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  • 交流电流采样电路
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    2014-04-02 14:28:42

    交直流通用滴 以电流取样为例 
    正半周时 D6导通 D7截至 放大倍数为1 相当于跟随 Vo=Vin 
    负半周时 D6截至 D7导通 相当于反相 Vo=-Vin 
    所以 Vo=|Vin|

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    在交变电动势作用下,电路中的电流、电压都是交变的,这样的电路叫做交流电路。 正弦交流电这样循环变化一周所需的时间叫做周期,用字母“T”表示。单位是秒(字母“S”表示),常用的还有毫秒(ms)、微妙(μs)...

    家庭、商用、工业上被广泛应用的大多都是交流电。之所以叫做交流电是因为其大小和方向都是随时间不断交替变换的电流,简称交流。在交变电动势作用下,电路中的电流、电压都是交变的,这样的电路叫做交流电路。

    正弦交流电这样循环变化一周所需的时间叫做周期,用字母“T”表示。单位是秒(字母“S”表示),常用的还有毫秒(ms)、微妙(μs)、纳秒(ns)。

     

    交流电在1秒钟内完成周期性变化的次数,叫做交流电的频率,用“f”表示,单位是赫兹,简称赫,用“Hz”表示。频率的常用单位还有千赫(KHz)、兆赫(MHz)

     

    周期和频率都是描述交流电变化快慢的物理量,两者的关系为:

    我国电流系统中,交流电的频率是50Hz,则周期T=1/f=0.02s,角频率ω=2πf=314弧度/秒。美国、日本、西欧国家频率是60Hz。


    电压互感器、电流互感器是一种按照电磁感应原理制作的特殊变压器;

     

    正弦交流电的瞬时值、最大值,最小值

    在了解正弦交流电的瞬时值、最大值和有效值之前我们先来看看前一节课中的正弦交流电电动势波形图,如下右图所示。这个波形图还可以用数学表达式表示为:

    公式中:Em表示为最大值、ω为电角度、e为瞬时值、t表示时间。


    由上述公式可见,交流电的大小是随着时间变化而变化的,瞬时值(某一瞬间)的大小在零和正负峰值之间变化,最大值也仅是一瞬间数值,不能反映交流电的做工能力。

    于是便引入有效值的概念,其定义为:

    如果交流电和直流电分别通过同一电阻,两者在相同的时间内所消耗的电能相等(或所产生的焦耳热相同),则此直流电的数值就叫做交流电有效值的数值。

    正弦交流电的电动势、电压、电流的有效值分别以E、U、I表示。通常所说的交流电的电动势、电压、电流的大小均值它的有效值。交流电电气设备上标的额定值以及交流电仪表所指示的数值也均为有效值。

    理论和实验均已表面、正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为:

    其他正弦量(电压、电流等)也可以写出文中开头第一个表达式的形式:

    电压、电流也都有瞬时值、最大值、有效值。一般瞬时值用小写字母(如u、i等)表示,最大值用大写字母附有下标m字母表示(如Um、Im)。有效值用大写字母(U、I)表示。最大值与有效值的关系为:


     

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  • 实际情况如下:在28V电机运行时,在高压侧检测电机运行时流经母线的电流大小,可以串接一个检流电阻,电流流经检流电阻根据U=IR可以得到电阻两端的电压。利用运算放大器进行差分电压放大就可以将电阻两端电压进行...

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    1. 问题需求:检测高压侧流经母线的电流

    在电流4.6A,运放检测宽度-2.5~+2.5,加2.5V参考电压垫高2.5V。

    实际情况如下:在28V电机运行时,在高压侧检测电机运行时流经母线的电流大小,可以串接一个检流电阻,电流流经检流电阻根据U=IR可以得到电阻两端的电压。利用运算放大器进行差分电压放大就可以将电阻两端电压进行放大,进而可以求出流经电阻的电流。

    2.方案1:AD620采集方案

    2.1 基本参数

    AD620是仪表放大器,共模电压不能超过供电电压,故在±12V供电情况下,共模电压的输入范围应该在-10.1~10.8V。故28V的共模电压会使AD620无法正常工作。

    因此采用差分的方式对电阻电压进行分压,将运放的输入端的共模电压降低到允许范围之内即可,电路如下。AD620的输入电流平均时0.5nA,已知1A=10^3mA=10^6μA=10^9nA

