一種用于電壓采樣及信號調理的電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及電路技術領域，具體地說，涉及一種用于電壓采樣及信號調理的電路。
【背景技術】
[0002]當前，在我們生產和生活中使用的變配電系統中，交流電壓采樣電路是各種交流測量裝置中不可缺少的部分。
[0003]目前常用的交流電壓采集主要有以下幾種:
[0004](1)電壓互感器(PT)電路，工作原理參見圖4，存在以下缺點:
[0005]a)會對電壓采樣波形產生一定的相移，也就是說會造成互感器的角差，并且這個角差在整個量程還會發生變化，這樣就會造成功率測量精度降低；
[0006]b)測量范圍窄，低電壓輸入時，受勵磁電流減小的影響，精度會降低；
[0007]c)輸入過載能力差，當輸入電壓過高時，電壓互感器會嚴重發熱進而損壞；
[0008]d)由于使用鐵芯和銅線，還要灌封，人工成本高，所以體積大，成本高；
[0009]e)內有極細的漆包線繞制，需要樹脂灌封，溫度變化或者焊接及易斷線，可靠性低，對工藝要求高；
[0010]f)因為是互感器結構，不能測量直流電壓和含有直流成分的電壓，否則互感器就會飽和，最終損壞；
[0011]g)通過電磁感應來工作，容易受到電磁場的干擾，抗電磁干擾性能差；
[0012]h)溫度系數大，不能做寬范圍高精度的測量。
[0013](2)1:1的小電流互感器(CT)，參見圖5，存在以下缺點:
[0014]a)會對電壓采樣波形產生一定的相移，也就是說會造成互感器的角差，并且這個角差在整個量程還會發生變化，這樣就會造成測量精度降低；
[0015]b)低電壓輸入時，受勵磁電流減小的影響，精度會降低；
[0016]c)輸入過載能力差，當輸入電壓過高時，串接的電阻和電壓互感器會嚴重發熱進而損壞；
[0017]d)在電流互感器(CT) 二次側需要并接一個采樣電阻將電流轉變成電壓信號，并接的電阻會進一步惡化電壓信號的角差，進一步對功率的測量精確度造成影響，使功率準確度降低。
[0018]e)內有極細的漆包線繞制，需要樹脂灌封，溫度變化或者焊接極易斷線，可靠性低，對工藝要求高；
[0019]f)這種電流互感器的輸入范圍大約是0?2.5mA，在低壓系統里線電壓大約是400V左右，這時候串接電阻和互感器及二次側電阻消耗的能量十分可觀，浪費了電能，同時因為發熱較大，廣品壽命變短，電路容易失效；
[0020]g)因為是互感器結構，不能測量直流電壓和含有直流成分的電壓，否則互感器就會飽和，最終損壞；
[0021]h)通過電磁感應來工作，容易受到電磁場的干擾，抗電磁干擾性能差；
[0022]i)由于使用鐵芯和銅線，還要灌封，人工成本高，所以體積大，成本高；
[0023]j)溫度系數大，不能做寬范圍高精度的測量。
[0024]目前常用的信號調理電路主要有以下幾種:
[0025](1)運放加法電路，參見圖6，存在以下缺點:
[0026]a)需要正負電源供電，不能直接使用AD轉換器的基準源Vref，需要用一個運放和若干電阻產生一個負的Vref ;
[0027]b)這種電路形式輸入阻抗不足夠高，結合前面的信號內阻，給測量帶來一定的誤差；而且由于此電路不能因為降低輸出阻抗，而導致過低的輸入阻抗，進一步造成大的測量誤差，所以此電路輸出阻抗高，直接接ADC電路會產生時間問題，影響電壓和功率測量的準確度；
[0028]c)此電路運放輸出阻抗高，帶載負載能力差，造成電路輸出范圍小；而且整個電路復雜，使用運放和精密電阻多，成本高，可靠性差。
[0029](2)電容耦合反相放大電路，參見圖7，存在以下缺點:
[0030]a)使用電解電容耦合，性能受電容容量和材質影響大，而且溫度影響點解電容的容量和壽命；
[0031]b)這種電路形式輸入阻抗不足夠高，結合前面的信號源內阻，給測量帶來一定的誤差；而且運放輸出阻抗高，所以帶負載能力差，造成電路輸出范圍小；使用精密電阻多，成本高；
[0032]c)此電路不能因為降低輸出阻抗，而導致過低的輸入阻抗，進一步造成大的測量誤差，所以此電路輸出阻抗高，直接接ADC電路會產生時間問題，影響電壓和功率測量的準確度。

【發明內容】

[0033]有鑒于此，本申請所要解決的技術問題是提供了一種用于電壓采樣及信號調理的電路，可直接測量交直流電壓信號或交流中疊加大量直流成分的甲流信號，具有極高的線性和精度、可靠性高、抗干擾性能強。
[0034]為了解決上述技術問題，本申請有如下技術方案:
[0035]—種用于電壓采樣及信號調理的電路，包括電壓采樣電路和信號調理電路，所述電壓采樣電路和所述信號調理電路相連接，其特征在于，
[0036]所述電壓采樣電路用于對高輸入交流電壓進行分壓，并輸出低輸出交流電壓，包含至少兩個串聯連接的電阻，分別為第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的第一端作為信號輸入端，用于輸入交直流信號或包含直流成分的交流信號；所述第一電阻的第二端與所述第二電阻的第一端連接，該端還連接到所述信號調理電路，作為所述信號調理電路的電壓輸入端；所述第二電阻的第二端接地；
