管脚 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 34 名称 +5V电源 PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6 PWM8 PWM9 T1PWM T2PWM T3PWM T4PWM GND 说明 由POWER提供的+5V电源 显示屏的RS脚 RW脚 EN脚 DB0脚 DB1脚 DB2脚 DB3脚 DB4脚 DB5脚 DB6脚 DB7脚 显示翻页 模拟地 3.4交流采样电路设计

交流信号的采集与处理是防越级跳闸设计的重要组成部分，它是保护启动与否及判断某些故障类型的依据，是电流、电压、有功功率、无功功率计量的依据。

采样的精度直接影响到了整个系统的精确性和可靠性。DSPF2812具有高实时性、高准确性的特点，其内部集成有两个12位8路参考电压范围为0~3V的A/D转换芯片，因此，进行交流采样时将不需要外扩AD转换模块。在此，采用电压互感器、电流互感器、运算放大器和DSPF2812对交流信号进行处理和采样，交流采样流程图如图3.5，其采样

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具有实时性好、准确度高的优点。

偏置放大滤波跟随S/HAD图3.5 交流采样流程图

交流采样电路无论是电压采样电路还是电流采样电路，他们最终都是要将主回路的强电压或强电流信号通过一定的算法和技术手段线性变换为DSP能够识别的在0V至3V之间变化的弱电压信号。

3.4.1 电流采样电路的设计

图3.6 电流采样电路图

本次电流采样电路选择的电流互感器总共由两级，前一级互感器变比为4Ａ：1Ａ，第二级互感器采用TA1015-1,其变比为5A:mA，也就是1000:1，两级总共的互感器比例为4000:1。

即电流互感器一次侧的电流大小为4A，二次侧的电流大小为1A，二级互感器的二次侧电流大小为1mA。如图3.6，在互感器二次侧并一个1K的电阻即可将一次侧的4A的强电流信号变换为二次侧的弱电压信号，其计算公式为：

i2?i1/k?4A/4000?1.0(mA) （3-1）

u2?i2R?1.0?10?3?1?103?1.0(V) （3-2）

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其峰值为： up?2u2?2?1.0?1.414(V) （3-3）

即电流互感器二次侧输出的电压范围为-1.414V至+1.414V，即一次回路里的220V的工频交流便被线性转化为-1.414V至+1.414V。

信号电路共有三级，第一级为偏置放大环节，它能够将交流信号调理成DSP能准确进行AD转换的0V至3.3V的直流信号。第二级为有源滤波环节，该环节能够滤去信号调理电路里的高频干扰信号。第三极为跟随环节，其输入高阻抗，输出低阻抗，进一步增加了信号调理电路的抗干扰能力。

对于第一级信号调理电路，假设正相端输入电压为ui1，反向端输入电压为ui2，输出电压为uo1，则其输入与输出有如下的关系：

uo1?ui1?在此信号调理电路里，R2?2Rf，所以输入信号与输出信号之间满足如下关系：

R6ui2 （3-4） R2uo1?ui1?0.5ui2 （3-5）

由公式3-5可知，当ui1=1.5V时，因为ui2的取值范围为-1.414V至+1.414V,所以uo1的取值范围为0.793V至2.207V，此信号能够满足DSP的采样范围（0V至3V）。

对于第二级信号调理电路，它是有源滤波环节，该电路对地阻抗为：

j2?fc （3-6） 在此信号调理电路里电容取10pf,则其对地阻抗为：

Z?104?1.6j?1010/f （3-7）

根据公式3-7，该有源滤波电路对高频干扰信号能够被滤掉，对于50Hz的工频，其阻抗非常大，故对采样的信号幅值衰减和相位的影响都很小，可以忽略。假设同相输入端信号电压为ui3，输出电压信号为uo2，则其对工频50Hz的传递函数近似为： uo2?ui3 （3-8）

对于第三极信号调理电路，它是一个跟随器，其输入等于输出。假设同相输入端信号电压为ui4，输出电压信号为uo3，则其对工频50Hz的传递函数近似为：

uo3?ui4 （3-9）

Z?R3?1 由此，电流采样电路便分析完毕，其输入与输出的关系为：

Rf?ui2?ui1? （3-10） uo?ui1?R2- 20 -

所以220V的一次侧强电流信号就被转化0.793V至2.207V的直流信号。

3.4.2 电压采样电路的设计

图3.7 电压采样电路图

本次电压采样电路选择的电压互感器为TV1013-1H，其变比为2mA:2mA，也就是变比为2000:2000，本次设计采集的电压信号为相电压，即220V，在电压互感器一次侧串联一个,200K的电阻，再在二次侧并联一个330?的电阻即可得到所需的信号，其具体计算如下：

一次侧电流大小为：

i1?u1R1?220200?103?1.1?mA? （3-11）

由于该互感器为2000:2000，所以二次侧的电流大小也为1.1mA，当二次侧并联一个330?的电阻以后，其输出电压为：

u2?i2?R2?1.1?330?0.363?A??363?mV? （3-12）

其峰值为有效值的2倍，则二次侧电压信号峰值约为513mV,也即电压互感器二次侧输出电压的范围为-0.513V至+0.513V。此信号再经过与电流采样相同的信号调理电路，如果运放正相端所加的直流电压为1.5V，即可将工频220V的交流信号变换为在0.987V至2.013V之间变化的直流信号。

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