CN216816781U - 一种抗干扰交流电压采样电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗干扰交流电压采样电路，包括电阻分压模块、电源滤波模块、基准偏置模块、差分调理模块和信号滤波模块；所述差分调理模块包括差分放大器，所述电阻分压模块连接所述差分放大器的输入端，待采样的交流电压输入所述电阻分压模块；所述电源滤波模块和所述基准偏置模块均连接所述差分放大器的电源端；所述信号滤波模块连接所述差分放大器的输出端。本申请提供的一种抗干扰交流电压采样电路，能够抑制高频开关信号对电压采样信号的影响，具有低成本、高精度，高可靠性和高抗干扰性等优点。

Description

一种抗干扰交流电压采样电路

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，尤其涉及一种抗干扰交流电压采样电路。

背景技术

在电力电子技术领域中，越来越多的电力设备需要用到交流电压的测量。例如，逆变器并网时需要采集两端电压，只有当电压的相位、大小一致时才能并网。

电力设备中，交流电压采样往往分为直接型和隔离型。常见的隔离型有电压传感器，特点是精度高，价格贵。直接型的电路应用广，非隔离，低成本，缺点是抗干扰能力有限，特别是在高开关频率功率变换器中，电压采样电路中往往会叠加有高频开关信号。怎么抑制高频开关信号对电压采样信号的影响，让直接型的低成本电压采样电路也能实现高抗干扰，高精度，高可靠性，成为本领域技术人员所要研究的课题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种抗干扰交流电压采样电路，以解决上述技术问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种抗干扰交流电压采样电路，包括电阻分压模块、电源滤波模块、基准偏置模块、差分调理模块和信号滤波模块；

所述差分调理模块包括差分放大器，所述电阻分压模块连接所述差分放大器的输入端，待采样的交流电压输入所述电阻分压模块；

所述电源滤波模块和所述基准偏置模块均连接所述差分放大器的电源端；

所述信号滤波模块连接所述差分放大器的输出端。

可选地，所述电阻分压模块包括连接所述差分放大器的反相输入端的第一组串联电阻和连接所述差分放大器的同相输入端的第二组串联电阻；

所述第一组串联电阻的一端还用于连接所述待采样的交流电压，所述第二组串联电阻的一端还连接接地端，所述第一组串联电阻的一端和所述第二组串联电阻的一端之间连接有第一电容。

可选地，所述第一组串联电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第二组串联电阻包括第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第五电阻、所述第六电阻和所述第七电阻均等于1MΩ，所述第四电阻和所述第八电阻均等于1kΩ；

所述第一电容等于100pF。

可选地，所述差分调理模块还包括第九电阻、第十电阻、第二电容和第三电容；

所述第九电阻和所述第二电容并联后，一端连接所述差分放大器的同相输入端，另一端连接所述基准偏置模块的电压输出端；

所述第十电阻和所述第三电容并联后，一端连接所述差分放大器的反相输入端，另一端连接所述差分放大器的输出端。

可选地，所述第九电阻和所述第十电阻均等于11kΩ，所述第二电容和所述第三电容均等于33pF。

可选地，所述电源滤波模块包括磁珠，所述磁珠的一端连接第一电源，另一端连接所述差分放大器的电源端；

所述磁珠的另一端和接地端之间还连接有并联的第四电容和第五电容。

可选地，所述基准偏置模块包括第二电源，所述第二电源为能够稳定输出预设电压的基准电源；

所述基准偏置模块还包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第六电容；

所述第十一电阻的第一端连接所述差分放大器的电源端，第二端连接所述第二电源的第一端；

所述第十二电阻的第一端连接所述第十一电阻的第二端和所述第六电容的第一端，所述第六电容的第一端为所述基准偏置模块的电压输出端；

所述第十二电阻的第二端连接所述第十三电阻的第一端和所述第二电源的第二端，所述第二电源的第二端能够输出所述预设电压；

所述第二电源的第三端、所述第十三电阻的第二端和所述第六电容的第二端均连接接地端。

可选地，所述信号滤波模块包括第十四电阻和第七电容；

所述第十四电阻的第一端连接所述差分放大器的输出端，第二端连接所述第七电容的第一端，所述第七电容的第二端连接接地端。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供的一种抗干扰交流电压采样电路，其能够测量交流电压，具有低成本、高精度、高可靠性和高抗干扰性等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种抗干扰交流电压采样电路的电路图。

