各种电压电流采样电路设计
运算放大器电压、电流检测电路分析
运算放大器电压、电流信号检测电路分析作者：linxiyiran 日期：09.09.13/ARM-A VR嵌入式开发论坛1、运放实现电流检测：原理：将电流信号转化为电压信号，然后送ADC处理。
很多控制器接受来自各种检测仪表的0~20mA或4~20mA电流，电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号，图九就是这样一个典型电路。
如图4~20mA电流流过采样100Ω电阻R1，在R1上会产生0.4~2V的电压差。
由虚断知，运放输入端没有电流流过，则流过R3和R5的电流相等，流过R2和R4的电流相等。
故：(V2-Vy)/R3 = Vy/R5 ……a(V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 ……b由虚短知： Vx = Vy ……c电流从0~20mA变化，则V1 = V2 + (0.4~2) ……d由cd式代入b式得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4 ……e如果R3=R2，R4=R5，则由e-a得Vout = -(0.4~2)R4/R2 ……f图九中R4/R2=22k/10k=2.2，则f式Vout = -(0.88~4.4)V，即是说，将4~20mA电流转换成了-0.88 ~ -4.4V电压，此电压可以送ADC去处理。
2、运放实现电压检测：原理：电压信号转化为电流信息，此处的运放没有比较器的功能。
电流可以转换成电压，电压也可以转换成电流。
图十就是这样一个电路。
上图的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串联了三极管Q1的发射结，大家可不要以为是一个比较器就是了。
只要是放大电路，虚短虚断的规律仍然是符合的！由虚断知，运放输入端没有电流流过，则 (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6 ……a同理 (V3 – V2)/R5 = V2/R4 ……b由虚短知 V1 = V2 ……c如果R2=R6，R4=R5，则由abc式得V3-V4=Vi上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等，则通过R7的电流I=Vi/R7，如果负载RL<<100KΩ，则通过Rl和通过R7的电流基本相同。
51单片机电压电流采样电路设计
51单片机是一种常用的微控制器，广泛应用于各种电子设备中。
在很多电子设备中，需要对电压和电流进行采样和测量，以确保设备正常运行和安全使用。
设计一个稳定、精准的电压电流采样电路对于电子设备的正常运行至关重要。
本文将介绍51单片机电压电流采样电路的设计原理、实现方法和相关注意事项，希望能够为初学者提供一些帮助。
一、设计原理1.1 电压采样原理电压采样是通过模数转换器（ADC）将模拟电压信号转换为数字信号的过程。
在51单片机中，有多个模拟输入引脚可以用于电压采样。
通过选择合适的参考电压和采样精度，可以实现对不同电压范围的准确采样。
1.2 电流采样原理电流采样通常需要借助电流传感器或电流互感器来实现。
通过将电流信号转换为与之成正比的电压信号，然后使用ADC进行采样，可以实现对电流的准确测量。
二、电压采样电路设计2.1 电压采样电路原理图在设计电压采样电路时，需要考虑信噪比、采样精度和参考电压的稳定性。
一般来说，可以通过电阻分压网络将被测电压信号转换为微控制器可以接受的范围内的电压信号。
2.2 电压采样电路实现在实际设计中，可以选择合适的电阻数值和参考电压，使得被测电压在不损失精度的前提下可以被精准采样。
还需要注意电源滤波和去耦电容的设置，以提高电路的稳定性和抗干扰能力。
三、电流采样电路设计3.1 电流采样电路原理图电流采样电路通常需要借助电流传感器或电流互感器来实现。
在设计电流采样电路时，需要考虑到电流传感器的灵敏度、线性度和频率特性，以确保采样的准确性和稳定性。
3.2 电流采样电路实现在实际设计中，需要根据被测电流的范围和精度要求选择合适的电流传感器，并通过运算放大器等电路将电流信号转换为微控制器可以接受的范围内的电压信号。
还需要注意电流传感器的电源和接地，以确保电路的正常工作。
四、电压电流采样电路的综合设计4.1 电压电流采样电路整体连接在设计完成电压和电流采样电路后，需要将两者连接到51单片机的模拟输入引脚，并编写相应的程序进行数据采集和处理。
各种电压电流采样电路设计
各种电压电流采样电路设计电压电流采样电路是一种用于测量电路中电压和电流的电子设备。
它们广泛应用于各种领域，如电力系统监测、电子设备测试和工业自动化等。
本文将介绍几种常见的电压电流采样电路设计。
电压采样电路用于测量电路中的电压信号。
以下是一种基于运算放大器的电压采样电路设计。
1.电阻分压电路电阻分压电路是最简单的电压采样电路之一、它由两个电阻器组成，将电压信号分成两部分。
一个电阻器连接到待测电压源的正极，另一个连接到负极。
通过测量电压信号之间的差异，可以计算出电源的电压。
2.差分放大电路差分放大电路是一种常见的电压采样电路。
它由两个输入端（正和负）和一个输出端组成。
正输入端连接到待测电压源的正极，负输入端连接到负极，输出端连接到运算放大器的输出。
通过测量输出电压和输入电压之间的差异，可以计算出电压信号。
