一种配电终端弱模采样电路的制作方法

一种配电终端弱模采样电路
1.技术领域
2.本发明涉及配电终端采样技术领域，特别涉及一种配电终端弱模采样电路。


背景技术：

3.配电网环网柜或者环网箱中，根据不同应用场景的需求，配置电磁式互感器或电子式互感器。电子式互感器分为电子式电压互感器和电子式电流互感器，电子式电压互感器一般采用电阻或电容分压原理，电子式电流互感器一般采用互感分压输出的原理，二者均是输出弱模的电压信号，电压等级一般在0
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10v以内。环网柜（箱）中互感器输出信号被终端装置采样用于线路运行状态分析、保护计算等功能，目前大多配电终端装置采集弱模信号均使用板载弱模信号互感器处理，存在以下几个问题：1、板载弱模信号互感器体积较大，安装不方便，且成本较高，使得配电终端装置使用受限；2、不同厂家的弱模信号互感器产品质量差异较大，有的隔离电压等级不够，有的线性度不好，这都给配电终端厂家应用带来不便，特别是物料更换成本较高。


技术实现要素：

4.发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种配电终端弱模采样电路，该电路能完全替换弱模信号互感器用于弱模电压、电流采样，该电路直接在配电终端装置板载使用，配置简单、隔离电压等级高、线性度好且成本较低。
5.技术方案：本发明提供了一种配电终端弱模采样电路，包括模拟输入信号调理电路、模拟信号隔离处理电路、模拟输出信号调理电路、输出调理电路电源电路；所述模拟输入信号调理电路输出端与所述模拟信号隔离处理电路输入端连接，所述模拟信号隔离处理电路输出端与所述模拟输出信号调理电路输入端连接，所述输出调理电路电源电路为所述模拟输出信号调理电路提供电源，所述模拟输出信号调理电路输出端与adc芯片输入端连接；配电终端外置的电子式互感器弱模信号经过模拟输入调理电路进行分压采集、滤波控制后到模拟信号隔离处理电路，将模拟信号按照增益比例隔离处理，处理后经过模拟信号输出调理电路进行线性调制、二次滤波，使得信号满足adc芯片输出要求。
6.进一步地，所述模拟输入信号调理电路的输入端为电压/电流源信号，其包括电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、电容c1以及tvs管子d1，所述电阻r1、r2、r3、r4、r5串联，所述电阻r6、r7以及电容c1串联后构成输入端滤波电路，所述输入端滤波电路与所述电阻r5并联，所述tvs管子d1与所述电容c1并联，所述模拟输入信号调理电路经过分压、滤波后输出inp1、inn1差分信号。
7.进一步地，所述模拟信号隔离处理电路包括隔离运放u9、电感lb1、隔离运放副边电容c7、c8；隔离运放原边滤波电容c2、c3、c4、c5、c6；所述隔离运放u9的供电电源经过滤波
电感lb1后连接于所述隔离运放u9的电源管脚，所述隔离运放u9的电源管脚上还连接有并联的电容c9、c10；所述副边电容c7、c8并联后分别连接于所述隔离运放u9的dcdc_in、ldo_out管脚；所述原边滤波电容c2、c3、c4并联后连接于隔离运放u9的dcdc_out管脚，所述隔离运放u9的dcdc_out管脚输出接到隔离运放u9的hldo_in管脚；所述原边滤波电容c5、c6并联后连接于隔离运放u9的hldo_out管脚。
8.进一步地，所述电容c9、c10为一个10uf和一个0.1uf的配置，为隔离运放u9的供电电源滤波 旁路的作用；所述副边电容c7、c8为0.1uf容值，为隔离运放u9的副边dcdc提供旁路作用；所述电容c2、c3、c4容值大小为0.1uf，为隔离运放u9原边dcdc旁路电容；所述原边滤波电容c5、c6为隔离运放u9的原边ldo输出管脚的旁路电容，容值为一个10uf，一个0.1 uf。
9.进一步地，所述模拟输出信号调理电路的输入端为隔离运放输出端的差分信号outn1、outp1，其包括差分信号转单端信号电路、信号放大电路、低通滤波电路，所述差分信号转单端信号电路输出端与所述信号放大电路输入端连接，所述信号放大电路输出端与所述低通滤波电路输入端连接，所述低通滤波电路输出端输出信号1v1、1v1g，并连接至adc芯片。
10.进一步地，所述差分信号转单端信号电路包括运放u1a、输入电阻r9、r10，分压电阻r12、反馈电阻r11以及滤波电容c11、c12，所述输入电阻r9、反馈电阻r11分压接到所述运放u1a的反向输入端，所述滤波电容c12与反馈电阻r11并联，所述滤波电容c11与反馈电阻r12并联。
