CN104297565A - 基于fpga及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器，该转换器接在电网上，所述的转换器包括相互连接的磁平衡式霍尔电流传感器和FPGA芯片，所述的FPGA芯片包括依次连接的检测电路、处理电路和抑制信号输出电路，所述的磁平衡式霍尔电流传感器分别与电网、检测电路和抑制信号输出电路连接。与现有技术相比，本发明设计合理，结构简单，无需添加外设AD转换装置，将电流传感器直接与FPGA控制芯片互连；通过磁平衡式霍尔传感器与FPGA控制芯片的高性能与快速处理能力，有效提高检测精度。

Description

基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器

技术领域

本发明涉及一种电量数字化转换器，尤其是涉及一种基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器。

背景技术

随着现代科技的进步发展，自上世纪以来的供电紧张局面已得到缓解，同时各种新型的用电负荷也迅速发展，现代电力***的用电负荷结构发生了巨大变化。各类整流、调压、变频装置及家用电器等得到广泛使用。这些用电负荷的非线性、冲击性及不平衡性的特性，对电能质量造成了严重的污染，电网中也正面临着越来越多的电能质量问题。其中家庭用电问题是关系着国民经济生活的一个重要方面，国家也正在加大对家庭用电的监管和治理。与此同时，各类高新科技，诸如DSP、FPGA等微控制器的迅猛发展，也使电能质量在检测、监控和分析等方面得到了提高，进而有利于发现用户供电的问题与规律，改善电能质量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器，该转换器接在电网上，其特征在于，所述的转换器包括相互连接的磁平衡式霍尔电流传感器和FPGA芯片，所述的FPGA芯片包括依次连接的检测电路、处理电路和抑制信号输出电路，所述的磁平衡式霍尔电流传感器分别与电网、检测电路和抑制信号输出电路连接。

所述的磁平衡式霍尔电流传感器包括两个，分别与第一磁平衡式霍尔电流传感器和第二磁平衡式霍尔电流传感器，所述的第一磁平衡式霍尔电流传感器的输入端直接与电网连接，输出端与检测电路连接，所述的第二磁平衡式霍尔电流传感器的输入端通过电阻与电网连接，输出端与检测电路连接。

所述的检测电路包括分别与处理电路连接的电流检测电路和电压检测电路，所述的电流检测电路输入端与第一磁平衡式霍尔电流传感器连接，所述的电压检测电路输入端与第二磁平衡式霍尔电流传感器连接。

每个磁平衡式霍尔电流传感器包括原边线圈、副边线圈和霍尔元件端，所述的原边线圈与电网连接，所述的检测电路输入端与霍尔元件端连接，所述的抑制信号输出电路的输出端与副边线圈连接。

所述的处理电路对采集的电信号进行处理，包括计算得到电流、电压、功率及功率因素的参数值，并对采集的信号进行FFT变换，计算出各次谐波含量，得到THD值。

与现有技术相比，本发明设计合理，结构简单，无需添加外设AD转换装置，将电流传感器直接与FPGA控制芯片互连；通过磁平衡式霍尔传感器与FPGA控制芯片的高性能与快速处理能力，有效提高检测精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

电网中的信号电压都是220V/380V电压或是更高，利用现有的电子装置进行测量，无法进行直接测量，因此需要利用电流传感器将电网信号变为可测的低压信号传送到装置中。本发明中采用磁平衡式霍尔电流传感器。对于电流参数检测，直接将电网信号接入传感器的原边线圈；而对于电压参数检测，通过串联一个电阻R将电压信号转变为电流信号测得。

如图1所示，本发明转换器包括相互连接的磁平衡式霍尔电流传感器和FPGA芯片3，所述的FPGA芯片3包括依次连接的检测电路、处理电路33和抑制信号输出电路34，所述的磁平衡式霍尔电流传感器分别与电网、检测电路和抑制信号输出电路34连接。

所述的磁平衡式霍尔电流传感器包括两个，分别与第一磁平衡式霍尔电流传感器1和第二磁平衡式霍尔电流传感器2，所述的第一磁平衡式霍尔电流传感器1的输入端直接与电网连接，输出端与检测电路连接，所述的第二磁平衡式霍尔电流传感器2的输入端通过电阻与电网连接，输出端与检测电路连接。

所述的检测电路包括分别与处理电路连接的电流检测电路31和电压检测电路32，所述的电流检测电路31输入端与第一磁平衡式霍尔电流传感器1连接，所述的电压检测电路32输入端与第二磁平衡式霍尔电流传感器2连接。

每个磁平衡式霍尔电流传感器包括原边线圈、副边线圈和霍尔元件端，所述的原边线圈与电网连接，所述的检测电路输入端与霍尔元件端连接，所述的抑制信号输出电路的输出端与副边线圈连接。

图1中第一磁平衡式霍尔电流传感器1用于电流检测，设其原、副边线圈匝数比为n₁，第二磁平衡式霍尔电流传感器2用于电压检测，设其原、副边线圈匝数比为n₂。将两电流传感器中的霍尔元件与FPGA芯片3相连，检测霍尔元件中的感应电流大小i₁、i₂。根据感应电流i₁、i₂大小，调整FPGA芯片3输出的抑制电流信号i₃、i₄，让副边线圈在聚磁环中产生的磁场与原边线圈的所产生的磁场相互抵消，从而使i₁、i₂为0。故可以得到：

$i_0=\frac{1}{n_1}{i}_3---\left(1\right)$

$u_0=\frac{R}{n_2}{i}_4---\left(2\right)$

利用FPGA芯片实现对电信号的采集和处理，然后计算得到电流、电压、功率及功率因素等参数值，并利用嵌入式FFT IP核对采集的信号进行FFT变换，计算出各次谐波含量，得到THD值。通过verilog语言编程，对各个环节进行时序控制和计算、传输处理。

需要强调的是，本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器，该转换器接在电网上，其特征在于，所述的转换器包括相互连接的磁平衡式霍尔电流传感器和FPGA芯片，所述的FPGA芯片包括依次连接的检测电路、处理电路和抑制信号输出电路，所述的磁平衡式霍尔电流传感器分别与电网、检测电路和抑制信号输出电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器，其特征在于，所述的磁平衡式霍尔电流传感器包括两个，分别与第一磁平衡式霍尔电流传感器和第二磁平衡式霍尔电流传感器，所述的第一磁平衡式霍尔电流传感器的输入端直接与电网连接，输出端与检测电路连接，所述的第二磁平衡式霍尔电流传感器的输入端通过电阻与电网连接，输出端与检测电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器，其特征在于，所述的检测电路包括分别与处理电路连接的电流检测电路和电压检测电路，所述的电流检测电路输入端与第一磁平衡式霍尔电流传感器连接所述的电压检测电路输入端与第二磁平衡式霍尔电流传感器连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器，其特征在于，每个磁平衡式霍尔电流传感器包括原边线圈、副边线圈和霍尔元件端，所述的原边线圈与电网连接，所述的检测电路输入端与霍尔元件端连接，所述的抑制信号输出电路的输出端与副边线圈连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA及磁平衡式霍尔传感器的电量数字化转换器，其特征在于，所述的处理电路对采集的电信号进行处理，包括计算得到电流、电压、功率及功率因素的参数值，并对采集的信号进行FFT变换，计算出各次谐波含量，得到THD值。