三相電信號采集電路設計

　　引言

　　當前，電力電子裝置和非線性設備的廣泛應用，使得電網中的電壓、電流波形發(fā)生畸變，電能質量受到嚴重影響和威脅;同時,各種高性能家用電器、辦公設備、精密試驗儀器、精密生產過程的自動控制設備等對供電質量敏感的用電設備不斷普及對電力系統(tǒng)供電質量的要求越來越高，電能質量問題成為近年來各個方面關注的焦點，電能質量監(jiān)測是當前國際上的一個研究熱點[1]，有必要對三相電信號進行高精度采集，便于進一步分析控制，提高電能質量。對電力參數的采樣方法主要有兩種，即直流采樣法和交流采樣法。直流采樣法采樣的是整流變換后的直流量，軟件設計簡單，計算方便，但測量精度受整流電路的影響，調整困難。交流采樣法則是按一定規(guī)律對被測信號的瞬時值進行采樣，再按一定算法進行數值處理，從而獲得被測量，因而較之直流采樣法更易獲得高精度、高穩(wěn)定性的測量結果[2]。

　　三相電信號采集電路設計

　　三相電信號采集電路框架

　　三相電信號采集電路的框架如圖1所示。三相電壓電流信號經過電壓電流互感器轉換為較低的電壓信號。其中A相的電壓信號經過波形調整成為頻率與A相電壓信號相同的方波信號，用于測量頻率。同時將轉換后方波頻率信號進行頻率的整數倍放大作為A/D轉換的控制信號。經過六路互感器降壓后，將信號送入AD7656進行A/D轉換，轉換完的數字信號就可以供于DSP/MCU進行數據分析。

　　電壓電流互感器的選用

　　電壓/電流互感器均采用湖北天瑞電子有限公司TR系列檢測用電壓輸出型變換器。電壓互感器采用檢測用電壓輸出型電壓變換器TR1102-1C，如圖2為其結構圖，規(guī)格為300V/7.07V，非線性度比差<+/-0.1%,角差<=+/-5分。電流互感器采用檢測用電壓輸出型電流變換器TR0102-2C，規(guī)格為5A/7.07V，非線性度比差<+/-0.1%,角差<=+/-5分。

　　電源電路

　　AD7656共有兩種模擬信號輸入模式，一是模擬輸入信號為二倍的參考電壓(2.5V)即+/-5V之間，另一種是四倍的參考電壓即+/-10V之間。為提高采樣的精度，本電路采用輸入信號為+/-10V之間，因此需要+/-10V~+/-16.5V之間電源供電。AD7656同時需要5V的AVCC和DVCC電源及3.3V的接口電壓電源VDRIVE(也可以是5V，可根據需要進行調整)。因此，該電路共需要+/-10V~+/-16.5V，5V，3.3V三種電壓。電源電路共采用三種電源芯片7805，REG1117-3.3V，和MAX865。外用直流變壓器產生約15V的直流電源，接入7805經電容濾波調理，輸出5V電壓。AD7656的AVCC和DVCC可接受電源極限為7V。7805產生的電壓作為施密特觸發(fā)器的電源，故接入的頻率信號經處理后為0到3.3V之間的方波信號。7805產生的電壓接入REG1117-3.3V，REG1117-3.3V產生的電壓直接接入AD7656的VDRIVE。MAX865是一種高效電荷泵，能夠用一種直流電壓輸入，產生2倍的正負兩種電壓。輸入電壓的范圍為1.5~6V之間，7856產生的5V電壓接入MAX865產生+/-10V。