专利名称：一种电网电压信号采样系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于高压信号采样系统领域，尤其涉及一种用于电网的电压信号采样 系统。
背景技术：
随着经济和社会的发展，电网已经成为现代工业社会不可或缺的一部分，不论是 工业用电、家庭用电还是充电站的用电都已离不开电网，而电网的稳定性对各种工业用电、 家庭用电及充电站的用电有着至关重要的影响。电压信号是涉及电网稳定性的一个至关重要的参数，传统的电网对电压的采样主 要是通过工频变压器对电网信号进行降压采样，而采用工频变压器对电网电压信号进行采 样的抗干扰能力差，成本高，而且会导致系统体积增加。附图1所示为采用工频变压器进行 采样的原理图，即通过工频变压器将电网的电压进行降压后然后利用单片机(采样芯片) 对处理后的电压进行采样，但是单片机对高压信号进行采样的过程是一个单向过程，即要 求信号的流动方向为被采样单元流向单片机。然而采用工频变压器进行采样时，其信号的 传输方向为双向，及变压器两端的电压可以产生相互的影响，不利于信号的采样，容易产生 干扰，导致采样误差较大。另外采用工频变压器对信号进行采样时，其信号传输的带宽受到 限制，因为工频变压器只是针对低频信号进行传输，较高频率的信号则无法进行传输，采集 的信号无法反映电网的真实情况，采样信号存在严重失真。
发明内容本实用新型为解决现有技术中对电网电压信号采样精度差，抗干扰能力差，采样 存在失真的技术问题，提供一种抗干扰能力强，采样精度高，采样无失真的电网电压信号采 样系统，同时与传统的采样系统相比，有效降低了成本，减小了采样系统的体积。一种电网电压信号采样系统，所述电压信号采样系统包括用于产生一个基准电压的基准电压产生模块；用于将电网电压进行降压处理并得到一电压信号的降压模块；用于对降压模块所得到的电压和基准电压叠加后的信号进行处理的信号处理模 块；所述基准电压产生模块、降压模块、信号处理模块依次电连接。作为一种优选方案，所述降压模块包括至少两个分压负载，所述多个分压负载与 所述电网串联连接并形成回路，所述其中一个分压电阻的一端与所述基准电压产生模块电 连接，所述该分压电阻的另一端与所述信号处理模块电连接。更优选地，所述降压模块包括第一分压负载R1、第二分压负载R2、第三分压负载 R3，所述第一分压负载R1、第二分压负载R2及第三分压负载R3与所述电网串联连接并形成 回路，其中所述第二分压负载R2的一端与所述基准电压产生模块电连接，所述第二分压负 载R2的另一端与所述信号处理模块电连接。[0012]所述基准电压产生模块包括电压源Vccl、第一负载rl、第二负载r2、第三负载r3 及带有阴极端K、阳极端A和参考端R的基准电压芯片，所述基准电压芯片的阴极端K与第 三负载r3串联后与所述电压源Vccl连接，所述基准电压芯片的阳极端A接地，所述第一负 载rl、第二负载r2相互串联后并联在所述基准电压芯片的阴极、阳极两端，所述基准电压 芯片的参考端R连接所述第一负载rl与第二负载r2的连接点，所述阴极端K连接第二分 压负载R2的一端。更优选地，所述基准电压芯片的阴极、阳极两端还并联连接一电容器C ；所述基准电压芯片优选采用型号为TL431的芯片。作为进一步改进，所述信号处理模块包括一运算放大器，所述运算放大器的负输 入端与所述输出端连接，所述第二分压负载R2的另一端与所述运算放大器的正输入端连接。所述运算放大器优选采用型号为LM258的运算放大器。以上技术方案中，通过降压模块将电网电压进行降压后，然后与一基准电压进行 叠加，对叠加后的信号进行简单处理后在进行分析，其整个信号的传输方向为单向传递，有 效提高了整个采样系统的抗干扰能力，提高了采样精度，同时有效避免了因采用工频变压 器对信号进行采样时，其信号传输的带宽受到限制的问题，可采集信号的频率得到有效拓 宽，能够比较真实的反映电网的工作情况。