图示说明：

AC_in、交流电压；Vo_out、采样信号；U1、差分放大器；U2、第二电源；GND、接地端；L1、磁珠；

R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻；R9、第九电阻；R10、第十电阻；R11、第十一电阻；R12、第十二电阻；R13、第十三电阻；R14、第十四电阻；

C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、第五电容；C6、第六电容；C7、第七电容。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1所示，本实施例提供了一种抗干扰交流电压采样电路，包括电阻分压模块、电源滤波模块、基准偏置模块、差分调理模块和信号滤波模块。

其中，差分调理模块包括差分放大器U1，电阻分压模块连接差分放大器U1的输入端，待采样的交流电压AC_in输入电阻分压模块。电源滤波模块和基准偏置模块均连接差分放大器U1的电源端。信号滤波模块连接差分放大器U1的输出端。具体地，差分放大器U1的型号为OPA450。

具体地，电阻分压模块能够将交流电压AC_in等比缩小至适配于差分放大器U1的输入电压。电阻分压模块包括连接差分放大器U1的反相输入端的第一组串联电阻和连接差分放大器U1的同相输入端的第二组串联电阻。第一组串联电阻的一端还用于连接待采样的交流电压AC_in，第二组串联电阻的一端还连接接地端GND，第一组串联电阻的一端和第二组串联电阻的一端之间连接有第一电容C1。

具体地，第一组串联电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，第二组串联电阻包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7均等于1MΩ，第四电阻R4和第八电阻R8均等于1kΩ。第一电容C1等于100pF。

进一步地，差分调理模块还包括第九电阻R9、第十电阻R10、第二电容C2和第三电容C3。第九电阻R9和第二电容C2并联后，一端连接差分放大器U1的同相输入端，另一端连接基准偏置模块的电压输出端。第十电阻R10和第三电容C3并联后，一端连接差分放大器U1的反相输入端，另一端连接差分放大器U1的输出端。第九电阻R9和第十电阻R10均等于11kΩ，第二电容C2和第三电容C3均等于33pF。

其中，第一电容C1用于滤掉高频噪声干扰。根据上述数值，差分放大器U1的放大倍数等于第十电阻R10除以第四电阻R4，即放大11倍。第二电容C2和第三电容C3用于滤掉高频干扰。

进一步地，基准偏置模块包括第二电源U2，第二电源U2为能够稳定输出预设电压的基准电源。基准偏置模块还包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第六电容C6。

第十一电阻R11的第一端连接差分放大器U1的电源端，第二端连接第二电源U2的第一端。第十二电阻R12的第一端连接第十一电阻R11的第二端和第六电容C6的第一端，第六电容C6的第一端为基准偏置模块的电压输出端。第十二电阻R12的第二端连接第十三电阻R13的第一端和第二电源U2的第二端，第二电源U2的第二端能够输出预设电压。第二电源U2的第三端、第十三电阻R13的第二端和第六电容C6的第二端均连接接地端GND。具体地，第二电源U2的型号为AZ431。

具体地，预设电压为1.25V。基准偏置模块的电压输出端的电压为1.65V。该电压加载在差分放大器U1的同相输入端，给差分放大器U1做偏置，使得其能够采集到整个交流电压AC_in的波形。其中，第十一电阻R11和第六电容C6起限流稳压作用。

进一步地，电源滤波模块包括磁珠L1，磁珠L1的一端连接第一电源，另一端连接差分放大器U1的电源端。其中，第一电源的输出为3.3V。磁珠L1的另一端和接地端GND之间还连接有并联的第四电容C4和第五电容C5，第四电容C4和第五电容C5起滤波、稳压作用，并可以滤除开关噪声。在电路中，磁珠L1具有抑制信号线的高频噪声和尖峰干扰，以及吸收静电脉冲的能力，从而增强电路抗干扰能力。

