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一种具有宽范围限压转换采集电路制作 　　摘 要：本文介绍一种实用的电压信号采集电路，该电路具有电压信号采集范围宽、检测速度快、信号精度高、抗干扰能力强等优点，适合用于磁控电抗器（MCR）和其他电力自动控制系统的电压信号采集。电路主要由减法器电路和求真有效值电路两部分组成。 　　关键词：电压信号采集 减法器 真有效值 纹波 　　在电力自动控制系统中通过采集电压信号作为实现自动控制的依据，是不可缺少的控制内容。在以计算机为核心的电力自动控制系统，需要大量准确的数据采集，提供给计算机信息收集、运行工况分析、屏幕显示、安全检测和实时控制。特别是在自动检测、输电网络的调度和运行、系统的自动化安全保护、输电网络信息的传输等都离不开电压信息的采集。 　　目前，电力系统电压信号采集的基本方法是通过电压互感器来实现的。当系统电压稳定在额定电压时，电压互感器输出电压为100V，当系统电压波动时，电压互感器的输出电压也随之按比例波动。但在数字控制系统中，电路所能承受的信号电压一般为0～5V，直接将100V交流电压输送给信号处理电路是不合适的。必须对电压互感器输出信号进行再降压处理。对电压互感器输出信号的再处理，可以有多种手段来实现。现行常用的方法是采用ZM-BPT系列PCB板上电压互感器将系统母线电压互感器输出的0～100V的电压信号压缩为0～5V左右的弱信号，如图1所示。 　　电压信号采集电路原理是将PCB板上电压互感器与母线电压互感器的二次电压相连，由PCB板上电压互感器实现二次降压，然后再经滤波等信号处理电路作为运算电路的输入信号。其优点是可以实现采样电路的小型化。但是由于0～5V左右的压缩信号是经过两次电压互感器降压传输，再经滤波等电路处理而得到的，不仅增加了信号相移，也延迟了信号采样时间，所以这种采样方式对于需要快速响应的控制系统是不合适的。采用减法运算电路，配合求真有效值芯片实现的电压信号采集电路，有效地克服了上述采样方法的不足。不仅具有响应速度快、动态范围宽的特点，又减小了信号相移，缩短了采样时间，特别是在MCR（磁控电抗器）快速自动补偿控制器中应用??取得了较好的效果。 　　一、基本原理 　　限压采集电路主要由减法器电路和求真有效值电路两部分组成。 　　1.减法器电路的工作原理 　　减法器电路如图2所示。电路由运算放大器IC1和IC2组成。信号ui1从IC1的反相端输入，其输出的反极性信号（-ui1）与另一信号ui2在IC2的反相输入端做求和运算。若将每一级的比例放大系数都取作1，则在IC2的输出端就实现了减法运算。其表达式为：uo=（-ui1）+ui2。为了保证运算精度，R1、R3、R5和R4的取值应相等，输出信号的大小用R7的取值来调整。 　　减法器电路在电压采样电路中的实际应用电路如图3所示，和图2相比，增加了由电阻R1、R2及R3组成的串联分压电路和两个起隔离作用的电压跟随器IC3、IC4。 　　由电压互感器（图中没有画出）输出的100V电压信号经电阻R1、R2和R3串联分压后，电压ui1作为第二级运放IC2的输入信号，电压ui2作为第一级运放IC1的输入信号。如果R6=R4，则IC1输出的电压为-ui2。该信号电压与ui1在IC2的反相输入端做求和运算，则IC2的实际输入信号电压为（-ui2）+ui1。当[（-ui2）+ui1]0时，IC2的输出电压u00，这样在IC2的输出端就可以得到ui1与ui2相减以后的电压即差值信号，这个差值信号是反映电压互感器输出信号幅值变化的交流信号。差值信号的大小可以根据需要通过调节电阻R10来实现。 　　2.求真有效值芯片AD536 　　AD536是一种新型的求真有效值的芯片，其功能方框图如图4所示。从图中可以看出，其内部电路主要由四部分组成：求绝对值电路、平方除法器、镜像电流源、输出缓冲放大器。 　　其基本工作原理为： 　　由式可知，对输入电压依次进行“取绝对值→平方/除法→取平均值”运算，就能得到交流电压的有效值。 　　该芯片可以单电源供电，也可以双电源供电。单电源供电的电压范围从5V到36V。双电源供电的电压范围从±5V到±18V。 　　图5为双电源供电的求真有效值的应用电路。图中C2、Rx、C3与内部缓冲放大器构成了双极性滤波器。Rx取25kΩ比较合适，C2、C3取值相等，大约取2倍的CAV。 　　C1为隔直电容，其值为0.01μF。正负电源接0.1μF的去耦电容。 　　二、利用减法器和AD536组成的限压转换采集电路 　　将图3电路的输出端和图5电路的输入端相连就构成了完整的限压转换采集电路，如图6所示。图中IC3、IC4是为提高电路的输入阻抗和抗干扰能力而设置的电压跟随器。信号Ui2是IC1输出的反极性信号，该信号在IC2的反相输入端与Ui1做求和运算。IC3的输出信号即是