一种断路器交流信号采样电路的制作方法

1.本实用新型涉及交流信号采样电路领域，尤其涉及断路器交流信号采样电路。


背景技术：

2.随着低压配电的应用与发展，低压断路器作为配电应用中重要的元件，有着关键的作用。现有低压断路器一般都在原有保护功能基础上增加了测量功能。传统的电子式塑壳断路器，其测量功能仅能对电流进行测量，无法测量功率。若需对功率测量，则需要增加单独的电流互感器。
3.常规低压断路器中，一般通过电流互感器信号回路整流桥后的采样电阻提取其电流采样信号。由于交流信号通过整流桥后变成半波信号，断路器采集该半波信号来判断断路器的一次电流值，用于断路器的电流保护和测量。但此种方式只能采集断路器电流的幅值，不能获取断路器电流的相位。若需要获取断路器电流的相位，通常需要再单独增加一组电流互感器进行采样，既增加了断路器成本，又增加了断路器体积。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提出了一种断路器交流信号采样电路，该电路由电流互感器ct1，四个二极管d1、d2、d3、d4组成的整流桥，两个采样电阻r1、r2，运算放大器u1和四个电阻r3、r4、r5、r6组成的差分电路，电压基准，a/d采样模块，mcu组成。
5.所述电流互感器ct1二次侧同名端与所述二极管d1的阳极连接，所述电流互感器ct1二次侧异名端与所述二极管d3的阳极连接，所述二极管d1的阴极和所述二极管d3的阴极同时与负载连接，所述二极管d2的阴极与所述二极管d1的阳极连接，所述二极管d2的阳极通过所述采样电阻r1接地，所述二极管d4的阴极与所述二极管d3的阳极连接，所述二极管d4的阳极通过所述采样电阻r2接地，所述运算放大器u1的反相输入端通过所述电阻r3与所述二极管d2的阳极连接，所述运算放大器u1的同相输入端通过所述电阻r4与所述二极管d4的阳极连接，所述运算放大器u1的同相输入端通过所述电阻r6与所述电压基准连接，所述运算放大器u1的反相输入端通过所述电阻r5与所述运算放大器u1的输出端连接，所述运算放大器(u1)的输出端与所述a/d采样模块连接，所述a/d采样模块与所述mcu连接。
6.优选地，所述采样电阻r1阻值与所述采样电阻r2阻值相等。
7.优选地，所述采样电阻r3阻值与所述采样电阻r4阻值相等，所述采样电阻r5阻值与所述采样电阻r6阻值相等。
8.优选地，所述电压基准的输出电压设置为所述a/d采样模块的输入电压范围的1/2。
9.优选地，所述a/d采样模块和所述mcu由带a/d采样模块的mcu替换，所述运算放大器u1的输出端与所述带a/d采样模块的mcu的a/d采样模块输入端连接。
10.该电路克服了传统断路器交流信号采样电路只能采集断路器电流幅值，不能获取断路器电流相位的问题，既可以实现获取断路器电流的幅值，也可以获取断路器电流的相
位，并且a/d采样模块可采用常规的单端a/d芯片，其电路成本低，电路结构简单。
附图说明
11.图1为断路器交流信号采样电路图。
12.图2为断路器交流信号采样电路原理示意图。
具体实施方式
13.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
14.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
15.还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
16.如图1所示，一种断路器交流信号采样电路，由电流互感器ct1，四个二极管d1、d2、d3、d4组成的整流桥，两个采样电阻r1、r2，运算放大器u1和四个电阻r3、r4、r5、r6组成的差分电路，电压基准，带a/d采样模块的mcu组成。所述电流互感器ct1二次侧同名端与所述二极管d1的阳极连接，所述电流互感器ct1二次侧异名端与所述二极管d3的阳极连接，所述二极管d1的阴极和所述二极管d3的阴极同时与负载连接，所述二极管d2的阴极与所述二极管d1的阳极连接，所述二极管d2的阳极通过所述采样电阻r1接地，所述二极管d4的阴极与所述二极管d3的阳极连接，所述二极管d4的阳极通过所述采样电阻r2接地，所述运算放大器u1的反相输入端通过所述电阻r3与所述二极管d2的阳极连接，所述运算放大器u1的同相输入端通过所述电阻r4与所述二极管d4的阳极连接，所述运算放大器u1的同相输入端通过所述电阻r6与所述电压基准连接，所述运算放大器u1的反相输入端通过所述电阻r5与所述运算放大器u1的输出端连接，所述运算放大器u1的输出端与所述带a/d采样模块的mcu的a/d采样模块输入端连接。
17.如图1、图2所示，该电路的工作方式为：一次母线的电流经过电流互感器后，在互感器二次侧产生正比于互感器匝数比的二次电流信号，此信号经整流桥、负载、采样电阻形成回路。以电流互感器同名端起，当交流信号处在正半周时，电流经整流桥的二极管d1、负载、采样电阻r2、二极管d4形成回路，此时在采样电阻r2上形成交流电流信号的正半周电压信号波形。当交流信号处在负半周时，电流经整流桥的二极管d3、负载、采样电阻r1、整流桥二极管d2形成回路，此时在采样电阻r1上形成交流电流信号的负半周电压信号波形。针对该信号，若采样电阻r1与采样电阻r2阻值相等，则其电压幅值u为其中r＝r1＝r2，i为一次母线的电流值，n为互感器匝数比。
18.通过由电阻r3～r6以及运算放大器u1组成的差分电路，将采样电阻r1、r2的正、负
半周电压信号转换成完整的正弦信号，该信号具有幅值和相位信息。该差分电路中，电阻r3与电阻r4阻值相等，电阻r5与电阻r6阻值相等。同时该差分电路具备比例放大作用，其放大比例为电阻r5阻值与电阻r3阻值之比。正弦信号的零点位置由基准电压决定，即正弦信号的电压平均值等于基准电压值。将基准电压设置为a/d采样模块的输入电压范围的1/2，原有的正、负半周的正弦采样信号转变为偏置了基准电压的正向采样信号，则a/d采样模块可采用单端形式。整个电路无需使用负电源，仅需要正电源即可，优选的正电源电压值为3.3v～5v。若a/d采样模块的输入电压范围为0～2.5v，则电压基准的优选值为1.25v。
19.a/d采样模块既可以使用单独的芯片，也可以使用带a/d采样模块的mcu。a/d采样模块的数据传输给mcu，作为保护和测量的基础数据。
20.本实用新型实施例可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
21.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，上述假设的这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。