CN110376420B - 基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业测控领域，涉及一种基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路，适用于各类需要对单相交流电流有效值进行高精度实时监测与控制的应用场合。本发明电路包括电流互感器CS1、RMS/DC转换芯片IC1、运放IC2、瞬态抑制管TV1、电位器RP1、I/V电阻R1、输入滤波电阻R2、输出滤波电阻R3、负端电阻R4、反馈电阻R5、输入滤波电容C1、隔直电容C2、转换滤波电容C3、输出滤波电容C4、电源电容C5等。该电路由单相电流互感器、RMS/DC转换芯片及运算放大器等组成，能高精度、宽范围、实时地检测单相交流电流有效值信号。该电路简单、成本低、可靠性高、通用性好，易于产品化。

Description

基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路
技术领域
本发明属于工业测控领域，涉及一种电路，特别涉及一种基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路，适用于各类需要对单相交流电流有效值进行高精度实时监测与控制的应用场合。
背景技术
在采用单相交流电供电的各类应用***中，都需要检测交流电流有效值，目前常用的单相交流电流有效值检测方案主要有两大类：一种是基于单相电流互感器及二极管桥式整流滤波电路的方案，将单相交流电流变换成近似直流的电压信号输出；另一种是基于霍尔电流传感器的方案。但目前这两个方案分别存在如下问题：一是基于单相电流互感器及二极管桥式整流滤波的方案，尽管简单可靠，但由于二极管桥式整流电路有压降损失，不仅存在检测的非线性而且影响检测精度，也限制了检测范围，此外，检测的滞后性大。二是基于霍尔电流传感器的方案由于价格昂贵而限制了其应用范围。因此，如何设计一种基于单相电流互感器而能实现高精度快速检测的高性价比的单相交流电流有效值检测电路方案，无疑具有很好的应用前景，这也是本发明的出发点。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路。该电路由单相电流互感器、RMS/DC转换芯片及运算放大器等组成，能高精度、宽范围、实时地检测单相交流电流有效值信号。
基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路包括电流互感器CS1、RMS/DC转换芯片IC1、运放IC2、瞬态抑制管TV1、电位器RP1、I/V电阻R1、输入滤波电阻R2、输出滤波电阻R3、负端电阻R4、反馈电阻R5、输入滤波电容C1、隔直电容C2、转换滤波电容C3、输出滤波电容C4、电源电容C5，被测的载流导线穿过电流互感器CS1的检测孔，电流互感器CS1的一个输出端OUT1端与瞬态抑制管TV1的一端、I/V电阻R1的一端、输入滤波电阻R2的一端连接，输入滤波电阻R2的另一端与输入滤波电容C1的一端、RMS/DC转换芯片IC1的正输入端IN+端连接，电流互感器CS1的另一个输出端OUT2端、瞬态抑制管TV1的另一端、I/V电阻R1的另一端、输入滤波电容C1的另一端、隔直电容C2的一端均接地，隔直电容C2的另一端与RMS/DC转换芯片IC1的负输入端IN-端连接，RMS/DC转换芯片IC1的正输出端OUT+端与输出滤波电阻R3的一端、转换滤波电容C3的一端连接，RMS/DC转换芯片IC1的使能端/EN端、负电源端-V端、地端GND端、负输出端OUT-端均接地，RMS/DC转换芯片IC1的正电源端+V端与运放IC2的正电源端+V端、电源电容C5的一端、电路电源端+VCC端连接，输出滤波电阻R3的另一端与输出滤波电容C4的一端、运放IC2的正输入端IN+端连接，运放IC2的负输入端IN-端与负端电阻R4的一端、反馈电阻R5的一端连接，负端电阻R4的另一端、输出滤波电容C4的另一端、转换滤波电容C3的另一端均接地，反馈电阻R5的另一端与电位器RP1的一端连接，电位器RP1的另一端及中心端均与运放IC2的输出端OUT端、电路输出端Uout端连接，运放IC2的-V端接地。
本发明的有益效果如下：
本发明以RMS/DC转换芯片、运算放大器等为主的检测电路方案，能完全地满足基于单相电流互感器的单相交流电流有效值的高精度、宽范围的实时检测要求。该电路简单、成本低、可靠性高、通用性好，易于产品化。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路。
基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路包括电流互感器CS1、RMS/DC转换芯片IC1、运放IC2、瞬态抑制管TV1、电位器RP1、I/V电阻R1、输入滤波电阻R2、输出滤波电阻R3、负端电阻R4、反馈电阻R5、输入滤波电容C1、隔直电容C2、转换滤波电容C3、输出滤波电容C4、电源电容C5，被测的载流导线穿过电流互感器CS1的检测孔，电流互感器CS1的一个输出端OUT1端与瞬态抑制管TV1的一端、I/V电阻R1的一端、输入滤波电阻R2的一端连接，输入滤波电阻R2的另一端与输入滤波电容C1的一端、RMS/DC转换芯片IC1的正输入端IN+端连接，电流互感器CS1的另一个输出端OUT2端、瞬态抑制管TV1的另一端、I/V电阻R1的另一端、输入滤波电容C1的另一端、隔直电容C2的一端均接地，隔直电容C2的另一端与RMS/DC转换芯片IC1的负输入端IN-端连接，RMS/DC转换芯片IC1的正输出端OUT+端与输出滤波电阻R3的一端、转换滤波电容C3的一端连接，RMS/DC转换芯片IC1的使能端/EN端、负电源端-V端、地端GND端、负输出端OUT-端均接地，RMS/DC转换芯片IC1的正电源端+V端与运放IC2的正电源端+V端、电源电容C5的一端、电路电源端+VCC端连接，输出滤波电阻R3的另一端与输出滤波电容C4的一端、运放IC2的正输入端IN+端连接，运放IC2的负输入端IN-端与负端电阻R4的一端、反馈电阻R5的一端连接，负端电阻R4的另一端、输出滤波电容C4的另一端、转换滤波电容C3的另一端均接地，反馈电阻R5的另一端与电位器RP1的一端连接，电位器RP1的另一端及中心端均与运放IC2的输出端OUT端、电路输出端Uout端连接，运放IC2的地端GND端接地。
本发明所使用的包括电流互感器CS1、RMS/DC转换芯片IC1、运放IC2等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如：电流互感器采用LMZJ系列，RMS/DC芯片采用LTC1968，运放采用TLC4501等。
本发明中的主要电路参数配合关系如下：
电流互感器CS1的输出信号为ua＝kiixR1(单位：V)，
Figure BDA0002168036810000031
为被测的单相交流电流(单位：A)，Ix为被测的单相交流电流有效值(单位：A)，ki为电流互感器CS1的铭牌参数电流比。
Figure BDA0002168036810000041
R1＜＜R2 (2)
Figure BDA0002168036810000042
Uoutmax≤Vcc (4)
Figure BDA0002168036810000043
式中的R1为I/V电阻R1的阻值(单位：Ω)，R4、R5分别为负端阻R4、反馈电阻R5的阻值(单位：Ω)，Ixmax为被测电流的最大有效值(单位：A)，Uout、Uoutmax分别为本发明电路输出的电压信号及其最大值(单位：V)，Vcc为电路供电电压值(单位：V)。式(5)即为本发明电路输出电压信号与被测电流有效值间的关系式。
本发明工作过程如下：
在图1中，电流互感器CS1输出与被测电流
Figure BDA0002168036810000044
成正比的电流
Figure BDA0002168036810000045
该电流在经I/V电阻R1转化成电压
Figure BDA0002168036810000046
经R2C1滤波后输入到RMS/DC芯片IC1，RMS/DC芯片IC1的输出电压Ud就是ua(t)的有效值kiR1Ix(单位：V)，该有效值信号经R3C4滤波及以运放IC2为核心的放大后即输出如式(5)所示的与被测电流有效值成正比的电压信号。因本发明电路避免了二极管桥式整流与工频滤波电路，所以实现了基于单相电流互感器对单相交流电流有效值的高精度、快速检测功能。