11.进一步地，所述差分信号转单端信号电路需保持r9=r10，r11=r12。
12.进一步地，所述输出调理电路电源电路包括电源芯片u2 tps65130rger， 5v电源经mos管q1、电感l3与电源芯片u2的输入p端连接，所述mos管的门级开关控制信号输入端与所述电源芯片u2的bsw连接， 5v电源还与电源芯片u2电源输入n端连接， 5v电源经过电阻r16与所述电源芯片u2的输入电源使能管脚连接，所述电源芯片u2的输出电压p端的反馈信号端与输出电压p端的分压反馈电路连接，所述电源芯片u2的输出电压n端的反馈信号端与输出电压n端的反馈电路，所述电源芯片u2的输出p端的电压信号、输出n端的电压信号分别连接于所述模拟输出信号调理电路。
13.进一步地，所述电源芯片u2的输出p端上还连接有所述电感l3、二极管d2，所述电源芯片u2的输出n端上设置有电感l4、二极管d3。
14.有益效果：1、本发明电路能完全替换弱模信号互感器用于弱模电压、电流采样，其直接在配电终端装置板载使用，隔离电压等级高、线性度好。而且本发明电路结构体积较小，配置简单且成本较低。
15.2、本发明的模拟输入信号调理电路的输入源为外部电子式互感器，模拟信号隔离处理电路为隔离处理外部电子式互感器输出的弱模信号，模拟输出信号调理电路为隔离运放u1的信号输出调理，而且本发明的电路只说明了配电终端中某1路模拟信号的采样，如果有8路4u4i采样需求，则将此弱模采样电路按照8路即可实现。
16.3、本发明的模拟输入信号调理电路既可以使用电子式电压互感器信号输入，也可以使用电子式电流互感器信号输入，只需要根据输入信号的大小，输出信号的要求配置相
关分压电阻大小即可，适应性强。
附图说明
17.图1是本发明电路整体结构示意图；图2是本发明模拟输入信号调理电路示意图；图3是本发明模拟信号隔离处理电路示意图；图4是本发明模拟输出信号调理电路示意图；图5是本发明输出调理电源电源电示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
19.本发明实施中，如图1所示，本发明提出一种配电终端弱模采样电路，包括模拟输入信号调理电路、模拟信号隔离处理电路、模拟输出信号调理电路、输出调理电路电源电路。模拟输入信号调理电路输出端与模拟信号隔离处理电路输入端连接，模拟信号隔离处理电路输出端与模拟输出信号调理电路输入端连接，输出调理电路电源电路为模拟输出信号调理电路提供电源，模拟输出信号调理电路输出端与adc芯片输入端连接；配电终端外置的电子式互感器弱模信号经过模拟输入调理电路进行分压采集、滤波控制后到模拟信号隔离处理电路，将模拟信号按照增益比例隔离处理，处理后经过模拟信号输出调理电路进行线性调制、二次滤波，使得信号满足adc芯片输出要求。
20.本发明实施中，如图2所示，模拟输入信号电路包括输入端电压/电流源信号，电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7，电容c1，tvs管子d1。电阻输入端分压电阻r1、r2、r3、r4、r5串联，且所使用的电阻为1210封装，精度0.1%，温度系数为25ppm金属膜电阻，r5上电压为分压后的采样电压。输入端电阻r6、r7、电容c1构成输入端滤波电路，根据滤波信号参数要求选择r6、r7、c1的值。模拟信号经过分压，滤波后输出inp1、inn1差分信号，tvs管d1为模拟信号输入端的防护二极管，防止输入电压出现过电压时对后级电路的冲击。本发明的模拟输入信号调理电路技术特点为既可以使用电子式电压互感器信号输入，也可以使用电子式电流互感器信号输入，只需要根据输入信号的大小，输出信号的要求配置相关分压电阻大小即可，适应性强。
21.本发明实施中，如图3所示，模拟信号隔离处理电路包括隔离运放u9、电感lb1、隔离运放副边电容c7、c8；隔离运放原边滤波电容c2、c3、c4、c5、c6构成。u9的12号管脚为隔离副边的电源输入管脚，15、9为地信号的输入管脚。u9的供电电源为 5v， 5v电源经过滤波电感lb1后接到u9的12脚，电容c9、c10并联接到u9的12号电源管脚，电容c9、c10为一个10uf和一个0.1uf的配置，为u9的供电电源滤波 旁路的作用。电容c7、c8为0.1uf容值，为隔离运放u9的副边dcdc提供旁路作用，分别接到u9的16和13号管脚。电容c2、c3、c4为隔离运放u9原边dcdc旁路电容，容值大小为0.1uf，并联接到u9的1号管脚。u9的1号管脚输出接到u9的3号管脚，作为内部ldo的输入。电容c5、c6为隔离运放u9的原边ldo输出管脚的旁路电容，容值为一个10uf，一个0.1uf,并联接到u9的5号管脚。u9的6、7号管脚为从模拟输入信号电路处理输入的差分信号，电压范围为