    2.2 选择40K+分压电阻仿真出错

    2.3 采用20K分压电阻负电流各点电压情况

    2.4 采用20K分压电阻正电流各点电压情况

    如此一来,流经检流电阻的电压是1.01mV,分压点的电压值为6.12V满足共模输入电压。输入运放的差模电压是221mV,放大10倍,参考地为2.5V,输出电压是4.713V。我们可以通过以下方式计算流经检流电阻的电流值,运放输出电压时4.713V,4.713V-REF2.5V=2.213V,放大10倍,通过Uin = 2.213V/10=221.3mV,可以推导出输入运放的差模电压值。再通过电阻分压公式Ur/(20K+5.6K)=Uin/5.6K,可以推导出Ur = 1.011V,就是检流电阻两端的电压值,再有I=U/R=1.011/0.22=4.6A可以得到电流值为4.6A。

    2.5 实战电路图如下: 

    但是这种方案理论上可行,但是由于实际分压电阻的精度并不是理想状态,采用过小的检流电阻阻值,经过分压后的差模电压并不敏感,因此为了能够让差模输入电压对检流电阻的电压变化值更敏感,就需要增大检流电阻的阻值,例如采用0.25R的电阻,事实上我们采用普通的2512型号贴片检流电阻,其电阻的实际额定功率智能到2W~3W,当流经检流电阻两端电压过大时就会导致严重发热,因此应当采用功率型高精度碳膜电阻,但热耗不能抵消。

    为了防止剧烈发热,应当采用功率电阻。 

    3.方案2:AD620+OP07采集方案

    为了避免AD620只能采用阻值高的检流电阻才能利用分压电阻降低共模电压来采集检流电阻两端的电压而引起的发热问题,方案2提供了一个OP07配合AD620进行小电阻采样方大的方法。

    具体方法如下,在前级使用OP07搭建差分放大电路,电路示意图如下:

     当R1=R3并且R2=R4时,得到等式2.5。这就是此电路命名的由来,它可以对差分信号进行放大。

    其AD620和OP07都不能监测共模电压高于运放供电电压的,因为OP07的共模电压输入范围也要小于供电电压才能正常工作。

    这个电路问题是输入端电压改变时没法实时响应,反馈电阻除以输入电阻就是放大倍数。由于要进行分压,因此只能是放大倍数为0.1倍的检流电阻两端电压。

    3.1 大电流下的放大情况

    3.2 负电流下的放大情况

    3.3 实战电路 

    1、8脚可以悬空。5脚为NC,空,内部谁也没接(凑数的,呵呵)
    1、8PIN是用于调零的,即抵消偏移电压(或叫失调电压).由于OP07的偏移电压本身已经很低(典型60uV最大150uV),所以可以不接,如果要接,要求必须是高精度电位器(22圈的精密电位器)。如果接了,接不好反而容易引起毫伏级的误差。

    电路图如图所示:

    展开全文
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    交流信号采集电路设计(超详细分析)

    背景:我当时也有疑问,单片机ADC不是只能采集直流信号么,那么有哪些办法可以转换后给单片机。现在弄懂了些皮毛,和大家分享。

    一、交流变压取样
    对于AC220V,首先得降压,限流。一般采用互感器,能起到安全隔离的作用,感应出0-2mA电流。

    交流电流型互感器:带孔穿入(有注明电流方向,考虑到相位)
    电流互感器
    交流电压型互感器采样原理同上。

    我们使用的单片机通常里面的ADC是单极性,即只能采集正电压。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在采样,有的人用OP07运放;有的人用取样电阻,这种电路简单。两者,有什么区别,我暂时还没实际测试验证。
    二、信号调理
    1、使用电参数计量芯片,如HT7038、ATT7035,自带双极性ADC,功能强大。
    钜泉光电官网。(原理图白嫖的。。。)
    https://www.hitrendtech.com/technology/
    2、使用普通运放将其加偏置和放大
    在这里插入图片描述
    经仿真分析一波操作后【仿真时注意示波器运放前的信号耦合方式选AC,运放输出后耦合方式选DC(关键位置)】
    放大倍数约5倍。
    在这里插入图片描述
    按最大额定电流 2mA 2x82R=164mV(Vp)

    【仿真模拟】
    输入:-164~164mV Vpp=0.328V
    输出:0.695~2.355V Vpp=1.659V
    幅值放大倍数:1.659/0.328=5.058倍

    【理论计算】(见手稿)
    在这里插入图片描述
    【示波器实测电路】
    接入AC220V,测采样端信号和运放输出端信号
    输入波形
    输出波形
    输入:-90mV~+90mV
    输出:1V~2V
    将输入代入【理论计算】得输出+1.066~+1.984V

    基本实际和理论吻合。。。
    三、单片机读取
    运放加偏置放大,可以ADC采集换算即可。
    计量芯片,SPI通信。
    具体的,等我有机会弄懂了,再更一篇。

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