高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路,包括1至7路電流互感器、1至7路取樣電阻、1至7路抗混疊濾波電路、1片三相電能計(jì)量芯片ATT7022x以及1片單片機(jī);電流互感器與采樣電阻相連接,采樣電阻與抗混疊濾波電路相連接,抗混疊濾波電路與三相電能計(jì)量芯片ATT7022x的電流通道或電壓通道相連接,三相電能計(jì)量芯片ATT7022x通過SPI接口與單片機(jī)相連接;單片機(jī)通過SPI接口從三相電能計(jì)量芯片的真有效值寄存器中直接讀取所檢測(cè)各路交流電流對(duì)應(yīng)真有效值數(shù)字結(jié)果。本發(fā)明能夠以每增加1片三相電能計(jì)量芯片ATT7022x而增加7路交流電流真有效值檢測(cè)的能力進(jìn)行擴(kuò)展。
【專利說明】高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路,屬于電力電子檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力自動(dòng)化領(lǐng)域的電力系統(tǒng)應(yīng)用中,眾多的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和民用供配電現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)測(cè)各供電回路的負(fù)荷情況,因此需要進(jìn)行大量的交流電流真有效值的檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集。目前,對(duì)于多路交流電流真有效值的檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集通常采用兩種方式,第一種方式是每個(gè)回路采用一塊單相或三相電流表進(jìn)行交流電流真有效值的檢測(cè)和采集,第二種方式是采用多路交流電流采集儀表對(duì)多路交流電流真有效值進(jìn)行檢測(cè)和采集。對(duì)于第一種方式,隨著需檢測(cè)和采集回路數(shù)的增加,需要較高的總體成本;而第二種方式采用的市售多路交流電流采集儀表,由于單價(jià)較為昂貴,所以總體成本也比較高。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中,交流電流的真有效值檢測(cè)主要采用兩種方法。第一種方法是通過交流互感器獲取交流電流信號(hào),經(jīng)取樣電阻轉(zhuǎn)換為交流電壓,通過濾波和放大電路進(jìn)行濾波與放大后,進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器,經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后,通過單片機(jī)對(duì)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行讀取,并采用軟件方法計(jì)算得到交流電流真有效值。第二種方法是通過交流互感器獲取交流電流信號(hào),經(jīng)取樣電阻轉(zhuǎn)換為交流電壓,進(jìn)入RMS-DC變換芯片,輸出表征交流電流真有效值的直流電壓信號(hào),之后在通過放大電路進(jìn)行放大后,進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器,經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后,通過單片機(jī)對(duì)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行讀取,得到交流電流真有效值。對(duì)于多路交流電流真有效值的檢測(cè),通常是在電路中加入多路模擬開關(guān),并通過單片機(jī)控制切換多路模擬開關(guān)的選通,分時(shí)進(jìn)行多路交流電流信號(hào)的檢測(cè)與處理。雖然以上兩種方法均能夠?qū)崿F(xiàn)多路交流電流真有效值的檢測(cè),但由于電路環(huán)節(jié)多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,檢測(cè)精度難以提高,且總體成本均較高。第一種方法是通過軟件計(jì)算得到真有效值,一方面是檢測(cè)精度受限,另一方面對(duì)單片機(jī)的性能要求較高,特別是進(jìn)行多路檢測(cè)時(shí)更為突出。第二種方法采用RMS-DC變換芯片,可直接得到交流電流的真有效值,但受限于這類芯片需要較長(zhǎng)的建立時(shí)間,對(duì)于多路交流電流檢測(cè),每一路交流電流檢測(cè)都需要一片這樣的RMS-DC變換芯片,而RMS-DC變換芯片價(jià)格較高,使多路交流電流采集儀表總體成本也較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足,面向電力自動(dòng)化領(lǐng)域需求,提供一種低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度高、易于校準(zhǔn)、易于擴(kuò)展、穩(wěn)定可靠,基于三相電能計(jì)量芯片的數(shù)字輸出多路交流電流真有效值的檢測(cè)電路,最高檢測(cè)精度可達(dá)0.2%。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:
