三相电信号采集电路设计

当前，电力电子装置和非线性设备的广泛应用，使得电网中的电压、电流波形发生畸变，电能质量受到严重影响和威胁;同时，各种高性能家用电器、办公设备、精密试验仪器、精密生产过程的自动控制设备等对供电质量敏感的用电设备不断普及对电力系统供电质量的要求越来越高，电能质量问题成为近年来各个方面关注的焦点，电能质量监测是当前国际上的一个研究热点[1]，有必要对三相电信号进行高精度采集，便于进一步分析控制，提高电能质量。对电力参数的采样方法主要有两种，即直流采样法和交流采样法。直流采样法采样的是整流变换后的直流量，软件设计简单，计算方便，但测量精度受整流电路的影响，调整困难。交流采样法则是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按一定算法进行数值处理，从而获得被测量，因而较之直流采样法更易获得高精度、高稳定性的测量结果[2]。

三相电信号采集电路设计

三相电信号采集电路框架

三相电信号采集电路的框架如图1所示。三相电压电流信号经过电压电流互感器转换为较低的电压信号。其中A相的电压信号经过波形调整成为频率与A相电压信号相同的方波信号，用于测量频率。同时将转换后方波频率信号进行频率的整数倍放大作为A/D转换的控制信号。经过六路互感器降压后，将信号送入AD7656进行A/D转换，转换完的数字信号就可以供于DSP/MCU进行数据分析。

电压电流互感器的选用

电压/电流互感器均采用湖北天瑞电子有限公司TR系列检测用电压输出型变换器。电压互感器采用检测用电压输出型电压变换器TR1102-1C，如图2为其结构图，规格为300V/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。电流互感器采用检测用电压输出型电流变换器TR0102-2C，规格为5A/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。

电源电路

AD7656共有两种模拟信号输入模式，一是模拟输入信号为二倍的参考电压(2.5V)即+/-5V之间，另一种是四倍的参考电压即+/-10V之间。为提高采样的精度，本电路采用输入信号为+/-10V之间，因此需要+/-10V~+/-16.5V之间电源供电。AD7656同时需要5V的AVCC和DVCC电源及3.3V的接口电压电源VDRIVE(也可以是5V，可根据需要进行调整)。因此，该电路共需要+/-10V~+/-16.5V，5V，3.3V三种电压。电源电路共采用三种电源芯片7805，REG1117-3.3V，和MAX865。外用直流变压器产生约15V的直流电源，接入7805经电容滤波调理，输出5V电压。AD7656的AVCC和DVCC可接受电源极限为7V。7805产生的电压作为施密特触发器的电源，故接入的频率信号经处理后为0到3.3V之间的方波信号。7805产生的电压接入REG1117-3.3V，REG1117-3.3V产生的电压直接接入AD7656的VDRIVE。MAX865是一种高效电荷泵，能够用一种直流电压输入，产生2倍的正负两种电压。输入电压的范围为1.5~6V之间，7856产生的5V电压接入MAX865产生+/-10V。