图1是现有技术中一种电网电压信号采样系统的结构示意图；图2是本实用新型电网电压信号采样系统一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下 结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。如图1所示，现有的电网电压采样系统采用一工频变压器T对电网电压进行降压 后，然后通过带有负载Rl’、R2’、R3’、R4’、电容C及运算放大器的电路对降压后的电压信号 进行处理，然后得到一采样电压以备进行后续处理。然而采用工频变压器进行采样时，其信 号的传输方向为双向，及变压器两端的电压可以产生相互的影响，不利于信号的采样，容易 产生干扰，导致采样误差较大。另外采用工频变压器对信号进行采样时，其信号传输的带宽 受到限制，因为工频变压器只是针对低频信号进行传输，较高频率的信号则无法进行传输， 采集的信号无法反映电网的真实情况，采样信号存在严重失真。如图2所示，本实用新型包括基准电压产生模块4，用于产生一个基准电压；降压模块5，可将电网的电压进行降压处理并得到一比电网电压相对较低的电压 信号；信号处理模块6，用于对降压模块所得到的电压与基准电压叠加后的信号进行处 理；所述基准电压产生模块4、降压模块5、信号处理模块6依次电连接。[0026]所述降压模块5包括至少两个分压负载，所述多个分压负载与所述电网串联连接 并形成回路，所述其中一个分压电阻的一端与所述基准电压产生模块4电连接，所述该分 压电阻的另一端与所述信号处理模块6电连接。作为一种优选实施例，所述降压模块包括第一分压负载R1、第二分压负载R2、第 三分压负载R3，所述第一分压负载R1、第二分压负载R2及第三分压负载R3与所述电网串 联连接并形成回路，其中所述第二分压负载R2的一端与所述基准电压产生模块电连接，所 述第二分压负载R2的另一端与所述信号处理模块电连接。将电网与所述第一分压负载R1、 第二分压负载R2、第三分压负载R3串联后在其中一个分压负载上就会得到一相对电网电 压较低的电压信号，如在第二分压负载R2上得到一电压信号，此电压信号能够正确反映电 网电压的情况，不论电网电压是一个高频信号还是一个低频信号，都能成比例传送到所述 分压负载上，能够有效解决传统技术中使用工频变压器不能传送高频信号的问题。同时使 用几个分压负载代替工频变压器进行对电压的采样有效减小了采样系统的体积。进一步优选地，所述基准电压产生模块包括电压源Vccl、第一负载rl、第二负载 r2、第三负载r3及带有阴极端K、阳极端A和参考端R的基准电压芯片，所述基准电压芯片 的阴极端K与第三负载r3串联后与所述电压源Vccl连接，所述基准电压芯片的阳极端A 接地，所述第一负载rl、第二负载r2相互串联后并联在所述基准电压芯片的两端，所述基 准电压芯片的参考端R连接所述第一负载rl与第二负载r2的连接点，所述阴极端K连接 第二分压负载R2的一端。所述基准电压芯片优选为型号为TL431的芯片。所述基准电压芯片优选采用型号为TL431的芯片。作为更进一步的改进，所述基准电压芯片的阴极、阳极两端还并联一电容器C，所 述电容器C能够进行一个滤波作用，使得能够得到一个比较稳定的基准电压。所述信号处理模块包括一运算放大器，所述运算放大器的负输入端与所述运算放 大器的输出端连接，所述第二分压负载R2的另一端与所述运算放大器的正输入端连接。所 述信号处理模块对降压模块所得到的电压与基准电压叠加后的信号进行简单处理，如放大 处理、滤波处理，然后通过第四负载r4将该电压信号输出以备对该信号进行后续处理分 析。优选地，所述运算放大器的型号为LM258。本实用新型结合上述实施例的具体工作流程，如下电网通过降压模块的降压后在第二分压负载R2上得到一电压信号，该电压信号 的波形为具有一正弦波形的交流电压信号，假设最大正幅值为3V，最小负幅值就为-3V，因 该基准电压产生模块产生一基准电压，即在第二分压负载R2的接入端产生一基准电压，通 过第二分压负载R2将降压模块所得到的电压和基准电压进行叠加，而对所产生的该基准 电压的要求是与降压模块所得到的电压信号进行叠加后必须将该电压信号的负值部分抬 升为正值信号，且所抬升的最大幅值必需在所述运算放大器的接收电压范围之内，例如，运 算放大器所能够承载的最大电压为7V，那么基准电压必须在3-4V之间，如基准电压为4V， 那么第二分压负载R2所得到的电压信号(-3V-+3V)与基准电压叠加后就会得到一个最大 幅值为7V，最小幅值为IV的电压信号，而且此电压信号正好没有超出运算放大器所能够承 载的最大电压，最后信号处理模块6将该叠加后的电压信号进行处理后通过第四负载r4进 行输出以备后续对该数值进行分析处理。