进一步地，信号滤波模块包括第十四电阻R14和第七电容C7；第十四电阻R14的第一端连接差分放大器U1的输出端，第二端连接第七电容C7的第一端，第七电容C7的第二端连接接地端GND。该第十四电阻R14和第七电容C7可以对输出信号进行滤波，滤掉高频噪声干扰，使得输出的采样信号Vo_out更加准确。

综上所述，本实施例提供的一种抗干扰交流电压采样电路，能够抑制高频开关信号对电压采样信号的影响，实现低成本、高精度，高可靠性和高抗干扰的交流电压采样。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种抗干扰交流电压采样电路，其特征在于，包括电阻分压模块、电源滤波模块、基准偏置模块、差分调理模块和信号滤波模块；

所述差分调理模块包括差分放大器，所述电阻分压模块连接所述差分放大器的输入端，待采样的交流电压输入所述电阻分压模块；

所述电源滤波模块和所述基准偏置模块均连接所述差分放大器的电源端；

所述信号滤波模块连接所述差分放大器的输出端。

2.根据权利要求1所述的抗干扰交流电压采样电路，其特征在于，所述电阻分压模块包括连接所述差分放大器的反相输入端的第一组串联电阻和连接所述差分放大器的同相输入端的第二组串联电阻；

所述第一组串联电阻的一端还用于连接所述待采样的交流电压，所述第二组串联电阻的一端还连接接地端，所述第一组串联电阻的一端和所述第二组串联电阻的一端之间连接有第一电容。

3.根据权利要求2所述的抗干扰交流电压采样电路，其特征在于，所述第一组串联电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第二组串联电阻包括第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第五电阻、所述第六电阻和所述第七电阻均等于1MΩ，所述第四电阻和所述第八电阻均等于1kΩ；

所述第一电容等于100pF。

4.根据权利要求1所述的抗干扰交流电压采样电路，其特征在于，所述差分调理模块还包括第九电阻、第十电阻、第二电容和第三电容；

所述第九电阻和所述第二电容并联后，一端连接所述差分放大器的同相输入端，另一端连接所述基准偏置模块的电压输出端；

所述第十电阻和所述第三电容并联后，一端连接所述差分放大器的反相输入端，另一端连接所述差分放大器的输出端。

5.根据权利要求4所述的抗干扰交流电压采样电路，其特征在于，所述第九电阻和所述第十电阻均等于11kΩ，所述第二电容和所述第三电容均等于33pF。

6.根据权利要求1所述的抗干扰交流电压采样电路，其特征在于，所述电源滤波模块包括磁珠，所述磁珠的一端连接第一电源，另一端连接所述差分放大器的电源端；

所述磁珠的另一端和接地端之间还连接有并联的第四电容和第五电容。

7.根据权利要求1所述的抗干扰交流电压采样电路，其特征在于，所述基准偏置模块包括第二电源，所述第二电源为能够稳定输出预设电压的基准电源；

所述基准偏置模块还包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第六电容；

所述第十一电阻的第一端连接所述差分放大器的电源端，第二端连接所述第二电源的第一端；

所述第十二电阻的第一端连接所述第十一电阻的第二端和所述第六电容的第一端，所述第六电容的第一端为所述基准偏置模块的电压输出端；

所述第十二电阻的第二端连接所述第十三电阻的第一端和所述第二电源的第二端，所述第二电源的第二端能够输出所述预设电压；

所述第二电源的第三端、所述第十三电阻的第二端和所述第六电容的第二端均连接接地端。

8.根据权利要求1所述的抗干扰交流电压采样电路，其特征在于，所述信号滤波模块包括第十四电阻和第七电容；

所述第十四电阻的第一端连接所述差分放大器的输出端，第二端连接所述第七电容的第一端，所述第七电容的第二端连接接地端。

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