专利名称：信号调理电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种调理电路，特别是公开一种用于电能质量分析仪对电力系统中的电压、电流信号进行隔离和滤波的信号调理电路。
二背景技术：
电能是电力企业供给用户的主要产品，电能质量是衡量电能好坏的一个重要指标。近年来，随着电力系统的迅速发展和电力电子设备(可控硅、电子整流器、变频器等)的广泛应用，大量的非线性负荷迅速增加，使众多的谐波电流注入电力网络，造成电力网中电压和电流波形畸变，形成电网污染。因此，对不同等级电网的公共连接点的电能质量的监测主要是监测电压、电流的谐波、频率、供电电压偏差和电压的波动和闪变。在测量这些参数时要求采样精度高，频带宽，速度快，可靠性高，这样对信号的采集和调理就提出了很高的要求。
现今市场上的电能质量分析仪的信号调理电路，没有特定的采用隔离和抗干扰电路。
三
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提出一种用于电能质量分析仪中抗干扰能力强、具有隔离电压能力的信号预处理调理电路。
本实用新型是这样实现的它包括电压隔离模块、与电压隔离模块输出端相连的抗混叠滤波器和将电压隔离模块供电电源进行电源隔离的直流直流转换器，电压隔离模块将采集来的电网电压信号与测量系统隔离后输出到抗混叠滤波器，抗混叠滤波器将电压隔离模块输出的电压信号和从电网中抽取出来的电流信号进行滤波放大后输出。
所述的电压隔离模块包括依次相连的分压器、电压跟随器和光电耦合线性隔离放大器。
所述的抗混叠滤波器由两路集成的包括依次相连的调零电路、调增益电路和滤波电路的抗混叠滤波电路组成。
本实用新型由于采用了电压隔离模块，增加了测量系统的抗干扰能力，对直流精度要求较高的应用场合，尤其是在高电压放大倍数下工作时，调零电路减小和消除输入运算放大器的失调电压，降低误差；抗混叠滤波器对于基波频率为50Hz的信号，能够有效抑制80次以上的谐波，从而有效防止因为高频成分的引入使测量系统产生较大的误差。
四

附图1 信号调理电路的电路原理图附图2 电压隔离模块的电路原理图附图3抗混叠滤波器的电路原理图五具体实施方式
参见附图1，本实用新型主要由直流直流变换器U1、电压隔离模块U2、抗混叠滤波器U3组成。
电压信号输入端为V1。COM1为信号的地端。+12V电源通过直流直流变换器U1(在此选用的为金升阳的A1212S)转变为±12V给电压隔离模块U2供电，将电压隔离模块U2输入输出电源进行隔离，以确保电压隔离模块U2的隔离作用及起到抗干扰的作用。±12V电源通过电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8滤除电源的高频分量，提高工作精度。电压隔离模块U2的量程可以根据输入电压的大小，通过选择开关JP1进行量程选择。电压隔离模块U2的16、17管脚连接了电位器VR1，以起到调零作用，确保精确。抗混叠滤波器U3的13、14管脚连接了电阻R1、电位器VR2，用于增益调节。
电流信号输入端为VIO1。抗混叠滤波器U3的5、6管脚连接了电阻R2、电位器VR3，用于增益调节。
信号流程如下采集进来的电压信号首先进入电压隔离模块U2，从而对电压信号的输入、输出前后进行隔离，使输入信号和测量系统安全隔离。因为电压隔离模块U2出来的电压信号和从电网中抽取出来的电流信号(已被转化为低压信号)含有高频成分，所以信号要再经过抗混叠滤波器U3进行滤波放大。抗混叠滤波器U3对于基波频率为50Hz的信号，能够有效抑制80次以上的谐波。从而有效防止因为高频成分的引入使系统产生较大的误差。
现将该电路中的电压隔离模块U2和抗混叠滤波器U3的内部原理进行详细阐述参见附图2，电压隔离模块U2包括电阻分压器1、电压跟随器2、光电耦合线性隔离放大器3。电阻分压器1由电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10组成；电压跟随器2由运算放大器U4A构成，并与±12V电源联合工作；光电耦合线性隔离放大器3由发光二极管IC2A、光电二极管IC2B和IC2C、运算放大器U4B和U5、电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、电位器VR4、VR5、VR6以及电容C9、C10组成，并与±12V电源联合工作。
