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专利名称：用于功率因素校正的交流电压采样装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交流电压采样电路，特别是用于功率因素校正的交流电压采样装置。
背景技术：
功率因素校正电路中对交流输入电压进行采样是一个关键环节，通过对交流电压采样，实现对电压的相位、幅值的计算，用于对输出电流的控制。传统的电压采样采用电压互感器，电路如图I所述，由于采用电压互感器，而电压互感器的构造和工作原理与普通变压器相同，它也是由铁芯、一次绕组、二次绕组、接线端子及绝缘支持物等组成。电压互感器的一次绕组接于系统的线电压或相电压其绝缘应随实际系统电压的高低而定。一次绕组具 有较多的匝数，二次绕组匝数很少供给仪表或继电器的电压线圈。电压互感器的二次绕组不允许短路。二次绕组有10伏电压，应接于能承受10伏电压的回路里，其通过的电流，由二次回路阻抗的大小来决定。如果二次短路，则阻抗很�。�二次回路流过的电流增大，造成二次熔断器熔断影响表计指示及引起保护误动，损坏电压互感器。电压互感器的二次回路必须接地以防止一、二次绝缘损坏击穿高电压串到二次侧来对人身和设备造成危险。因此其设计体积大，生产安装不方便，线性度一致性也不好，导致采样精度差又不安全。
发明内容本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种采样电路体积�。�采样精度高、更加安全的用于功率因素校正的交流电压采样装置。为了实现上述目的，本实用新型所设计的用于功率因素校正的交流电压采样装置，包括外壳和采样电路，所述采样电路包括差分输入单元、参考电压、集成运算放大器和反馈电路组成，其特征是所述差分输入单元由第一电阻器和第二电阻器组成组成，所述参考电压Vref由分压电路构成，反馈电路一端连接集成运算放大器的反向输入端，反馈电路另一端连接集成运算放大器的输出端。所述差分输入单元的第一组电阻器一端连接交流信号的一输入端，且另一端连接集成运算放大器的反向输入端，所述差分输入单元的第二电阻器一端连接交流信号的另一输入端，且另一端连接集成运算放大器的同向输入端。所述反馈电路由反馈电阻器组成，所述分压电路由第十五电阻器与第十六电阻器串联组成。作为优选改进方案在采样电路中增设箝位二极管、RC滤波电路和电容器，所述RC滤波电路、电容器和采样电路构成二阶低通滤波器，所述RC滤波电路包括第十八电阻器和滤波电容器，通过优选改进方案，使得采样电路整体设计合理，消除干扰信号，增强采样抗干扰性能，使得采样精度更高，电路保护更安全。本实用新型得到的用于功率因素校正的交流电压采样装置，利用集成运算放大器设计使得采样电路体积变�。�集成运算放大器将交流电压进行比例缩�。�提高电压，提高采样精度的优点，通过优选改进方案使得采样电路整体设计的合理，消除干扰信号，增强采样抗干扰性能，使得采样精度更高，电路保护更安全。

图I是现有技术的电路结构示意图；图2是实施例I的整体电路的示意图；图3是实施例2的整体电路优选方案的不意图；图4是实施例2的电路输入输出波形图；图5是本实施例的整体结构框图。图中、差分输入单元I、分压电路2、反馈电路3、第一电阻R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6、第七电阻器R7、第八电阻器R8、第九电阻器R9、第十电阻器R10、第i^一电阻器R11、第十二电阻器R12、第十三电阻器R13、第十四电阻器R14、第十五电阻器R15、第十六电阻器R16、反馈电阻器R17、第十八电阻器R18、电容器Cl、滤波电容器C2、集成运算放大器U1_B、同向输入端5、反向输入端6、集成运算放大器的输出端7、箝位二极管VDI、交流信号的一输入端ACN、交流信号的另一端ACL、采样交流输出电压V_AC端、参考电压Vref、给定电压VCCdi GND、外壳8、采样电路9。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。实施例I :如图2、图5所示，本实施例提供的一种用于功率因素校正的交流电压采样装置，包括外壳8和采样电路9，所述采样电路9包括差分输入单元I、参考电压Vref、集成运算放大器Ul-B和反馈电路3组成，所述差分输入单元I由第一电阻器21和第二电阻器22组成组成，所述参考电压Vref由分压电路2构成，所述反馈电路3 —端连接集成运算放大器Ul-B的反向输入端6，反馈电路3另一端连接集成运算放大器Ul-B的输出端7。所述差分输入单元I的第一组电阻器21分别由第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6和第七电阻器R7串联组成，且串联后一端连接交流信号的一输入端ACN，串联后的另一端连接集成运算放大器Ul-B的反向输入端6，所述差分输入单元I的第二组电阻器22分别由第八电阻器R8、第九电阻器R9、第十电阻器R10、第i^一电阻器R11、第十二电阻器R12、第十三电阻器R13和第十四电阻器R14串联组成，且串联后一端连接交流信号的另一输入端ACL，串联后的另一端连接集成运算放大器Ul-B的同向输入端5。所述反馈电路3由反馈电阻器R17组成，所述分压电路2由第十五电阻器R15与第十六电阻器R16串联组成，且串联后第十五电阻器R15的一端连接给定电压VCC，第十六电阻器R16的一端接地GND。参考电压取两个电阻分压后第十六电阻器R16上的电压。在具体工作中集成运算放大器Ul-B将交流电压进行比例缩�。