电压电流采样电路及参考文献Word下载.docx
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第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能实现过零比较;
[1]力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。
2.1.2常用电网电压采样电路2
常用电网电压同步信号采样电路2如图2-3所示。
ADMC401芯片的脉宽调制PWM发生器有专门的PWMSYNC引脚，它产生与开关频率同步的脉宽调制PWM的同步脉冲信号。
+15V+15V
R14R12VCC
CR7R11VCCU?
148CX/RXR5R62Port11210AAQ3119BQTLP521R13R813CLR4MC14538
R9R10
VCC
图2-3同步信号发生电路2
图2-3中的输入端信号取自a相的检测电压，经过过零检测电路后得到正负两
2
个电平，随后进入光电隔离TLP521产生高电平和低电平进入D触发器MC14538的正的触发使能输入引脚A，当A为高电平时，输出引脚Q输出一个脉冲，这个脉冲宽度由电阻R。
和电容C决定。
当然这里希望脉冲宽度越小越l
好，否则将影响STATCOM的输出电压与其接入点电压的同步。
与此同时，可以通过设置ADMC401的内部寄存器PWMSYNCWT寄存器与信号脉冲相匹配[2]。
2.1.3常用电网电压采样电路3
电网电压同步电路可以实现精确的过零点检测，并输出高电平，将输出信号
[3]脉冲的上升沿输入捕获单元三即可获得同步信号。
图2-4即为一种常见的电网电压同步信号产生电路。
Port+3.3V+12VR1U1A82LF353U2A8R312LF353AR2T131AR43
4-12VCAP34
R6R5
图2-4同步信号产生电路3
图2-4所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、滑线变阻器和电压比较器LM353组成的缓冲环节。
第二部分由电压比较器LM353构成，实现
[3]过零比较。
最后一部分为输入DSP系统箝位保护电路
2.1.4常用电网电压采样电路4
常用网电压同步信号产生电路4如图2-5所示:
3
R4VDD+3.3V
51K6R68310K42LM124R37LM311PortR2121C831KPortC71KC2020.1uF410.1uF110.1uFVEER5
1M
图2-5同步信号产生电路4
图2-5所示同步电路由两部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该环节主要是滤除电网的毛刺干扰。
滤波电路造成的延时可在程序中补偿。
第二部分由电压比较器LM311构成，实现
[4]过零比较，同时设计了一个滞环环节来抑制干扰和信号的震荡。
2.1.5常用电网电压采样电路5
图2-6所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节主要是滤除电网的谐波
KΩ干扰。
滤波电路造成的延时可在程序中补偿起来。
其中凡R=1，C=0.luF;
341341第二部分由电压比较器LM3ll构成，实现过零比较，同时设计了一个滞环来抑
[2]制干扰和信号的振荡。
R344R345
1K1K
+12V+12V568342LM124R3427LM311OUTR34112A3R346470INT10K1KC34141110.1uF-12V+3.3V-12V
图2-6同步信号产生电路5
4
2.2常用交流电压采样电路及其特点
2.2.1常用交流电压采样电路1
为了实现对STATCOM的控制，必须要检测三相瞬时电压U、U和U。
abc如下图2-7为电路一相电压采样电路:
a.电压转换电路
UaR3+15V
1R2RCCHV-50P-oUCcom+C1-15VC2R1TVS1R1
电压转换电路滤波补偿电路