以上技术方案，因运算放大器对直流信号的处理 精确度要高于对交流信号的处理精确度，因此将所采集到的电网的交流电压信号通过与基准电压叠加后变成一个直流信号，然后利用运算放大器再对该直流信号进行分析，有效提 高了其采样精度。 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求1.一种电网电压信号采样系统，其特征在于，所述电网电压信号采样系统包括用于产生一个基准电压的基准电压产生模块(4)；用于将电网电压进行降压处理并得到一电压信号的降压模块(5)；用于对降压模块(5)所得到的电压和基准电压叠加后的信号进行处理的信号处理模 块(6)；所述基准电压产生模块(4)、降压模块(5)、信号处理模块(6)依次电连接。
2.根据权利要求1所述的电网电压信号采样系统，其特征在于，所述降压模块(5)包括 至少两个分压负载，所述多个分压负载与所述电网串联连接并形成回路，所述其中一个分 压负载的一端与所述基准电压产生模块(4)电连接，所述该分压负载的另一端与所述信号 处理模块(6)电连接。
3.根据权利要求2所述的电网电压信号采样系统，其特征在于，所述降压模块(5)包括 第一分压负载(Rl)、第二分压负载(R2)、第三分压负载(R3)，所述第一分压负载(Rl)、第二 分压负载(R2)及第三分压负载(R3)与所述电网串联连接并形成回路，其中所述第二分压 负载(R2)的一端与所述基准电压产生模块(4)电连接，所述第二分压负载(R2)的另一端 与所述信号处理模块(6)电连接。
4.根据权利要求3所述的一种电网电压信号采样系统，其特征在于，所述基准电压产 生模块(4)包括电压源(Vccl)、第一负载(rl)、第二负载(r2)、第三负载(r3)及带有阴极 端(K)、阳极端(A)和参考端(R)的基准电压芯片，所述基准电压芯片的阴极端(K)与第三 负载(r3)串联后与所述电压源(Vcc)连接，所述基准电压芯片的阳极端(A)接地，所述第 一负载(rl)、第二负载(r2)相互串联后并联在所述基准电压芯片的阴极、阳极两端，所述 基准电压芯片的参考端(R)连接所述第一负载(rl)与第二负载(r2)的连接点，所述阴极 端(K)连接第二分压负载(R2)的一端。
5.根据权利要求4所述的电网电压信号采样系统，其特征在于，所述基准电压芯片的 阴极、阳极两端还并联连接一电容器(C)。
6.根据权利要求4所述的电网电压信号采样系统，其特征在于，所述基准电压芯片的 型号为TL431。
7.根据权利要求4所述的电网电压信号采样系统，其特征在于，所述信号处理模块包 括运算放大器，所述运算放大器的负输入端与所述运算放大器的输出端连接，所述第二分 压负载(R2)的另一端与所述运算放大器的正输入端连接。
8.根据权利要求7所述的电网电压信号采样系统，其特征在于，所述运算放大器的型 号为LM258。
专利摘要本实用新型提供一种电网电压信号采样系统，所述电压信号采样系统包括用于产生一个基准电压的基准电压产生模块；将电网电压进行降压处理并得到一电压信号的降压模块；用于对降压模块所得到的电压和基准电压叠加后的信号进行处理的信号处理模块；所述基准电压产生模块、降压模块、信号处理模块依次电连接。通过以上技术方案中，有效提高了整个采样系统的抗干扰能力，提高了采样精度，同时有效避免了因采用工频变压器对信号进行采样时，其信号传输的带宽受到限制的问题，可采集信号的频率得到有效拓宽，能够比较真实的反映电网的工作情况。
文档编号G01R19/25GK201780329SQ20102021359
公开日2011年3月30日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者刘宇, 张建华, 梁树林 申请人:比亚迪股份有限公司