一種高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路,由I至7路電流互感器、I至7路取樣電阻、I至7路抗混疊濾波電路、I片三相電能計(jì)量芯片ATT7022X以及I片單片機(jī)構(gòu)成。其中:電流互感器與采樣電阻相連接,采樣電阻與抗混疊濾波電路相連接,抗混疊濾波電路與三相電能計(jì)量芯片ATT7022X的電流通道或電壓通道相連接,三相電能計(jì)量芯片ATT7022X通過SPI接口與單片機(jī)相連接。與三相電能計(jì)量芯片電壓通道相連接的取樣電阻阻值為與三相電能計(jì)量芯片電流通道相連接的取樣電阻阻值的5倍,使輸入至三相電能計(jì)量芯片ATT7022X電流通道和電壓通道的信號(hào)電平滿足三相電能計(jì)量芯片ATT7022X的特性要求,并保證檢測(cè)精度。
[0006]電路工作過程為:電流互感器的交流電流信號(hào)經(jīng)采樣電阻后,轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào),再經(jīng)抗混疊濾波電路進(jìn)行濾波,輸入至三相電能計(jì)量芯片ATT7022X的電流通道或電壓通道,三相電能計(jì)量芯片ATT7022X對(duì)來自電流通道或電壓通道的交流電壓信號(hào)進(jìn)行采集與處理,將交流電流的真有效值采樣結(jié)果存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)通道的內(nèi)部真有效值寄存器中;與三相電能計(jì)量芯片ATT7022X相連接的單片機(jī)通過SPI接口,能夠從三相電能計(jì)量芯片ATT7022X的對(duì)應(yīng)通道內(nèi)部真有效值寄存器中讀取交流電流真有效值數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022X電流通道的真有效值寄存器碼值,將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換成原碼,即得到對(duì)應(yīng)電流通道的交流電流真有效值檢測(cè)結(jié)果;對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022X電壓通道的真有效值寄存器碼值,在將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換成原碼后,再縮小5倍,即得到對(duì)應(yīng)電壓通道的交流電流真有效值檢測(cè)結(jié)果。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:
(1)本發(fā)明采用三相電能計(jì)量芯片ATT7022X實(shí)現(xiàn)交流電流真有效值檢測(cè),一片芯片能夠完成I至7路的交流電流真有效值的檢測(cè);
(2)本發(fā)明具有較高的檢測(cè)精度,交流電流真有效值檢測(cè)精度可達(dá)0.2% ;
(3)本發(fā)明采用的三相電能計(jì)量芯片ATT7022X價(jià)格低廉,能夠有效降低大數(shù)量交流電流真有效值檢測(cè)儀表的總體成本;
(4)根據(jù)實(shí)際需要,通過增加前端電路的路數(shù)和三相電能計(jì)量芯片ATT7022X的芯片數(shù)量,能夠以每增加I片三相電能計(jì)量芯片擴(kuò)展7路交流電流真有效值檢測(cè)的能力進(jìn)行擴(kuò)展。
[0008]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度高、易于校準(zhǔn)、易于擴(kuò)展,作為多路交流電流真有效值檢測(cè)電路的參考設(shè)計(jì),能夠廣泛應(yīng)用于電力自動(dòng)化領(lǐng)域的智能儀表應(yīng)用領(lǐng)域。
[0009]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1主要部分電原理圖。
[0011]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2主要部分電原理圖。
[0012]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
適用于3.3V供電,交流電流真有效值測(cè)量精度優(yōu)于0.2%,三相電能計(jì)量芯片為ATT7022E,單片機(jī)為 STC15L2KxxS2 的電路。
[0013]如圖2所示,電路中:
5A/5MA的交流互感器CTl的兩端連接至串接的20歐姆取樣電阻Rsl_l和Rsl_l的兩端,再連接至由1.2K電阻Rl_l和R2_l以及0.0luF電容Cl_l和C2_l組成的抗混疊濾波電路的輸入端,取樣電阻Rsl_l和Rsl_l的中心點(diǎn)與C1_1、C2_1的中心點(diǎn)連接后接模擬地;抗混疊濾波電路的輸出端連接至三相電能計(jì)量芯片ATT7022E的電流通道I信號(hào)管腳VlP和V1N,構(gòu)成對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022E電流通道I的前端電路。按照同樣方式,可以構(gòu)造出對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022E另外3個(gè)電流通道V3P和V3N、V5P和V5N、VOP和VON的前端電路。