图2-7交流电压采样电路图
电压转换电路通过霍尔电压传感器CHV-50P实现。
CHV-50P型电压传感器输出端与原边电路是电隔离的，可测量直流、交流和脉动电压或小电流。
磁补偿式测量，过载能力强，性能稳定可靠，易于安装，用于电压测量时，传感器通过与模块原边电路串联的电阻R与被测量电路并联连接，输出电流正比于u1
原边电压。
上图电压转换电路为a为单相电压转换电路，这里对电阻R和电u1阻R的选择作一些说明。
u2
由于CHV-50P的输入额定电流I为10mA，本电路检测的电压是220V的n1
交流电压，则
U220VR===2.2KΩ（2.1）u1I10mAn1
电阻R消耗的功率P为u11
PUImAW,,，,220102.2错误～未找到引用源。
11n
（2.2）
Ω因此电阻R选择阻值为2.2k，功率为5W的大功率电阻。
另外为了抑制共u1
5
模干扰，在交流输入侧并联了两个电容C。
当然为了更好地消除这些干扰，可以在电压变换电路之前再加隔离变压器，那么电阻R的选择就要对应于经过u1
隔离变压器后电压的改变而改变。
由于CHV-50P的输入额定电流I为50mA，为了ADMC40l的A/D转换通n2
道检测，必须把输出电流转换为电压，所以在电压传感器的输出侧串联了电阻R。
ADMC401的A/D转换通道检测电压范围-2V~+2V，则u2
2V（2.3）R==40Ωu250mA
由于电阻R消耗功率比较小，电阻R选择上对功率没有特殊的要求。
u2u2
b.滤波补偿电路
由于电压电流的检测点就是STATCOM接入电网的同一点，其谐波干扰还是比较大的滤波补偿电路。
，那么三相电压电流经过各自的转换电路后必须进入了滤波补偿电路包含两部分:
一部分为RC滤波，另一部分为相位补偿，如图上
[5]图中所示。
2.2.2常用交流电压采样电路2
此三相电压采样电路包括信号放大电路，二阶滤波电路，单极性转换电路。
a.信号放大电路
交流信号放大电路见图2-8所示。
本设计采用的互感器为国内最新的高精度电压互感器（SPT204A）。
其中SPT204A实际上是一款毫安级精密电压互感器，输入额定电流为2mA，额定输出电流为2mA，线性范围?
10mA，非线性度<
0.1%，相移经过补偿后小于5’。
SCT254AZ是一款毫安级精密电流互感器，输入额定电流为5A，额定输出电流为2.5mA，线性范围0~20A，非线性度小于0.1%，相移经过补偿后小于5’。
由于该电压传感器采用的为1:
1电流变电流型，所以要在电压互感器前面加R，将电压信号转变为电流信号，而电流互感器就1
不需要加电阻R。
这样电压互感器副边输出为电流信号，这与电流互感器副边1
输出信号相似。
交流信号放大电路工作原理可由下式表示:
错误～未找到引用源。
（2.4）
通过R将传感器输出的电流信号转变为电压信号2
6
R3+5V
C6
+5VD1PTI104114R12Va2Io1Ui1TL084A100K3D2Io21C1Ui
-5VSPT204A-5V104
图2-8信号放大电路b.二阶滤波电路
图2-9为二阶滤波电路，截至频率为2.5KHz。
f=2.5kHzR4
C3360
103
R71KR93.9K4U12
TL0841AC23104
11
图2-9二阶滤波电路c.单极性转换电路
由于设计采用的DSP自带的AD，其采样要求输入信号为0~3.3V，故接入
其引脚的信号电压也不能超过3.3V所以必须对放大电路给出的双极性信号做
[6]进一步处理。
单极性转换电路如下图2-10所示。
7
R10
3KC5
R71KR93.9K11421TL084A3
R6
C420KR21R81031.25V10K
20K
图2-10单极性转换电路
2.2.3常用交流电压采样电路3
交流电压变送器以0,5V的交流电压作为输出信号。
因TMS320F2812的A/D
3V（因此必须添加合适的调理电路以满足A/D输入的要求。
输入信号范围为0
交流电压调理电路见图2-11，由图可知该电路由3部分组成:
第1部分为射极跟随器（以提高电路的输入阻抗:
第2部分是电压偏移电路:
第3部分为箝位限幅
[7]电路，以保证输出电压信号在0,3V，满足TMS320F2812的A/D输入信号范围。
+15VVCC+15VR2424R421AADCR3交流电压13AR13C1
1-15V11-15V1
图2-11交流电压信号调理电路
2.2.4常用交流电压采样电路4
系统电压经过相应的传感器后，统一变换为适当幅值的电压信号，经调理电路后，进行A/D转换。
图2-12为采样电路原理图。
8
R132161+3.3V10KV3.3
VEE161R13410K1142R125R131A4821116161LF353R133AAD131611K10KA3LF35310KC108C1010.01uF0.01uFVCC
图2-12系统电压的采样电路
从图2-12可知，系统输出电压的采样电路由四部分组成，第一部分是由LF353的运放构成的电压跟随器，R和C是为了抑制干扰。
第二部分为电平抬131109
升电路，将围绕零电平波动的信号提升为单极性信号，第三部分进行跟随，第四
[4]部分为进入A/D前的保护部分，防止信号异常导致DSP芯片损坏。
2.2.5常用交流电压采样电路5
相电压检测电路如图2-13所示，该电路采用了运算放大器加电压跟随器的方式，电压跟随器起到了隔离作用，以便在A/D入口前进行阻抗匹配。
在A/D入口端采用二极管钳位，防止A/D输入电压越界。
来自检测通道的电压互感器的电流号经运算放大器转换为电压信号后经电压平移后将交流量信号转换为0~3.3V的
[8]单极性电压信号接入DSP的A/D通道引脚。
C1
R2+3.3VR3R3PTV++3.3V+12V+12V
D1882R528R7R6121AAPortR4313V-AC23D2R844-12V-12V4
图2-13相电压采样电路
9
2.3常用交流电流采样电路及其特点
2.3.1常见交流电流采样电路1
a.电流转换电路
图2-14电流转换电路，其中CT为霍尔电流传感器DT50-P，它的性能也稳定可靠，易于安装。
如何选择电阻R比较简单，可以参考上面交流电压转换电路，这里就不再赘述。
R3+15V
1R2RDT-50P-oI
+C1-15VC2R1TVS1R1
电流转换电路滤波补偿电路
图2-14交流信号采样电路
+15V
DT-50P
-15V
图2-15电流转换电路
那么三相电压电流经过各自的转换电路后必须进入了滤波补偿电路包含两部分:
一部分为RC滤波，另一部分为相位补偿，如图2-16
[5]所示。
10
R3
R1R2
-Io
+C1C2R1TVS1R1
图2-16滤波补偿电路
2.3.2常见交流电流采样电路2
a.信号放大电路
交流信号放大电路见图2-17所示。
本设计采用的互感器为国内最新的高精度电流互感器（SCT254AZ）。
SCT254AZ是一款毫安级精密电流互感器，输入额定电流为5A，额定输出电流为2.5mA，线性范围0~20A，非线性度<
因电流互感器输出的是电流信号，故电流互感器就不需要加电阻R。
1
-5VD1
10411421TL084AIinIo13D2
C1IinIo2+5V
-5V104
图2-17电流信号放大电路
b.二阶滤波电路
图2-18为二阶滤波电路，截至频率为2.5KHz
11
图2-18二阶滤波电路
c.单极性转换电路
由于设计采用的DSP自带的A/D，其采样要求输入信号为0~3.3V，故接入其引脚的信号电压也不能超过3.3V所以必须对放大电路给出的双极性信号做
单极性转换电路如下图2-19所示。
图2-19单极性转换电路
2.3.3常见交流电流采样电路3
相电流检测电路如图2-20和所示，该电路采用了运算放大器加电压跟随器的方式，电压跟随器起到了隔离作用，以便在A/D入口前进行阻抗匹配。
来自检测通道的电流互感器的电流号经运算放大器转换为电压信号后经电压平移后将交流量信号转换
[8]为0~3.3V的单极性电压信号接入DSP的A/D通道引脚。
12
R1+3.3VR2
+3.3V+12V+12VT?