�提高电压，再通过分压电路3将第十五电阻器R15与第十六电阻器R16串联后一端接给定电压VCC，另一端接地GND，参考电压Vref选择第十六电阻器R16上的电压，起到对给定电压VCC进行分压得到输出单元的参考电压Vref送入集成运算放大器U1_B的同相输入端5，得到采样交流输出电压V_AC最后将采样交流输出电压V_AC端接入到控制芯片的ADC引脚，通过公式计算用于计算出电压的相位和幅值。上述的电阻器可以根据具体实施例中的要求而定，只要达到设计要求，选用电阻串联、并联都可。具体实施例的要求通过以下公式计算采样交流输出电压V_AC，因本实施例中差分输入单元I的电阻器采用多个电阻串联，由于电阻选择的阻值一是为了达到限定电流的作用，二是为了达到较高的耐电压水平，因此一般选择比较大的阻值，本实施例为简化计算，通过将同向输入端和反向输入端的电阻值选择相等，即如下公式E V7Ri= E 1V8Ri而具体阻值的大小可以根据具体实施例的要求而定。而参考电压Vref的公式计算如下所示V ref=VCC*R16/ (R16+ R15)由于对反馈电阻器R17的要求必须等于电阻R15与电阻R16并联后的值，采样交流输出电压V_AC端的电压可以根据如下公式计算可得。V _AC=K* V 丄N+ V refK= Rl7/ E 7i=0Ri实施例2 :如图3所示，作为优选改进方案为了使电路整体设计合理，消除干扰信号，增强采样抗干扰性能，使得采样精度更高，在设计过程中电路的大体结构与实施例I 一致，采样电路9中增加箝位二极管VD1、RC滤波电路4和电容器Cl，所述箝位二极管VDl的负极接地GND，正极接给定电压VCC。公共端接交流输出电压V_AC端，所述RC滤波电路4、电容器Cl和采样电路构成二阶低通滤波器，所述RC滤波电路4包括第十八电阻器R18和滤波电容器C2，所述电容器Cl上与反馈电阻器17并联，通过将第十八电阻器R18和滤波电容器C2串联，串联后第十八电阻器R18的一脚接集成运算放大器U1_B的输出端7，滤波电容器C2的一脚接地GND，串联后的公共端接采样交流输出电压V_AC端。具体工作时通过在采样交流输出电压V_AC端上加入箝位二极管VDl，限制采样交流输出电压V_AC的输出范围当输出电压大于VCC时,二极管正向导通,将输出电压箝位在给定电压VCC叠加二极管的正向压降。当输出电压低于GND时，二极管正向导通，将输出电压箝位到负的二极管的正向压降(一般为0. 3V)，对电路起到保护作用。通过增加RC滤波电路4、电容器Cl与原有电路构成二阶低通滤波器，起到滤除由输入端引入的干扰噪声，采样抗干扰性能增强。如图4所示，显示了输入输出的电流波形，通过波形图可以看出，通过该设计实现了采样的精确度。
权利要求1.一种用于功率因素校正的交流电压采样装置，包括外壳(8)和采样电路(9)，所述采样电路(9)包括差分输入单元(I)、参考电压(Vref)、集成运算放大器(Ul-B)和反馈电路(3)组成，其特征是所述差分输入单元(I)由第一电阻器(21)和第二电阻器(22)组成，所述参考电压(Vr ef )由分压电路(2 )构成，反馈电路(3 ) —端连接集成运算放大器(UI -B )的反向输入端(6 )，反馈电路(3 )另一端连接集成运算放大器(UI -B )的输出端(7 )。
2.根据权利要求I所述的用于功率因素校正的交流电压采样装置，其特征是所述差分输入单元(2)的第一组电阻器(21) —端连接交流信号的一输入端(ACN)，且另一端连接集成运算放大器(Ul-B)的反向输入端(6)，所述差分输入单元(2)的第二电阻器(22)—端连接交流信号的另一输入端(ACL)，且另一端连接集成运算放大器(Ul-B)的同向输入端(5)。
3.根据权利要求I或2所述的用于功率因素校正的交流电压采样装置，其特征是所述反馈电路(3)由反馈电阻器(R17)组成，所述分压电路(2)由第十五电阻器(R15)与第十六电阻器(R16)串联组成。
4.根据权利要求I或2所述的用于功率因素校正的交流电压采样装置，其特征是在采样电路(9)中增设有箝位二极管(VD1)、RC滤波电路(4)和电容器(Cl)，所述RC滤波电路(4)、电容器(Cl)和采样电路构成二阶低通滤波器，所述RC滤波电路(4)包括第十八电阻器(R18)和滤波电容器(C2)。
5.根据权利要求3所述的用于功率因素校正的交流电压采样装置，其特征是在采样电路(9)中增设有箝位二极管(VD1)、RC滤波电路(4)和电容器(Cl)，所述RC滤波电路(4)、电容器(Cl)和采样电路构成二阶低通滤波，所述RC滤波电路(4)包括第十八电阻器(R18)和滤波电容器(C2)。
专利摘要本实用新型公开了一种用于功率因素校正的交流电压采样装置，包括外壳和采样电路，所述采样电路包括差分输入单元、参考电压、集成运算放大器和反馈电路组成，其特征是所述差分输入单元由第一电阻器和第二电阻器组成组成，所述参考电压由分压电路构成，所述反馈电路一端连接集成运算放大器的反向输入端，反馈电路另一端连接集成运算放大器的输出端。本实用新型得到的一种用于功率因素校正的交流电压采样装置，利用集成运算放大器设计将交流电压进行比例缩�。�提高采样精度和采样电路体积变小的优点，通过优选改进方案使得电路整体设计的合理，消除干扰信号，增强采样抗干扰性能，使得采样精度更高，电路保护更安全。
文档编号G01R19/00GK202548191SQ20122015520
公开日2012年11月21日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者张和君 申请人:宁波德业变频技术有限公司