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2020-07-04 16:47:33
输出就是I*R.
1:1000,就是次级电流与初级电流是1:1000的关系,初级10A,那次级就是0.01A,运放输出就是0.01*R.
这两个二极管是在测量电路没有上电或故障状态提供保护,避免互感器输出端过压,避免磁心饱和/过热.
这二个二极管是为了CT和运放的输入级,差分电压不能超过损坏输入级的电压,保固下CT输出级不能开路。当电流回路有开路状态时,时反馈电阻有问题或运放负反馈不成立时,CT就会输出高压,通过二极管进行限压,正常工作时,基本没有影响,测小电流时,UA级时,才要考量二极管的漏电流。
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1.二极管整流
直接看电路:
通过整流桥将双极性信号转换为单极性信号,再用采样电阻将电流转换为电压。电压信号可以通过一个大电容将交流转换为直流,再输入AD;也可以直接输入AD,高速采样,通过软件的方式计算信号的有效值。
电流互感器输出的是电流,可以看做一个电流源,因此,一般情况下整流桥上二极管的压降不会影响采样电阻上的电压。但如果采样电阻和整流桥的位置反过来,先将电流转换成电压再整流就会有问题。电压信号经过整流桥产生压降,这个压降是不可忽视的,使采集的信号失真,导致产生较大误差。
如果对成本敏感且对精度要求不高,也可以直接用一个二极管代替整流桥,做半波整流。
2.运放整流
二极管整流会产生压降,对于一些带载能力有限的互感器,这个压降就可能产生信号失真。这时可以用运放做精密整流电路(也就是绝对值电路)来实现双极性到单极性的转换。
参见之前的文章《几种精密整流电路》中最后一种单电源精密整流电路。
这种方式是对电压信号进行整流,因此需要先经过采样电阻再进行整流。
3.提高偏置电压
前面两种电路都是用整流的方式将双极性信号转换为单极性,还有一种方法,就是直接提供一个直流偏置,将双极性信号整体抬高到单极性AD的输入范围。如下图:
U1B和电阻R1组成I/V转换电路,R2和C1起到一定滤波作用,D1、D2起保护作用。(如果要求不高,这部分可以直接用一个采样电阻代替)U1A提供一个1.65V的低阻抗直流偏置,作为电流互感器和U1B的参考。当电流为0时,ADC的电压为1.65V,当有电流时,ADC的电压是一个以1.65V为基准的交流信号。
此时,可以通过高速采样,再通过软件计算信号的有效值、峰值等。
软件计算的方法也有多种,可以通过FFT计算、DFT计算或者平均值等方式。其中,不同波形的有效值、平均值的关系不一样,可参见之前的文章。《峰峰值-峰值-平均值-有效值之间有什么关系?》
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电流互感器模块可以将交流电信号转换为电压信号,此时就能用stm32的ADC采集模块输出的AD信号。(1)模块介绍
模块搭载ZMCT103c系列小型高精度电流互感器以及高精度运放电路,对信号做精确采样和适当补偿等功能。方便对5A以内的交流电进行信号采集。对应输出模拟交流信号可以调节,可根据电位器(调节放大比例,放大范围0-100倍)来调节所需输出电压,但是输出端(OUT)的最大电压不会超出1/2vCCo
(2)引脚说明
3. STM32采集电流互感器模块数据此处需要注意的问题是在用STM32采集时如果无交流电通过线圈,STM32的AD接到OUT引脚相当于悬空状态,此时会AD会返回一个STM32悬空的AD值,所以在实际使用时需要在OUT和GND之间加一个下拉电阻:
ADC配置代码如下:
#include "adc.h" #include "delay.h" void Adc_Init(void) { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE ); RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); ADC_DeInit(ADC1); ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); ADC_ResetCalibration(ADC1); while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_StartCalibration(ADC1); while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); } u16 Get_Adc(u8 ch) { ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC )); return ADC_GetConversionValue(ADC1); } u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times) { u32 temp_val=0; u8 t; for(t=0;t<times;t++) { temp_val+=Get_Adc(ch); delay_ms(5); } return temp_val/times; }
主函数采集通过串口发送数据到上位机:
#include "led.h" #include "delay.h" #include "sys.h" #include "usart.h" #include "adc.h" #include "common.h" #include "usart2.h" #include "usart3.h" #include <string.h> u8 mp3_set1[7]={0xAA,0x07,0x02,0x00,0x06,0xB9}; u8 mp3_set2[7]={0xAA,0x07,0x02,0x00,0x05,0xB8}; int main(void) { u16 adcx; u8 re = 0; delay_init(); NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); Adc_Init(); //ADC初始化 usart2_init(9600);//串口2初始化 delay_ms(200); while(1) { adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_0,10);//ADC通道0采集电流互感器的输出值 u2_printf("%d\r\n",adcx);//通过串口发送出去 } }
实物图如下,用电风扇线作为测试,串口观察输出:
在风扇断电状态下输出为0:
在电风扇开启状态下便可采集到电流互感器模块的输出:
代码工程链接:https://pan.baidu.com/s/1Pdcm7M7UqIl-YyeDvcFCSA
提取码:nigw -
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经测试,剩余电流为50mA~1000mA的均有对应的电压输出,其比例因子可以通过AD637或者实验数据可得出。输出电压范围为0V~约4.5V直流输出。
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