[0014]5A/5MA的交流互感器CT5的兩端連接至串接的100歐姆取樣電阻Rsl_5和Rs2_5的兩端,再連接至由1.2K電阻Rl_5和R2_5以及0.0luF電容Cl_5和C2_5組成的抗混疊濾波電路的輸入端,取樣電阻Rsl_5和Rsl_5的中心點(diǎn)與Cl_5、C2_5的中心點(diǎn)連接后接模擬地;抗混疊濾波電路的輸出端連接至三相電能計(jì)量芯片ATT7022E的電壓通道I信號(hào)管腳V2P和V2N,構(gòu)成對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022E電壓通道I的前端電路;按照同樣方式,可以構(gòu)造出對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022E另外2個(gè)電壓通道V4P和V4N、V6P和V6N的前端電路。
[0015]對(duì)應(yīng)三相電能計(jì)量芯片ATT7022E電流通道與電壓通道的前端電路的差別是取樣電阻取值的不同,對(duì)應(yīng)電壓通道的取樣電阻阻值是對(duì)應(yīng)電流通道的取樣電阻阻值的5倍。
[0016]三相電能計(jì)量芯片ATT7022E的工作時(shí)鐘通過5.5296MHz的晶振Yl提供。
[0017]三相電能計(jì)量芯片ATT7022E的SPI接口信號(hào)DOUT、DIN、SCLK, CS分別與單片機(jī)STC15L2KxxS2的SPI接口信號(hào)MISO、MOS1、SCLK以及GPIO信號(hào)P2.0相連接。如果再擴(kuò)展I片三相電能計(jì)量芯片ATT7022E,則該片芯片的SPI接口信號(hào)CS連接至單片機(jī)STC15L2KxxS2 的 GPIO 信號(hào) P2.1,依此類推。
[0018]三相電能計(jì)量芯片ATT7022E和單片機(jī)STC15L2KxxS2采用3.3V供電。三相電能計(jì)量芯片ATT7022E的模擬電源和數(shù)字電源通過磁珠L(zhǎng)I進(jìn)行連接,模擬地和數(shù)字地直接連接。
[0019]單片機(jī)STC15L2KxxS2的GPIO 口 P2.6連接至三相電能計(jì)量芯片ATT7022E的RESET管腳,由單片機(jī)STC15L2KxxS2控制對(duì)三相電能計(jì)量芯片ATT7022E進(jìn)行復(fù)位。
[0020]單片機(jī)STC15L2KxxS2通過SPI接口,從三相電能計(jì)量芯片ATT7022E地址為的0DH-12H及29H共7個(gè)內(nèi)部真有效值寄存器中讀取所檢測(cè)的7路交流電流的真有效值的補(bǔ)碼。其中,從地址為10H-12H和29H共4個(gè)寄存器中讀出的補(bǔ)碼值分別對(duì)應(yīng)三相電能計(jì)量芯片ATT7022E的4路電流通道的交流電流真有效值,將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼,即得到對(duì)應(yīng)電流通道的交流電流真有效值檢測(cè)結(jié)果。從地址為0DH-(FH共3個(gè)寄存器中讀出的補(bǔ)碼值分別對(duì)應(yīng)三相電能計(jì)量芯片ATT7022E的3路電壓通道的交流電流真有效值,將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼后,再縮小5倍,即得到對(duì)應(yīng)電壓通道的交流電流真有效值檢測(cè)結(jié)果。
[0021]實(shí)施例2:
適用于5V供電,交流電流真有效值測(cè)量精度優(yōu)于0.5%,三相電能計(jì)量芯片為ATT7022B,單片機(jī)為 STC15F2KxxS2 的電路。
[0022]如圖3所示,電路中:
5A/5MA的交流互感器CTl的兩端連接至20歐姆取樣電阻Rs_l的兩端,再連接至由
1.2K電阻Rl_l和R2_l以及0.0luF電容Cl_l和C2_l組成的抗混疊濾波電路的輸入端,C1_1、C2_1的中心點(diǎn)連接后接模擬地;抗混疊濾波電路的輸出端分別連接IOK電阻R3_l和R4_l, R3_l和R4_l的另一端并接后接至三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的參考電壓輸出端REFOUT ;同時(shí),抗混疊濾波電路的輸出端連接至三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的電流通道I信號(hào)管腳VlP和V1N,構(gòu)成對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022B電流通道I的前端電路。按照同樣方式,可以構(gòu)造出對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022B另外3個(gè)電流通道V3P和V3N、V5P和V5N、VOP和VON的前端電路。
[0023]5A/5MA的交流互感器CT5的兩端連接至100歐姆取樣電阻Rs_5的兩端,再連接至由1.2K電阻Rl_5和R2_5以及0.0luF電容Cl_5和C2_5組成的抗混疊濾波電路的輸入端,Cl_5、C2_5的中心點(diǎn)連接后接模擬地;抗混疊濾波電路的輸出端分別連接IOK電阻R3_5和R4_5,R3_5和R4_5的另一端并接后接至三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的參考電壓輸出端REFOUT ;同時(shí),抗混疊濾波電路的輸出端連接至三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的電壓通道I信號(hào)管腳V2P和V2N,構(gòu)成對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022B電壓通道I的前端電路;按照同樣方式,可以構(gòu)造出對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022B另外2個(gè)電壓通道V4P和V4N、V6P和V6N的前端電路。
