一种三相电压、电流采样与模数转换电路及方法与流程

本发明属于采样电路，尤其涉及一种三相电压、电流采样与模数转换电路及方法。

背景技术：

1、高精确性、高可靠性的电压、电流采样电路，能有效实现电网电压、电流的实时监测、参数计算和数据分析，进而获得电网电压和电流的总畸变率和各次谐波分量的值，以及发现并处理潜在的安全隐患，从而提高电力系统的可靠性和安全性。然而现有技术中采样电路或多或少都存在一定弊端，如抗干扰能力差、对采样电压和电流处理不当等，造成现有电路可靠性、精确性低。

2、公告号为cn101819223b的专利提供了一种三相四线电路的电压、电流采样电路及电压、电流采样方法，电压采样电路，所述的电压采样电路是将n个同型号的电阻串联后一端接到a相，另一端接到n线上，将n个同型号的电阻串联后一端接到b相，另一端接到n线上，将n个同型号的电阻串联后一端接到c相，另一端接到n线上，其中n为整数且20≤n≤100；然后在三相电压采样信号点下端各串接r欧的电阻，再按照电压采样电路，把n个同型号的电阻串联后一端接到a相上的r欧电阻的下端，把n个同型号的电阻串联后一端接到b相上的r欧电阻的下端，把n个同型号的电阻串联后一端接到c相上的r欧电阻的下端，n个同型号的电阻串联后的另一端一起连接到n线上，再在靠近n线的电阻上端各连接一个lm124四运算精密运算放大器，其中所述的lm124四运算精密运算放大器接成模拟减法器的形式，进行电流采样。此专利电路虽然简单，但是抗干扰能力弱，无法抵御绝缘耐压、雷击浪涌、电快速脉冲群等干扰对信号采样造成的影响。同时，该方法电压信号的采样纯粹是用电压分压的方式完成，并且未说明采样后的电压、电流如何进一步处理以便于cpu使用，可靠性和精确性都较低。

3、因此，如何提供一种可靠性和精确性高的电压、电流采样电路，是本技术领域人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种三相电压、电流采样与模数转换电路，以解决现有技术中电压、电流采样电路可靠性和精确性低的问题；另外本发明还提供了一种三相电压、电流采样与模数转换方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种三相电压、电流采样与模数转换电路，包括：

4、前端保护与滤波电路，用于隔离与保护，以及滤除电网高频干扰信号；

5、电压信号采样与放大电路，用于三相电压的电压采样与信号放大；

6、电流变比与滤波电路，用于三相电流的信号变比与滤除高频干扰信号；

7、电流信号采样与放大电路，用于电流信号的采样与信号放大；

8、模数转换电路，用于将模拟的电压、电流信号转换为数字信号；

9、所述前端保护与滤波电路、电压信号采样与放大电路、模数转换电路依次连接，所述电流变比与滤波电路、电流信号采样与放大电路、模数转换电路依次连接。

10、进一步的，所述前端保护与滤波电路包括电阻rv1、电阻rv2、电阻rv3、电容c3、电容c8、电容c13、电压互感器pt1、电压互感器pt2和电压互感器pt3，三相电压ua通过所述电阻rv1、电容c3与un并联，所述三相电压ub通过所述电阻rv2、电容c8与un并联，所述三相电压uc通过所述电阻rv3、电容c13与un并联，三相电压ua还与所述电压互感器pt1连接，三相电压ub还与所述电压互感器pt2连接，三相电压uc还与所述电压互感器pt3连接。

11、进一步的，当电压等级为57.7v至100v时，三相电压ua与所述电压互感器pt1之间并联2个限流电阻，三相电压ub与所述电压互感器pt2之间并联2个限流电阻，三相电压uc与所述电压互感器pt3之间并联2个限流电阻；当电压等级为220v时，三相电压ua与所述电压互感器pt1之间并联4个限流电阻，三相电压ub与所述电压互感器pt2之间并联4个限流电阻，三相电压uc与所述电压互感器pt3之间并联4个限流电阻。

