一種交流電壓采集裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電壓測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交流電壓采集裝置及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，交流電壓的采集主要采用半波整流濾波技術(shù):采用二極管進(jìn)行整流和電容進(jìn)行濾波。此方法的缺點(diǎn)是二極管溫漂大，電容濾波后濾掉部分諧波分量將增大測量誤差并降低測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種交流電壓采集裝置及其工作方法，該交流電壓采集裝置通過采用程序?yàn)V波方法不會(huì)對輸出波形造成影響，可精確采集交流電壓。
[0004]本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
一種交流電壓采集裝置，其特征在于所述采集裝置包括依次連接的限流支路、交流電壓轉(zhuǎn)換支路、直流偏壓支路、阻抗變換和跟隨支路以及軟件處理支路，其中，所述限流支路上接有被測交流電壓輸入端。
[0005]所述限流支路包括依次串聯(lián)的電阻Rl以及電流互感器Tl初級(jí)線圈，其中，所述電阻Rl與所述被測交流電壓輸入端連接。
[0006]所述交流電壓轉(zhuǎn)換支路依次包括電流互感器Tl次級(jí)線圈、電阻R2以及電容Cl，其中，所述電阻R2與所述電流互感器Tl次級(jí)線圈并聯(lián)，所述電容Cl與所述電流互感器Tl次級(jí)線圈串聯(lián)。
[0007]所述直流偏壓支路位于所述交流電壓轉(zhuǎn)換支路以及所述阻抗變換和跟隨支路之間，包括依次連接的電源電壓VCCl、電阻R3、電阻R4以及GNDI。
[0008]所述阻抗變換和跟隨支路包括電阻R5以及運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器同相輸入端連接所述直流偏壓支路，所述電阻R5連接所述運(yùn)算放大器異相輸入端以及所述運(yùn)算放大器的輸出端。
[0009]—種涉及任一上述交流電壓采集裝置的工作方法，其特征在于所述工作方法包括如下步驟:被測交流電壓輸入所述限流支路中，將被測交流電壓轉(zhuǎn)變成小電流;所述交流電壓轉(zhuǎn)換支路將小電流轉(zhuǎn)換成交流低電壓輸出，并隔斷其中直流;輸出的交流低電壓負(fù)值部分疊加在所述直流偏壓支路內(nèi)的直流偏置電壓上從而變成正值交流電壓;正值交流電壓經(jīng)所述阻抗變換和跟隨支路提高輸入阻抗，輸出電壓進(jìn)入所述軟件處理支路中進(jìn)行程序?yàn)V波和計(jì)算處理，獲得交流電壓值。
[0010]所述工作方法包括如下步驟:
a.被測交流電壓V_test輸入所述限流支路中，所述電流互感器Tl初級(jí)線圈串聯(lián)電阻Rl進(jìn)行限流，將被測交流電壓V_test轉(zhuǎn)變成小電流Il，其中，Il=V_test/Rl;
b.小電流Il進(jìn)入所述交流電壓轉(zhuǎn)換支路，1:1變比的所述電流互感器Tl次級(jí)線圈將小電流11轉(zhuǎn)換為小電流12，其中，11=12;所述電阻R2將小電流12轉(zhuǎn)換成交流低電壓VI，其中，V1=I2*R2;低電壓Vl經(jīng)過電容Cl后隔斷其中直流變?yōu)檩敵鲭妷篤2，其中，V2=V1;
c.所述交流電壓轉(zhuǎn)換支路輸出電壓V2進(jìn)入所述直流偏壓支路內(nèi)，并疊加在直流偏置電壓上轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭妷篤3，其中，V3=V2+VCC1*R4/(R3+R4)；
d.所述直流偏壓支路輸出電壓V3連接所述阻抗變換和跟隨支路中所述運(yùn)算放大器同相輸入端進(jìn)行阻抗變換并輸出電壓V_out，其中，V_out=V3 ；
e.由所述軟件處理支路中的ADC和MCU計(jì)算輸出電壓V_out，計(jì)算方法為:
