電網(wǎng)電壓及電流測量電路的設計

營口理工學院電氣工程系 車 煥 石曉磊

電網(wǎng)電壓及電流測量電路的設計

營口理工學院電氣工程系 車 煥 石曉磊

在對電網(wǎng)中的電器進行控制時通常需要測量電網(wǎng)的電壓和電流，采用電壓和電流互感器獲取母線電壓時，得到的電壓和電流存在負值，不能用單片機進行直接采集，因此必須用電流和電壓測量電路對互感器獲取的電壓或和電流信號進行轉(zhuǎn)換，變成單片機能夠處理的信號。本文設計了一種電壓和電流測量電路，給出了硬件原理圖并對電路進行仿真，證明電路的正確性。

電網(wǎng)；測量電路

0 引言

在對電網(wǎng)中的電器進行控制時通常需要測量電網(wǎng)的電壓和電流，采用電壓和電流互感器獲取母線電壓時，得到的電壓和電流存在負值，不能用單片機直接采集，因此必須用電流和電壓測量電路對互感器獲取的電壓或和電流信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成微機能夠處理的信號。本文設計了一種電壓和電流測量電路，給出了硬件原理圖并對電路進行仿真，證明電路的正確性。

1 硬件原理圖

圖1和圖2所示為電壓和電流測量電路原理圖，在從電壓互感器和電流互感器獲得一次電壓和電流的測量值后，將其送入這個測量電路的輸入端，通過該電路可以將互感器輸出的交流電壓或電流轉(zhuǎn)換為直流電壓，從而使其能夠進入單片機的輸入端進行進一步處理。

輸入信號經(jīng)由LM324組成的同相比例放大電路進行放大后被轉(zhuǎn)換成與被測電流或電壓成比例的交流電壓信號。因單片機自帶的ADC為單極性參考電壓，故通過利用LM324構(gòu)成的同相求和電路，將電路的電壓提高了2.048V，將交流值轉(zhuǎn)化為直流值，再送入單片機的模擬信號輸入端，供數(shù)字化測量之用。為了防止電壓或電流過大，在放大器輸出端上下各加一個二極管，從而保證輸入單片機的電壓被箝位在+5.7V～0.7V之間，最后在輸出端加一個濾波電容，使輸出的波形趨于平滑。

圖1 電壓測量電路圖

圖2 電流測量電路圖

2 主要器件介紹

2.1 LM324介紹

LM324是該電路主要使用的元件，LM324為四運放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝，其內(nèi)部有四個運算放大器，有相位補償電路其引腳圖見圖3-a。LM324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負雙電源±1．5V～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為0～Vcc。

LM324內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互單獨。每一組運算放大器可用如圖3-b)所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。

2.2 MAX6162介紹

MAX6162是一款微功耗、高精度、低壓差的電壓基準源。它有三個管腳，輸入電壓工作范圍較寬為+200mV到12.6V，輸出電壓為穩(wěn)定的2.048V。此電壓基準配備專門的曲率校正電路和高穩(wěn)定度、光刻薄膜電阻，具有5ppm/°C (最大值)的溫度系數(shù)和±2mv (最大值)出色的初始精度。

圖3 LM324結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)并聯(lián)模式的基準源不僅要消耗較大的電源電流還需要外加一個電阻，而MAX6162則不同，它的輸出電壓和電源電流基本上是沒有關系的，也不需要外加電阻。MAX6162消耗的典型電源電流值僅為100μA，它在0.9mV/mA時可輸出5mA負載電流，在2.5mV/mA時可灌入2mA負載電流。

此外，MAX6162為內(nèi)部補償器件無需加補償電容。這樣可以有效節(jié)省空間。

3 仿真結(jié)果

采用matlab仿真工具箱對所設計的電路進行仿真，得到的仿真結(jié)果如圖4.由圖可知所設計的電路能夠把-2~+2的信號轉(zhuǎn)換為0~4V的信號，能夠使進入單片機的電壓和電流信號交流變直流，滿足單片機的要求。

圖4 仿真波形

4 結(jié)論

設計了一種簡單的電網(wǎng)電壓檢測電路，能夠?qū)幕ジ衅鳙@得的電壓電流信號轉(zhuǎn)換成單片機能夠處理的信號，給出了電路的仿真結(jié)果，證明所設計的電路的正確性。

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車煥（1982—），女，遼寧營口人，博士研究生在讀，高級實驗師，主要從事智能電器的研究。