IinD1882R428R6R5121AAADCINR3313IoutAC23TransD2R744-12V-12V4
图2-20相电流检测电路
2.3.4常见交流电流采样电路4
霍尔电流传感器以-100~+100mA的交流电流作为输出信号，TMS320F2812的A/D输入信号范围为0,3V（因此必须添加合适的调理电路以满足A,D输入的要求。
交流电流调理电路见图2-21,与交流电压调理电路不同的是（第1部分是经电容C滤波后流经精密采样电阻尺，将电流信号变换为电压信号，第2部分是4
由运放构成的反相器:
第3部分为箝位限幅电路，以保证输出电压信号在0,3V，
[7]满足TMS320F2407的A/D输入信号范围。
R12VCC
+15VVCC+15VR13D34交流电流24R10R1521AADCR1413A3OPC3OPC4R9R111-15V11-15V1
图2-21交流电流信号采样电路
2.3.5常用交流电流采样电路5
电流采集采用TA1014-2K卧式穿芯微型精密交流电流互感器，其额定输入为5A，额定输出为2.5mA，工作频率范围为20Hz~20kHz，相移小于5’，线性范围大于10A，非线性度小于0.1%，是比较理想的交流电流检测器件。
图2-22为电流采集电路原理图。
13
0.033uF
VCC30K18K485
+15V2.5V+15V2.5V5568交流互感器620K3LM31183LM31112K7IinADCIN722
41Iout41-15V-15V
图2-22交流电路采样电路
由于DSP的A/D输入信号范围为0~3.3V，而经电流互感器测得的电流信
[9]号经转化后变成-1.5V~+l.5V的交流信号，故对其进行了1.5V的平移。
2.4常用直流电压采样电路及其特点
2.4.1常用直流电压采样电路1
a.直流电压传感器采用LEM公司的电压传感器LV100。
LV100为霍尔效应的闭环电压传感器，所以有非常良好的原副边隔离作用，可测的电压范围为100V,2500V。
图2-23为直流电压采样电路图。
电压传感器LV100有如下优点:
[10]精度高;
线性度好;
频带宽;
抗干扰能力强。
+
LV100
-
图2-23直流电压采样传感器
电压传感器LV100的原边额定有效电流为10mA,在原边为额定电流时传感器精度最高。
采样电阻R=80千欧,按原副边1:
5的变比设计，副边电流为50mA，1
副边采样电阻为150欧，原边电压为800V时副边电压为7.5V。
副边信号经二
14
阶滤波电路以减小干扰，由于采样直流信号，滤波器截止频率可以选取的较低，实际设计的滤波器截止频率为2kHz。
b.电压检测电路
+3.3V+15VR61Port
51K82U16AR64W31A3TL082151
50K4
R63C445.1K0.1uF
图2-24电压检测电路1
霍尔电压传感器及采样电阻采集的直流电容电压从U端输入图2-24的模拟电dc
路，经电位器调节使U的3脚变化范围限制在0~3.3V，同时用RC滤波器滤16A
除输入信号的噪声，0~3.3V的电压信号经过电压跟随器，电压跟随器可保证在进行电阻匹配时防止其输入输出电路的电阻干扰。
电压跟随器输出接的R5164=欧。
电阻是DSP接口的电阻要求，DSP接口端的串联二极管是为了确保输入
[3]DSP的电平限制到0~3.3V。
2.4.2常用直流电压采样电路2
直流电压的采样电路与交流电压采样电路略有不同，如图2-25所示:
+3.3V
421K421APort10K13A3TL084UdcTL08410KR3111Udc11
图2-25直流电压采样电路2
直流电压与交流电压采样电路不同主要有两点，其一，因为传感器不同，前者采用直流电压霍尔，输出信号为电流信号，后者为电压变送器，输出信号为交
15
流信号，因此直流采样电路前端需接地电阻将电流信号转换为电压信号;
其二，前者信号为直流信号的，后者为交流信号的，因此，直流电压采样不用电压偏[1]移。
2.4.3常用直流电压采样电路3
直流侧电容电压的采集是经过两个电阻分压后，接二个电压跟随器，同样电压跟随器起防止电压冲击的作用。
输出端加入钳位二极管，把电压钳制在3.3V
[9]以内，输出信号接入DSP的ADCIN端口，如图2-26所示:
+3.3V+5V
56837ADCIN2Port