12、进一步的，所述电压信号采样与放大电路包括电阻r20、电阻r24、电阻r28、差分放大器u1、差分放大器u2、差分放大器u3，所述电阻r20的两端分别与所述差分放大器u1的第3引脚、第2引脚连接，所述差分放大器u1的第6引脚与所述模数转换电路的ad转换芯片的v1端连接，所述电阻r24的两端分别与所述差分放大器u2的第3引脚、第2引脚连接，所述差分放大器u2的第6引脚与所述模数转换电路的ad转换芯片的v2端连接，所述电阻r28的两端分别与所述差分放大器u3的第3引脚、第2引脚连接，所述差分放大器u3的第6引脚与所述模数转换电路的ad转换芯片的v3端连接。

13、进一步的，所述电流变比与滤波电路包括电流互感器ct1、电流互感器ct2、电流互感器ct3、开关二极管v7、开关二极管v8、开关二极管v9、开关二极管v10、开关二极管v11、开关二极管v12、电感器l7、电感器l8、电感器l9、电感器l10、电感器l11、电感器l12，所述开关二极管v7的第3引脚与所述电感器l7连接，所述开关二极管v7的第2引脚与所述开关二极管v8的第1引脚连接，所述开关二极管v7的第1引脚与所述开关二极管v8的第2引脚连接，所述开关二极管v8的第3引脚与所述电感器l8连接，所述开关二极管v9的第3引脚与所述电感器l9连接，所述开关二极管v9的第2引脚与所述开关二极管v10的第1引脚连接，所述开关二极管v9的第1引脚与所述开关二极管v10的第2引脚连接，所述开关二极管v10的第3引脚与所述电感器l10连接，所述开关二极管v11的第3引脚与所述电感器l11连接，所述开关二极管v11的第2引脚与所述开关二极管v12的第1引脚连接，所述开关二极管v11的第1引脚与所述开关二极管v12的第2引脚连接，所述开关二极管v12的第3引脚与所述电感器l12连接。

14、进一步的，所述电流信号采样与放大电路包括电阻r32、电阻r36、电阻r41、差分放大器u4、差分放大器u5、差分放大器u6，所述电阻r32的两端分别与所述差分放大器u4的第3引脚、第2引脚连接，所述差分放大器u4的第6引脚与所述模数转换电路的ad转换芯片的v4端连接，所述电阻r36的两端分别与所述差分放大器u5的第3引脚、第2引脚连接，所述差分放大器u5的第6引脚与所述模数转换电路的ad转换芯片的v5端连接，所述电阻r41的两端分别与所述差分放大器u6的第3引脚、第2引脚连接，所述差分放大器u6的第6引脚与所述模数转换电路的ad转换芯片的v6端连接。

15、进一步的，所述模数转换电路包括ad转换芯片u7和电压基准芯片u8，所述电压基准芯片u8的vout端与所述ad转换芯片u7的ref_in端连接。

16、第二方面，本发明提供了一种三相电压、电流采样与模数转换方法，包括以下步骤：

17、s10、输入三相电压、电流信号，电压互感器和电流互感器对信号进行变比，将强电信号变比为适合后端电路处理的信号；

18、s20、前端保护与滤波电路和电流变比与滤波电路消除信号中的高频干扰；

19、s30、电压信号采样与放大电路和电流信号采样与放大信号将信号转变为电压信号，并且通过差分放大器对信号进行放大处理；

20、s40、放大后的信号传输给模数转换电路的ad转换芯片进行数据转换，ad转换芯片通过spi信号把转换后的数据传输给dsp，dsp对电压、电流进行数据处理、计算与分析。

21、本发明提供的三相电压、电流采样与模数转换电路及方法与现有技术相比，至少具有如下有益效果：

22、现有技术中采样电路或多或少都存在一定弊端，如抗干扰能力差、对采样电压和电流处理不当等，造成现有电路可靠性、精确性低。本发明流程简单、操作便捷，具有高可靠性和抗干扰能力，可实现雷击浪涌、电快速脉冲群等干扰测试下采样精度保持正常，同时，电压互感器和电流互感器的使用，具备隔离效果，能解决绝缘耐压等问题，本发明可有效地测量电力系统中的电压值、电流值、‌功率因数和谐波等参数，‌帮助实现电力质量监测和故障诊断，可靠性和精确性高。