[0037]所述信號調理電路用于輸出單極性電壓，包含運算放大器、第三電阻和第四電阻，所述第三電阻的第一端連接到所述電壓采樣電路中所述第一電阻的第二端，作為所述電壓輸入端；所述第三電阻的第二端連接到所述運算放大器的同相輸入端；所述第四電阻的第一端作為所述信號調理電路的參考電壓輸入端，所述第四電阻的第二端連接到所述運算放大器的同相輸入端；所述運算放大器的反相輸入端連接到所述運算放大器的輸出端，作為所述信號調理電路的輸出端；所述運算放大器的兩個電源端，一端連接外部電源，另一端接地。
[0038]優選地，其中:
[0039]所述電壓采樣電路中串聯連接的各電阻為高阻值電阻，所述第一電阻的阻值為100ΚΩ-10ΜΩ，所述第二電阻的阻值為1ΚΩ-100ΚΩ。
[0040]優選地，其中:
[0041 ] 所述電壓采樣電路中串聯連接的各電阻為耐高壓電阻。
[0042]優選地，其中:
[0043]所述電壓采樣電路中串聯連接的各電阻為低溫度系數電阻。
[0044]優選地，其中:
[0045]所述第三電阻和所述第四電阻的阻值相等。
[0046]優選地，其中:
[0047]所述第三電阻和第四電阻的阻值為10K Ω -500K Ω。
[0048]與現有技術相比，本申請所述的方法，達到了如下效果:
[0049]第一，本申請所提供的用于電壓采樣及信號調理的電路中，電阻是阻性負載，避免了因為互感器的電感特性造成的角差，所以本發明電路沒有角差，從而在功率測量方面精度高。
[0050]第二，本申請所提供的用于電壓采樣及信號調理的電路中，因為沒有線圈和鐵芯，不涉及到用磁場來傳遞信號，所以不會由于勵磁電流太小造成非線性，從而在極小信號時，都有極高的線性度和精度。
[0051]第三，本申請所提供的用于電壓采樣及信號調理的電路中，因為采用高阻值的電阻串做輸入，輸入電流極小，即便大幅過載甚至輸入翻倍，電阻也不會明顯發熱，沒有鐵芯，不存在飽和的情況，線性度也依然不變。
[0052]第四，本申請所提供的用于電壓采樣及信號調理的電路中，電阻為高耐壓電阻，機械化生產，成本低。工藝標準，可靠性高，不存在互感器繞組斷線的問題。
[0053]第五，本申請所提供的用于電壓采樣及信號調理的電路中，因為不需要變化磁場耦合，本發明電路可以直接測量交直流電壓信號或者交流中疊加大量直流成分的交流信號，不存在飽和的弊端。
[0054]第六，本申請所提供的用于電壓采樣及信號調理的電路中，沒有線圈和鐵芯，幾乎不會受到電磁場的干擾，因此抗干擾性能強。
[0055]第七，本申請所提供的用于電壓采樣及信號調理的電路需要的電阻成本極低，體積小，而現有技術中互感器昂貴，體積大，占用PCB面積大。
[0056]第八，本申請所中的電壓采樣電路采用低溫度系數電阻，可以在寬溫度范圍做到極高的精度。
[0057]第九，本申請所提供的用于電壓采樣及信號調理的電路，可采用單電源供電，可直接使用ADC的參考電源Vref，無需額外的電路。
[0058]第十，本申請所提供的用于電壓采樣及信號調理的電路，信號調理電路的輸入阻抗極高，可滿足各種采用電路的輸出，而且輸出阻抗極低，帶負載能力強，能夠實現深度負反饋，電路穩定；輸出范圍大，輸出信號能比較接近0V ;整個電路的精度取決于信號調理電路中的兩個電阻，應用溫度范圍寬。
【附圖說明】
[0059]此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中:
[0060]圖1為本發明實施例1中用于電壓采樣及信號調理的電路的一種構成示意圖；
[0061]圖2為本發明實施例2中用于電壓采樣及信號調理的電路的一種構成示意圖；
[0062]圖3為本發明實施例3中用于電壓采樣及信號調理的電路的一種構成示意圖；
[0063]圖4為現有技術中電壓互感器(PT)電路的構成示意圖；
[0064]圖5為現有技術中1:1的小電流互感器(CT)的構成示意圖；
[0065]圖6為現有技術中運放加法電路的構成示意圖；
[0066]圖7為現有技術中電容耦合反相放大電路的構成示意圖。
【具體實施方式】
[0067]如在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領域技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求并不以名稱的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分的準則。如在通篇說明書及權利要求當中所提及的“包含”為一開放式用語，故應解釋成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的誤差范圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差范圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電