直流电压
41Port
图2-26直流电压采样电路3
2.4.4常用直流电压采样电路4
目前，对于直流电压的精确检测基本上都是基于磁补偿原理进行的，又因为本系统直流侧电压值较高，而直流电压传感器本身电流又很小，故从采用均压以后的电容器组上，可以只采一定比例的直流电压，不会影响测量精度，同时还保证了器件的安全性。
作为磁补偿的结果，传感器输出信号为一精确的电
[4]流信号，直流电压采样电路设计如图2-27所示:
+3.3VVDD
D182LF3531APort3Udc10KD2100欧0.01uF40.01uFVEE
16
图2-27系统直流电压采样电路4
2.4.5常用直流电压采样电路5
因直流电路对电压的精度要求低，对直流电压的采样电路直接用DSP内部的A/D，如图2-28所示:
+3.3V-12V
D142LM12411Port3Port
D2100220pF470pF11
+12V
图2-28系统直流电压采样电路5
直流电压与交流电压采样电路不同主要有两点:
其一，因为传感器不同，前者采用直流电压霍尔，输出信号为电流信号，后者为电压变送器，输出信号为交流信号，因此直流采样电路前端需接地电阻将电流信号转换为电压信号;
其二，前
[2]者信号为直流信号，后者为交流信号，因此选用的A/D精度和类型不一样。
2.5常用直流电流采样电路及其特点
直流电流采样电路设计与直流电压采样电路完全一样，只是前端的采样器件不同，这些器件对用户的接口统一为电流信号，这里就不再讨论。
17
3采样电路设计
上一章写到3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号的采样电路的各种常见采样电路，可以看出采样电路的发展已经比较成熟，但如何设计出自己需要的采样电路，这将是下面要讨论的问题。
3.1电网电压同步信号采样电路设计
DSTATCOM的工作与同步信号有密切的关系，所有的动作都要以同步信号作为参考，故硬件上的同步电路是不可或缺的。
同步信号的产生有多种方法。
第一种方法为最简单的过零同步，即对系统三相电压进行处理后取出一相基波正序电压作为同步信号，把该同步信号的过零时刻作为脉冲发生器的同步点，通过测量连续两个正向过零点之间的时间作为周期计算出同步信号的频率，因
18
此只能一个周期测得一次频率，在系统频率突变时，容易因无法跟踪系统频率变化而使DSTATCOM过流。
第二种方法为采用锁相环技术，由于在同步信号频率突变时锁相环具有较长的延时，因此也容易导致DSTATCOM过流。
第三种方法为采用“虚拟转子”法，对三相同步电压信号进行处理，得到脉冲的同步点和同步信号的频率。
采用这种方法的优点是可以同时测量同步信号的频率，从而使脉冲发生器在系统同步信号发生突变时能保持与系统同步，保证DSTATCOM不因同步信号的突变而过流。
由于设计要求不是特别高，本装置采用第一种方法得到同步信号。
+15V1M+15V+3.3V
5426R58R21310KAR137IOIOUaCAPTL0841K2C1C340694069C2R4LM311111000pF0.1uF41-15V]-15V1K
图3-1D-STATCOM系统同步电路
如图3-1可知，同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小DSTATCOM系统与电网的相位误差，该环节主要是滤除去电网的噪声干扰，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误
差可忽略不计。
其中R=1000，C=0.1uF,则时间常数T=RC=1错误～未找到11
410引用源。
S<
1mS,因此符合设计要求，且滤波电路中造成的延时可在程序中补偿。
第二部分由电压比较器LM311构成，实现过零比较，同时设计了一个滞环环节来抑制干扰和信号的震荡。
第三部分为上拉箱位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。
3.2交流电压采样电路设计
电压转换电路通过霍尔电压传感器CHV-50P实现，如图3-2所示。
CHV-50P型电
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