电压隔离模块U2工作原理从电网中的电压信号Vin通过电阻分压器1引入仪器的测量系统中。由电阻分压器1的不同档位进行量程选择，以保证输入信号接近A/D的满刻度输入。分压后的电压信号V1首先进入电压跟随器2，这起到阻抗变换作用。经过电压跟随器2放大后，电压跟随器2的运算放大器U4A的输出电压V2近似等于信号源的电动势而输出电阻却很小，即V2＝V1。电压信号再经由发光二极管IC2A转变为光信号。这个光信号分别传输给光电二极管IC2B、IC2C。光电二极管IC2C将发光二极管IC2A的光信号变换为电流信号Ipd2并传送到运算放大器U5。同时发光二极管IC2A的光信号又经光电二极管IC2B转变为电信号Ipd1。该电信号反馈到运算放大器U4B的输入端，通过这种负反馈自动调整发光二极管IC2A的电流来补偿输出光信号的非线性和变化。从而使光电二极管IC2C的电流信号Ipd2稳定、线性。同时为使光电耦合线性隔离放大器3更好的工作在线性区，在运算放大器U4B的同向输入端加入了一个直流分量。为了上述举措不影响输出结果，运算放大器U5的反向输入端也加入一直流分量，来抵消其对结果的影响。最后由运算放大器U5将电流信号转变为电压信号Vout从电压隔离模块U2的13管脚输出。由于电位器VR6两端为电压隔离模块U2的18、19管脚，并将这两个管脚相连，所以Vout＝V2*R17/R11。
参见附图3，抗混叠滤波器U3包括两路抗混叠滤波电路，每一路均由调零电路4，调增益电路5和滤波电路6组成，其中滤波电路6采用三个二阶有源低通滤波器。由于两路结构相同，故只描述一路的结构与原理。
调零电路由运算放大器U6A、电阻R18、R19、R20、R21和电位器VR7组成，并和±12V电源联合工作；调增益电路由运算放大器U6B、电阻R22、R23和电位器VR8构成；二阶有源低通滤波器由运算放大器U6C、电阻R24、R25和电容C11、C12组成，以此类推，其后的元件又组成另外的两个低通滤波器。
对直流精度要求较高的应用场合，尤其是在高电压放大倍数下工作时，运算放大器输入端的输入失调电压就是重要的误差来源。为了减小和消除这种误差，从抗混叠滤波器U3的15管脚输入的电压信号Vout先通过调零电路4，失调电压的调整范围为±12V*(R21/R20)。运算放大器U6A输出的电压信号V3通过增益电路5对电压信号V3进行放大。通过调节电位器VR2可以对放大增益进行调节。放大后的电压信号V4再经过滤波电路6，滤除信号的高频成分。这种滤波电路在小于截止频率的范围内，具有最平幅度的响应，而在大于截止频率后，幅频响应迅速下降。原信号通过带宽低于fs/2的低通滤波器，滤去高于fs/2的分量，对这样的信号再进行离散傅立叶变换(DFT分析)，将不会再出现高于fs/2的分量，防止高频造成的干扰。这样虽然因滤波而失去高于fs/2频率的分量，但滤波后的信号能得到准确的表述，因此不会出现频谱混叠现象，DFT分析也不会因此而引起误差。
权利要求1.一种信号调理电路，其特征在于它包括电压隔离模块、与电压隔离模块输出端相连的抗混叠滤波器和将电压隔离模块供电电源进行电源隔离的直流直流转换器，电压隔离模块将采集来的电网电压信号与测量系统隔离后输出到抗混叠滤波器，抗混叠滤波器将电压隔离模块输出的电压信号和从电网中抽取出来的电流信号进行滤波放大后输出。
2.根据权利要求1所述的信号调理电路，其特征在于所述的电压隔离模块包括由依次相连的分压器、电压跟随器和光电耦合线性隔离放大器。
3.根据权利要求1的信号调理电路，其特征在于所述的抗混叠滤波器由两路集成的抗混叠滤波电路组成。
4.根据权利要求3的信号调理电路，其特征在于所述的抗混叠滤波电路包括依次相连的调零电路、调增益电路和滤波电路。
专利摘要本实用新型涉及一种信号调理电路。它包括电压隔离模块、与电压隔离模块输出端相连的抗混叠滤波器和将电压隔离模块供电电源进行电源隔离的直流直流转换器，电压隔离模块将采集来的电网电压信号与测量系统隔离后输出到抗混叠滤波器，抗混叠滤波器将电压隔离模块输出的电压信号和从电网中抽取出来的电流信号进行滤波放大后输出。本实用新型增加了测量系统的抗干扰能力，对直流精度要求较高的应用场合，尤其是在高电压放大倍数下工作时，调零电路减小和消除输入运算放大器的失调电压；抗混叠滤波器性对于基波频率为50Hz的信号，能够有效抑制80次以上的谐波，从而有效防止因为高频成分的引入使测量系统产生较大的误差。
文档编号G01R19/00GK2694281SQ20032010938
公开日2005年4月20日 申请日期2003年10月30日 优先权日2003年10月30日
发明者李令冬 申请人:上海宝钢安大电能质量有限公司