采用內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)進(jìn)行ADC采集計(jì)算，其中，內(nèi)循環(huán)為ADC連續(xù)采集30次，以AD[30]為數(shù)組計(jì)數(shù)，把數(shù)組AD[30]進(jìn)行冒泡法從小到大排序，去掉尖峰毛刺即最大值A(chǔ)D[29]，選AD
[28]-AD[19]的平均值，即:
V_out = V_erf*( AD[19]+AD[20] + AD[21] + AD[22] + AD[23] + AD[24] + AD[25] + AD[26] + AD[27] + AD[28] )/10/ 4095
式中，V_erf為ADC的參考電壓；4095是12位的ADC總步數(shù)，即采集分辨率是V_erf/4095；
f.根據(jù)計(jì)算出的￥_0111:計(jì)算被測交流電壓V_test，計(jì)算公式為:
V_test=(V_out-VCCI*R4/(R3+R4))*R1/R2。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，可以在一定溫度范圍內(nèi)減小主要溫漂器件的影響，提高了測量精度并減小了測量誤差，處理方法簡單，成本較低，適合大規(guī)模推廣使用。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明中交流電壓采集裝置原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對本發(fā)明的特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
實(shí)施例:如圖1所示，本實(shí)施例具體涉及一種交流電壓采集裝置及其工作方法，能夠?qū)崟r(shí)測量市電或其它交流電壓，該交流電壓采集裝置包括依次連接的限流支路、交流電壓轉(zhuǎn)換支路、直流偏壓支路、阻抗變換和跟隨支路以及軟件處理支路。
[0014]限流支路用于限流以把要測試的交流電壓轉(zhuǎn)變成小電流，包括依次串聯(lián)的電阻Rl以及電流互感器Tl初級(jí)線圈，電阻Rl的一端接被測交流電壓輸入端、另一端接電流互感器Tl初級(jí)線圈的腳I，電流互感器Tl初級(jí)線圈的腳4則接PGND，其中，電阻Rl為限流電阻，阻值介于100-900K Ω之間，電流互感器Tl的變比為1:1，其阻值為百歐姆級(jí)，可以忽略不計(jì)。
[0015]交流電壓轉(zhuǎn)換支路用于把限流支路中的小電流轉(zhuǎn)換成交流低電壓并隔斷其中的直流，包括電流互感器Tl次級(jí)線圈、電阻R2以及電容Cl，電阻R2兩端分別接電流互感器Tl次級(jí)線圈的腳2、3以構(gòu)成并聯(lián)用于將小電流轉(zhuǎn)換成交流低電壓，電容Cl則接電流互感器Tl次級(jí)線圈的腳2以構(gòu)成串聯(lián)隔斷直流;其中，R2為負(fù)載電阻，阻值為百歐姆級(jí)。
[0016]直流偏壓支路位于交流電壓轉(zhuǎn)換支路以及所述阻抗變換和跟隨支路之間，包括依次連接的電源電壓VCC1、電阻R3以及電阻R4，其中R3和R4為直流偏置電阻;通過在電容CI后端加一直流偏置電壓，以把輸入的交流低電壓負(fù)值部分疊加在直流偏置電壓上從而變成正值交流電壓。
[0017]阻抗變換和跟隨支路用于提高正值交流電壓的輸入阻抗，包括電阻R5以及運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器同相輸入端3連接直流偏壓支路，電阻R5連接運(yùn)算放大器異相輸入端2以及運(yùn)算放大器的輸出端I，形成跟隨器，正值交流電壓經(jīng)該跟隨器提高輸入阻抗。
[0018]軟件處理支路包括ADC以及MCU，跟隨器輸出電壓進(jìn)入ADC進(jìn)行采集，并由MCU進(jìn)行程序?yàn)V波和計(jì)算處理。
[0019]需要說明的是，Vl、VCCl、VCC2、V_out*ftGNDl。
[0020]如圖1所示，本實(shí)施例中交流電壓采集裝置的工作方法包括如下步驟:
(a)被測交流電壓V_test輸入限流支路中，電流互感器Tl初級(jí)線圈串聯(lián)電阻Rl進(jìn)行限流，將被測交流電壓V_test轉(zhuǎn)變成小電流II，小電流Il的計(jì)算公式為:
Il=V_test/Rl；
式中，Rl的阻值已知，可以介于100-900ΚΩ之間；