[0024]對(duì)應(yīng)三相電能計(jì)量芯片ATT7022B電流通道與電壓通道的前端電路的差別是取樣電阻取值的不同,對(duì)應(yīng)電壓通道的取樣電阻阻值是對(duì)應(yīng)電流通道的取樣電阻阻值的5倍。
[0025]三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的工作時(shí)鐘通過24.576MHz的晶振Yl提供。
[0026]三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的SPI接口信號(hào)DOUT、DIN、SCLK, CS分別與單片機(jī)STC15F2KxxS2的SPI接口信號(hào)MISO、MOS1、SCLK以及GPIO信號(hào)Ρ2.0相連接。如果再擴(kuò)展I片三相電能計(jì)量芯片ΑΤΤ7022Β,則該片芯片的SPI接口信號(hào)CS連接至單片機(jī)STC15F2KxxS2 的 GPIO 信號(hào) P2.1,依此類推。
[0027]三相電能計(jì)量芯片ATT7022B和單片機(jī)STC15F2KxxS2采用5V供電。其中,三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的模擬電源和數(shù)字電源通過磁珠L(zhǎng)I進(jìn)行連接,模擬地和數(shù)字地直接連接。
[0028]單片機(jī)STC15F2KxxS2的GPIO 口 P2.6連接至三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的RESET管腳,由單片機(jī)STC15F2KxxS2控制對(duì)三相電能計(jì)量芯片ATT7022B進(jìn)行復(fù)位。
[0029]單片機(jī)STC15F2KxxS2通過SPI接口,從三相電能計(jì)量芯片ATT7022B地址為的0DH-12H及29H共7個(gè)內(nèi)部真有效值寄存器中讀取所檢測(cè)的7路交流電流的真有效值的補(bǔ)碼。其中,從地址為10H-12H和29H共4個(gè)寄存器中讀出的補(bǔ)碼值分別對(duì)應(yīng)三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的4路電流通道的交流電流真有效值,將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼,即得到對(duì)應(yīng)電流通道的交流電流真有效值檢測(cè)結(jié)果。從地址為0DH-(FH共3個(gè)寄存器中讀出的補(bǔ)碼值分別對(duì)應(yīng)三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的3路電壓通道的交流電流真有效值,將補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為原碼后,再縮小5倍,即得到對(duì)應(yīng)電壓通道的交流電流真有效值檢測(cè)結(jié)果。
[0030]上述說明并非對(duì)本發(fā)明的限制,本發(fā)明也不僅限于上述實(shí)施例,本【技術(shù)領(lǐng)域】專業(yè)技術(shù)人員在本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換,也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種聞精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路,其特征在于電路是由I至7路電流互感器、I至7路取樣電阻、I至7路抗混疊濾波電路、I片三相電能計(jì)量芯片以及I片單片機(jī)構(gòu)成;其中,電流互感器與采樣電阻相連接,采樣電阻與抗混疊濾波電路相連接,抗混疊濾波電路與三相電能計(jì)量芯片的電流通道或電壓通道相連接,三相電能計(jì)量芯片的SPI接口與單片機(jī)的SPI接口或GPIO 口相連接;單片機(jī)通過SPI接口從三相電能計(jì)量芯片的真有效值寄存器中直接讀取所檢測(cè)各路交流電流對(duì)應(yīng)真有效值數(shù)字結(jié)果。
2.權(quán)利要求1所述的高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路,其特征在于所述電路能夠以每增加I片三相電能計(jì)量芯片及相應(yīng)前端電路而增加7路交流電流真有效值檢測(cè)的能力進(jìn)行擴(kuò)展。
3.權(quán)利要求1所述的高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路,其特征在于與三相電能計(jì)量芯片電壓通道相連接的取樣電阻阻值為與三相電能計(jì)量芯片電流通道相連接的取樣電阻阻值的5倍。
4.權(quán)利要求1所述的高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路,其特征在于所述三相電能計(jì)量芯片是具有4個(gè)電流通道和3個(gè)電壓通道的高精度三相電能計(jì)量芯片ATT7022X。
【文檔編號(hào)】G01R19/25GK103941078SQ201410130300
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】周永錄, 代紅兵, 楊艷華, 王康華, 蘇紅軍, 徐斌, 黃燕燕 申請(qǐng)人:云南大學(xué), 昆明華奧航星電氣有限公司, 昆明理工大學(xué)