过一定变比转换为数值较小的二次侧三路电压信号，采用电流传感器将数值较大 的一次侧三相电流和零序电流信号通过一定变比转换为数值较小的二次侧对应的四路电 压信号。通过传感器转换得到的电压信号的幅值一般都限定在-5V到+5V之间，而基于DSP、 ARM等处理器的微机电路的输入电压信号幅值一般都要求在0V到3.3V之间，因此需要一个 采集信号调理模块将-5V到+5V范围内的二次侧电压信号转换为0V到3.3V范围内的电压信 号。目前的电力系统二次侧采集信号调理模块普遍基于反相加法电路和反相比例电路进行 设计，每一路转换电路都需要两个运算放大器，且每个运算放大器都需要正负极双电源供 电。采用同相加法电路和同相比例电路设计新的采集信号调理模块，每一路转换电路只需 要一个运算放大器，且每个运算放大器只需单电源供电。此外，为保证模块外接设备的安全 性，需要在转换电路的输出部分采用保护电路。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电力系统采集信号调理模 块，能够将范围为-5V到+5V的二次侧多路电压信号转换为0V到3.3V的对应电压信号。本实 用新型只需要四个运放和5V单电源供电，具有结构简单、体积小、成本低、功耗低、易于实 现、使用便捷、安全性高、效果显著等特点。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种电力系统采集信号调理 模块，所述模块由四路电压信号转换电路组成，所述四路电压信号转换电路的每一路结构 和参数都相同，都能够将范围为-5V到+5V的电压信号转换为0V到3.3V的电压信号，每一路 电压信号转换电路包括相连接的同相加法比例电路和钳位电路。
[0005] 所述模块的输入信号是由电压传感器采集得到的电力系统二次侧三相电压信号， 或者二次侧三相电流和零序电流经过电流传感器转换得到的四路电压信号，通过电压或电 流传感器测量得到的输入电压信号幅值都限定在-5V到5V范围内。
[0006] 所述同相加法比例电路包括电阻Rxl、电阻Rx2、电阻R x3、电阻Rx4、电阻Rx5和运算放 大器Ux，其中，电阻R xl的一端接模块电源VCC，另外一端连接电阻Rx2、电阻Rx5和运算放大器U x 的正输入端，电阻Rx2的另外一端接输入信号fx,IN的正端，输入信号f x,IN的负端接地，电阻Rx5 的另外一端接地;电阻Rx3的一端接地，另外一端接电阻Rx4和运算放大器Ux的负输入端，电阻 Rx4的另外一端接运算放大器Ux的输出端，运算放大器Ux的正电源端口和负电源端口分别接 模块电源Vcc和地。
[0007] 所述同相加法比例电路中的电阻Rxl、电阻Rx2、电阻Rx3、电阻R x4和电阻Rx5满足以下 关系：Rxi = RX2，Rx3/Rx4= 10/23，Rxl/Rx5 = 8,以保证同相加法比例电路中输入电压信号fx,in 和输出电压信号fx, OUT满足关系式
[0008] 所述钳位电路包括稳压二极管Dxl和肖特基二极管Dx2,其中，稳压二极管Dxl的反向 击穿电压为3.3V，稳压二极管D xl和肖特基二极管Dx2的负端都接同相加法比例电路的运算 放大器Ux的输出端口，稳压二极管D xl和肖特基二极管Dx2的正级都接地；当运算放大器Ux的 输出电压信号fx,ciuT>3.3V，稳压二极管Dxi反向击穿，fx,ciuT电压维持在3.3V;当输出电压信 号f x,QUT<0V，肖特基二极管Dx2导通，fx, QUT信号和地接通，电压为0V;钳位电路将输出信号 fx,ouT的幅值限制在0到3 · 3V之间。
[0009] 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0010] 1、本信号调理模块转换快速、结果准确、效果显著。
[0011] 2、本信号调理模块只需四个运算放大器，可由一块集成运放芯片提供，且每个运 算放大器只需单电源5V供电，整个模块结构简单、体积小、成本低、功耗低、易于实现。
[0012] 3、本信号调理模块将电压信号转换电路集成化和模块化，且可以扩展到其他信号 转换应用中，使用方便、通用性强。
[0013] 4、本信号调理模块采用钳位电路对输出电压进行了限制，对模块的外接设备起到 了保护作用。
【附图说明】
[0014] 图1为本实用新型的电力系统采样信号调理模块结构示意图。
[0015] 图2a为实施例中输入电压幅值为5V时二次侧三相电压信号 图。
[0016]图2b为实施例中输入电压幅值为5V时输出三相电压信号fa, OUT, fb,QUT，fc, OUT的波形 图。
[0017]图3a为实施例中输入电压幅值为6V时二次侧三相电压信号fa, IN, fb, IN, fc, IN的波形 图。
[0018]图3b为实施例中输入电压幅值为6V时输出三相电压信号fa, OUT, fb,QUT，fc, OUT的波形 图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0020] 如图1所示，本实施例所述的电力系统采集信号调理模块，由四路电压信号转换电 路组成。所述四路电压信号转换电路的每一路结构和参数相同，都能够将范围为-5V到+5V 的电压信号转换为0V到3.3V的电压信号，每一路电压信号转换电路均包括相连的同相加法 比例电路和钳位电路。所述电力系统采集信号调理模块的输入信号是电压传感器采集得到 的电力系统二次侧三相电压信号，或者二次侧三相电流和零序电流经过电流传感器转换得 到的四路电压信号，通过电压或电流传感器测量得到的输入电压信号幅值都限定在-5V到 5V范围内。
[0021 ] 所述的同相加法比例电路包括电阻Rxl、电阻Rx2、电阻R x3、电阻Rx4、电阻Rx5和运算 放大器Ux，其中，电阻Rxi的一端接模块电源Vcc，另外一端连接电阻Rx2、电阻Rx5和运算放大器 Ux的正输入端，电阻Rx2的另外一端接输入信号fx, IN的正端，输入信号fx, IN的负端接地，电阻 rx5的另外一端接地；电阻Rx3的一端接地，另外一端接电阻Rx4和运算放大器Ux的负输入端， 电阻Rx4的另外一端接运算放大器U x的输出端，运算