±
1v以内，u9的10、11号管脚为隔离运放处理后的差分输出信号，电压范围为
±
2v以内。
22.本发明实施中，如图4所示，模拟输出调理电路包括差分信号转单端信号电路、信号放大电路、低通滤波电路。模拟输出信号调理电路包括隔离运放输出端的差分信号outn1、outp1，运放u1a的输入电阻r9、r10，分压电阻r12，反馈电阻r11，滤波电容c11、c12。u1b的输入电阻r13、r14，反馈电阻r15，滤波电容c13、c14。输出rc滤波电阻r30、r31滤波电容c30。电阻r10、r12分压接到运放u1a的正向输入端3号管脚，电容c11与电阻r12并联,为信号outp1的滤波电容。电阻r9、r11分压接到运放u1a的反向输入端2号管脚，电容c12与r11并联，为信号outn1的滤波电容，电路先择的时候需保持r9=r10，r11=r12。这两部分分压电阻与u1a部分构成运放的差分信号转单端信号输出，输出电压大小为uadc1=u(r9/r12)*（outp1
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outn1）。电阻r13、r14、r15与u1b构成第二级信号放大电路，电阻r13接到u1b的5号管脚，c13为运放u1b正向输入端的滤波电容。r14接到u1b的6号输入管脚，r15接到u1b的6、7管脚；r14、r15与运放u1b构成信号的正向放大电路，c14与r15并联为滤波电容，电路处理后输出电压发小为uadc1*（r15/r14）。r30、c30、r31构成运放输出端的低通滤波电路，具体参数选择根据滤波需求确定。输出信号1v1、1v1g接到adc芯片用于采样需求。
23.本发明实施中，如图5所示，输出调理电路电源电路由电源芯片u2 tps65130rger，电阻r16、r17、r18、r19、r20、电容c18、c19、c20、c21、c22、c23、c24、c25、c26、c27，电感l3、l4，二极管d2、d3，mos管q1组成。输出调理电路电源分为输入、输出两个部分。 5v电源经过mos管q1、电感l3到电源芯片u2的输入p端1、24号引脚。电源芯片u2的7号引脚为输入端mos管的门级开关控制信号，当电源芯片u2的enp输入高电平时，电源芯片u2的bsw输出低电平使mos管q1导通。 5v电源接到电源芯片u2电源输入n端的5、6号引脚， 5v电源经过电阻r16接到电源芯片u2的输入电源使能管脚8、9、10、11，默认情况下所以输出均为使能状态，电容c19、c20与r16构成输入使能端的滤波电路。
24.电源芯片u2的22号管脚为输出电压p端的反馈信号端，电阻r17与r19构成输出电压p端的分压反馈电路到电源芯片u2的22号管脚，电容c21为滤波电容。电源芯片u2的16号管脚为输出电压n端的反馈信号端，电阻r19与r20构成输出电压n端的反馈电路输入到电源芯片u2的16号管脚，电容c23、c24为滤波电容。电感l3为输出p端的电感，电感l4为输出n端的电感，二极管d2为电源芯片u2输出p端的二极管，二极管d3为输出n端的二极管。电源芯片u2的23号管脚为输出p端的电压信号，本例中输出信号为 10v，c22为输出p端的滤波电容。电源芯片u2的15号管脚为输出n端的电压信号，本例中输出信号为
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10v，c27为输出n端的滤波电容。
25.本发明的工作过程为：配电终端外置的电子式互感器弱模信号经过模拟输入调理电路进行分压采集、滤波控制后到模拟信号隔离处理电路，模拟信号隔离处理电路将模拟信号按照增益为2.0的比例隔离处理，处理后经过模拟信号输出调理电路进行线性调制、二次滤波等，使得信号满足adc芯片输出要求。本发明中电路只说明了配电终端中某1路模拟信号的采样，如果有8路4u4i采样需求，则将此弱模采样电路按照8路即可实现。本发明提出一种配电终端弱模采样电路，可以完全替换目前主流使用的弱模信号互感器方案，且隔离效果和线性度都比弱模互感器要好，同时也解决了板载空间尺寸的限制，降低了采样成本。
26.上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。