一種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】本實(shí)用新型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(guò)SPI接口與單片機(jī)相連接；單片機(jī)通過(guò)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。本實(shí)用新型能夠以每增加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(shuō)明】一種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] 本實(shí)用新型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)電路主要采用兩種結(jié)構(gòu)。第一種結(jié)構(gòu)是 通過(guò)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(guò)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(guò)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。第二種結(jié)構(gòu)是通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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。雖然以上兩種結(jié)構(gòu)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。第一種結(jié)構(gòu)是通 過(guò)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。第二種結(jié)構(gòu)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] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(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)〇. 2%。
[0005] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路，由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)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(guò)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。
[0007] 電路工作過(guò)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(lái)自電流通道或電壓通道的交流電壓信號(hào)進(jìn)行采集 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(guò)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)。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果：
[0009] (1)本實(shí)用新型采用三相電能計(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1至7路的交流電流真有效值的檢測(cè)；
[0010] (2)本實(shí)用新型具有較高的檢測(cè)精度，交流電流真有效值檢測(cè)精度可達(dá)0. 2% ;
[0011] (3)本實(shí)用新型采用的三相電能計(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；
[0012] (4)根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)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1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。
[0013] 本實(shí)用新型結(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。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 [0014] ：
[0015] 圖1是本實(shí)用新型的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例1主要部分電原理圖。
[0017] 圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例2主要部分電原理圖。

【具體實(shí)施方式】 [0018] ：
[0019] 實(shí)施例1 :
[0020] 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。
[0021] 如圖2所示，電路中：
[0022] 5A/5MA的交流互感器CT1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. OluF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Cl_l、C2_l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1信號(hào)管腳 V1P和V1N，構(gòu)成對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022E電流通道1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、V0P和V0N的前端電路。
[0023] 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. OluF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1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1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。
[0024] 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。
[0025] 三相電能計(jì)量芯片ATT7022E的工作時(shí)鐘通過(guò)5. 5296MHz的晶振Y1提供。
[0026] 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、MOSI、SCLK以及GPI0信號(hào)P2. 0相連接。如果 再擴(kuò)展1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 GPI0 信號(hào) P2. 1，依此類推。
[0027] 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(guò)磁珠 L1進(jìn)行連接，模擬地和數(shù)字地直接連 接。
[0028] 單片機(jī)STC15L2KxxS2的GPI0 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。
[0029] 單片機(jī)STC15L2KxxS2通過(guò)SPI接口，從三相電能計(jì)量芯片ATT7022E讀取所檢測(cè) 的7路交流電流的真有效值。
[0030] 實(shí)施例2 :
[0031] 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。
[0032] 如圖3所示，電路中：
[0033] 5A/5MA的交流互感器CT1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. OluF電容Cl_l和C2_l組成的抗混疊濾波電路的輸 入端，Cl_l、C2_l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10K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REF0UT ;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1信號(hào)管腳V1P和V1N，構(gòu)成對(duì)應(yīng)于三相電能計(jì)量芯片ATT7022B電流通道1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、V0P和V0N的前端電路。
[0034] 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. OluF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10K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REF0UT ;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1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1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。
[0035] 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。
[0036] 三相電能計(jì)量芯片ATT7022B的工作時(shí)鐘通過(guò)24. 576MHz的晶振Y1提供。
[0037] 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)MIS0、M0SI、SCLK以及GPI0信號(hào)P2.0相連接。如果 再擴(kuò)展1片三相電能計(jì)量芯片ATT7022B，則該片芯片的SPI接口信號(hào)CS連接至單片機(jī) STC15F2KxxS2 的 GPI0 信號(hào) P2. 1，依此類推。
[0038] 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(guò)磁珠 L1進(jìn)行連接，模擬地和數(shù)字地直接 連接。
[0039] 單片機(jī)STC15F2KxxS2的GPI0 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。
[0040] 單片機(jī)STC15F2KxxS2通過(guò)SPI接口，從三相電能計(jì)量芯片ATT7022B讀取所檢測(cè) 的7路交流電流的真有效值。
[0041] 上述說(shuō)明并非對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也不僅限于上述實(shí)施例，本技術(shù) 領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員在本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本實(shí) 用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種1?精度多路受流電流真有效值檢測(cè)電路，其特征在于電路是由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)量芯片以及1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接口相連接。
2. 權(quán)利要求1所述一種高精度多路交流電流真有效值檢測(cè)電路，其特征在于單片機(jī)能 夠通過(guò)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。
3. 權(quán)利要求1所述一種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 能夠檢測(cè)1至7路交流電流真有效值，并能夠以每增加1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。
4. 權(quán)利要求1所述一種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。
5. 權(quán)利要求1所述一種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)量芯片為ATT7022X。
【文檔編號(hào)】G01R19/02GK203909130SQ201420156952
【公開日】2014年10月29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)