Claims (3)

1.基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路,其特征在于包括电流互感器CS1、RMS/DC转换芯片IC1、运放IC2、瞬态抑制管TV1、电位器RP1、I/V电阻R1、输入滤波电阻R2、输出滤波电阻R3、负端电阻R4、反馈电阻R5、输入滤波电容C1、隔直电容C2、转换滤波电容C3、输出滤波电容C4和电源电容C5，被测的载流导线穿过电流互感器CS1的检测孔，电流互感器CS1的一个输出端OUT1端与瞬态抑制管TV1的一端、I/V电阻R1的一端以及输入滤波电阻R2的一端连接，输入滤波电阻R2的另一端与输入滤波电容C1的一端以及RMS/DC转换芯片IC1的正输入端IN+端连接，电流互感器CS1的另一个输出端OUT2端、瞬态抑制管TV1的另一端、I/V电阻R1的另一端、输入滤波电容C1的另一端和隔直电容C2的一端均接地，隔直电容C2的另一端与RMS/DC转换芯片IC1的负输入端IN-端连接，RMS/DC转换芯片IC1的正输出端OUT+端与输出滤波电阻R3的一端以及转换滤波电容C3的一端连接，RMS/DC转换芯片IC1的使能端/EN端、负电源端-V端、地端GND端和负输出端OUT-端均接地，RMS/DC转换芯片IC1的正电源端+V端与运放IC2的正电源端+V端、电源电容C5的一端以及电路电源端+VCC端连接，输出滤波电阻R3的另一端与输出滤波电容C4的一端以及运放IC2的正输入端IN+端连接，运放IC2的负输入端IN-端与负端电阻R4的一端以及反馈电阻R5的一端连接，负端电阻R4的另一端、输出滤波电容C4的另一端和转换滤波电容C3的另一端均接地，反馈电阻R5的另一端与电位器RP1的一端连接，电位器RP1的另一端及中心端均与运放IC2的输出端OUT端以及电路输出端Uout端连接，运放IC2的-V端接地。
2.根据权利要求1所述的基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路，其特征在于电路的参数配合关系如下：
设：电流互感器CS1的输出信号为ua＝kiixR1；
Figure FDA0003064658750000011
为被测的单相交流电流，Ix为被测的单相交流电流有效值，ki为电流互感器CS1的铭牌参数电流比：
Figure FDA0003064658750000021
R1＜＜R2 (2)
Figure FDA0003064658750000022
Uoutmax≤Vcc (4)
Figure FDA0003064658750000023
式中的R1为I/V电阻R1的阻值，R4、R5分别为负端阻R4、反馈电阻R5的阻值，Ixmax为被测电流的最大有效值，Uout、Uoutmax分别为电路输出的电压信号及其最大值，Vcc为电路供电电压值；式(5)即为电路输出电压信号与被测电流有效值间的关系式。
3.根据权利要求1或2所述的基于互感器的单相交流电流高精度快速检测电路，其特征在于电流互感器CS1采用LMZJ系列，RMS/DC转换芯片IC1采用LTC1968，运放IC2采用TLC4501。
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