信号调理电路

2.3.2信号调理电路

1．设计目标

电能质量各项指标的监测主要是通过对三相电压、电流的测量，再经过复杂算法进行计算得到。因此三相电压、电流不仅是装置本身需要测量的重要参数，也是监测电能质量其它指标的原始数据来源，对其测量的精度将直接影响到其它指标的测量结果精度。

信号调理电路的工作环境含有大量的电磁和数字信号，会产生高频干扰，所以模拟量采集模块应该具有低通滤波的功能。在模拟信号接入AD模块之前，需要将信号通过电压、电流互感器调理到DSP片内AD允许的输入范围之内(0.0V~3.0V)，同时为了防止信号的干扰和混叠，必须对变换后的信号进行滤波处理，将高次谐波滤除掉。本装置设定对被测信号每周波采样256点，即采样频率为12.8ksps。为了精确测出50次谐波，要将2.5kHz以上的成分滤除掉，考虑到误差的因素，设计的二阶低通滤波器截至频率选取为3kHz。同时为了满足设计精度的要求，电路产生的误差应该控制在允许的范围内。

根据上述分析要求，考虑实现的可能，确定信号调理电路的总体设计目标如下：

误差范围：幅值0～0.1％；

输出信号大小：0~3V；

低通滤波截止频率：大于3kHz；

2．方案设计

为了提高测量精度，并使得输出信号在0~3V之间，在测量电压电流时，我们采用了具有低噪声满电源幅度的TLC2272运算放大器对输入信号进行测量的方式，同时利用TLC2272放大器构成一个二阶有源低通滤波器，滤除采样信号中高于3KHz的高频干扰信号。该测量方式同时实现了采样和滤波两个功能，原理简单，易于实现，精度也较高。二阶低通滤波器能有效的抑制高频的干扰，较好地保持信号的纯度。

在电压信号进入采样电路之前，我们做了一个接地电阻R8，其作用是防止有较大的电流流过信号调理电路，使电路中的芯片受损。

信号调理电路如图2.4所示。

图2.4信号调理滤波电路图

3．详细设计

(1)元件选择

根据输入信号的特点和参数测量的要求，电压变换器采用的是湖北天瑞电子有限公司的TR1102-2C型检测用电压输出型电压变换器，规格分别是Krl=100V／10V，电流变换器采用的是湖北天瑞电子有限公司的TR0102-2C型检测用电压输出型电流变换器，规格分别是Kr2=5A／10V。

调理电路中芯片选择具有低噪声满电源幅度的TLC2272运算放大器，由于DSP的输入电压不能超过3.3V，所以我们选择了具有稳压作用的BAT54S芯片。

（2）参数的计算

     有电路图可得，TLC2272（1）的电压U3的表达式为 

由元件选择可知，的变化范围为-10~+10之间，可选择R1为200K，R2为10K，并且使<<1，故可取R4为1M，R3为1.5。

     由第二部分滤波电路可得：低通滤波的截止频率为f

     由于f<3KHz，所以RC=2f，可取R5=R6=15K，C1=C2=10nf

由于滤波部分采用的是电压跟随器，故U3与最后的输出电压相等，参数验证如下：

当Ua=+10V时，U3=2.86V<3V 即输出电压小于3V;

当Ua=-10V时，U3=1.90V<3V即输出电压小于3V，满足条件。