3.内部反馈放大电路内部反馈放大电路是一种高精度的电压采样电路。
它包括一个运算放大器和一个反馈电阻器。
待测电压通过反馈电阻器连接到运算放大器的非反相输入端，直接连接到反相输入端。
输出信号通过反馈电阻器连接到非反相输入端。
通过调整反馈电阻器的阻值，可以实现电压采样的精度控制。
电流采样电路用于测量电路中的电流信号。
以下是一种基于电阻器的电流采样电路设计。
1.电流到电压转换电路电流采样的一种常见方法是使用电流到电压转换电路。
它将待测电流通过一个电阻器，使其转换为相应的电压信号。
输出电压信号可以通过运算放大器放大，然后通过数模转换器进行数字化。
2.霍尔效应传感器霍尔效应传感器是一种常用的电流采样电路。
它利用霍尔效应原理，将电流转换为相应的电压信号。
霍尔效应传感器受到的电流通过一个电阻器，使其转换为电压。
输出电压信号可以通过运算放大器放大，然后通过数模转换器进行数字化。
3.电阻分压法电阻分压法是一种简单的电流采样电路设计。
它通过将待测电流分成两部分，在每一部分中使用一个电阻器。
输出电压信号可以通过运算放大器放大，然后通过数模转换器进行数字化。
常用电流和电压采样电路
2常用采样电路设计方案比较配电网静态同步补偿器（DSTATCOM ）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。
由图2-1可知DSTATCOM 的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。
其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。
3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM 的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。
图2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图2.2.11 常用电网电压同步采样电路及其特点.1 常用电网电压采样电路1从D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。
图2-2 同步信号产生电路1从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。
其中R 5=1K Ω，5pF，则时间常数错误！未因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成，实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。
C 4=1找到引用源。
<<l ms，[1]2.1电网电压采样电路2.2 常用常用电网电压同步信号采样电路2如图2-3所示。
ADMC401芯片的脉宽调制PWM 发生器有专门的PWMSYNC 引脚，它产生与开关频率同步的脉宽调制PWM 的同步脉冲信号。
智能电表中的电流与电压采样电路设计
智能电表中的电流与电压采样电路设计
电流采样电路使用分流器：其中R57、R56为采样电阻，C21、C22为采样电容，他们为采样通道提供了采样电压信号，采样电压信号的大小由分流器的阻值和流过其上的电流决定。
电流采样通道采用完全差动输入，V1P为正输入端，V2P为负输入端，电流采样通道最大差动峰值电压应小于470mV，电流采样通道的PGA其增益可由ADE7755的G1和G0来选择。
当使用分流器采样时，G1和G0都接高电平，增益选16，通过分流器的峰值电压为
±30mV。
本设计电表为5（30）A规格，分流器阻值选择350uΩ，当流过分流器的电流为最大电流时，其采样电压为350uΩ×30A=10.5mV，不超过峰值电压半满度值。
电压采样电路：电压输入通道也为差分电路，V2N引脚连接到电阻分压电路的分压点上，V2P接地。
电压输入通道的采样信号是通过衰减线电压得到的，其中
R11、R13、R47~R49、R55、R60、R75～R78、R80、R81为校验衰减网络，通过短接跳线S5至S13可将采样信号调节到需要的采样值上，当电能表为基本电流时，电压采样值为174.2mV，为了允许分流器的容差和片内基准源8％的误差，衰减校验网络应该允许至少30％的校验范围，根据图6的参数，其调节范围为168.9 mV～250 mV，完全满足了调节的需要。
这个衰减网络的-3dB 频率是由R80和C33决定的，R54、R73、R74确保了这一点，即使全部跳线都接通，R54、R73、R74的电阻值仍远远大于R80。
R80和C33的选取要和电流采样通道的R57、C21匹配，这样才能保证两个通道的相位进行适当的匹。
电压电流采样电路设计
电压电流采样电路设计
一、电压采样
1．采样电路原理：
电压采样电路是一种能够基于参考电压对输入电压进行采样，即在参考电压和输入电压之间比较，按比例将其转换为一个相对更低的电压，以便进一步处理。
在电压采样电路中，一个可调分压器实现参考电压，一个微分放大器将输入电压和参考电压放大为输出电压，一个比较器比较输出电压和参考电压，一个低通滤波器去除多余的噪声，一个放大器放大采样电压，最后一个数据转换器将数字信号转换为输出信号。
2．电路实现方式：
电压采样电路的实现可以采用以下两种方式：
（1）利用ADC芯片：
采用ADC芯片实现的电压采样电路，电路构成比较简单，只需要具有其中一种ADC芯片、电源及电压基准，采样电压，就可以构成一个电压采样电路。
（2）利用放大器和比较器：
利用放大器对电压进行放大，而后再把放大后的电压送到比较器中，比较器将放大后的电压和参考电压进行比较，从而检测出比较结果，构成另一种电压采样电路。
二、电流采样
1．采样电路原理：
电流采样电路采用一个电流型传感器对电流进行检测，其输出电压受电流的变化而变化。
基于32位DSP的高压变频器电流电压采样电路
要： 主要介绍 了一种基于 ３ ２位 Ｄ Ｓ Ｐ芯片 Ｔ ＭＳ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ ０ ８的高压变频器 电流 电压采样 电路 ， 详 细 阐述
了该采样 电路拓扑结构及 工作原理。基于高压变频器主 电路特点 ， 设计 开发 了针对变频器 高压侧 电流电压 的 采样 电路 ， 该电路主要包括输入输 出电压取样 电路 ， 输入输 出电流采样 电路 ， Ｄ Ｓ Ｐ控 制部分 ， 最后通 过对 Ａ ／ Ｄ 转换结果 的分析 ， 表明该设计能够检测得 出有效 的高压变频器 三相输入输 出信号 ， 具有一定的实际应用价值。 关键词 ：高压变频器 ； 数 字信 号处理器 ；电流 电压 采样 电路 ； Ａ ／ Ｄ转换
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常用电流和电压采样电路
2常用采样电路设计方案比较配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。
由图2-1可知DSTATCOM 的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。
其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。
3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM 的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。
图2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图2.2.11 常用电网电压同步采样电路及其特点.1 常用电网电压采样电路1从D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。
图2-2 同步信号产生电路1从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。
其中R 5=1K Ω，5pF，则时间常数错误！未因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成，实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。
C 4=1找到引用源。
<<l ms，[1]2.1电网电压采样电路2.2 常用常用电网电压同步信号采样电路2如图2-3所示。
ADMC401芯片的脉宽调制PWM 发生器有专门的PWMSYNC 引脚，它产生与开关频率同步的脉宽调制PWM 的同步脉冲信号。
基于电流互感器的电流采样电路的制作方法
基于电流互感器的电流采样电路的制作方法电流互感器是一种用于测量交流电路中电流的传感器。
它通过感应电流在互感器中产生的磁场来实现测量，因此需要通过电流采样电路将互感器输出的信号转化为适合测量和处理的电压信号。
制作电流采样电路需要以下步骤：1.设计电路结构：根据实际应用需求，选择合适的电流采样电路结构。
常见的电流采样电路结构有电阻式采样、霍尔传感器采样和互感器采样等。
根据基本电路理论，设计出符合要求的电路结构。
2.选择元器件：根据设计的电路结构，选择合适的元器件。
例如，对于电阻式采样电路，需要选取合适的电阻器；对于互感器采样电路，需要选择合适的互感器和运放等元器件。
3.绘制电路图：根据电路结构和元器件的选择，将电路图纸绘制出来。
电路图应该包括互感器、元器件以及连接它们的线路、引脚等信息。
4.PCB设计：将电路图转化为PCB设计。
根据电路图纸，选取合适的PCB板材和尺寸，绘制出对应的PCB图纸。
5.PCB制作：根据PCB图纸，使用PCB制作设备将PCB板制作出来。
首先，将PCB图纸导入到PCB制作设备中，利用光刻技术将电路图案转移到PCB板上；然后，通过腐蚀、钻孔、镀铜等步骤完成PCB板的制作。
6.元器件焊接：将选取的元器件焊接到PCB板上。
首先，根据元器件的引脚位置，钻孔放置焊盘；然后，将元器件通过焊锡或焊膏固定在相应的位置上；最后，使用焊接设备对焊接点进行焊接。
7.电路调试：对已完成的电路进行调试。
首先，将电流互感器连接到电路中；然后，通过电源和信号源等设备对电路进行供电和输入信号；最后，利用示波器、信号发生器等测试设备对电路进行检测和调试，确保电路正常工作。
8.电路封装：对已完成的电路进行封装。
根据应用需求，选择合适的封装方式，如电子设备外壳、连接接口等。
以上是基于电流互感器的电流采样电路的制作方法。
不同的电路结构和应用需求会有一定的差异，因此在制作电路时需要根据具体情况进行调整和改进。
交流输入电压、电流监测电路设计
交流输入电压、电流监测电路设计
引言
电子设备只有在额定电压、电流下才能长期稳定工作，因此需要设计相应的监测、保护电路，防止外部输入电压或者负载出现异常时造成设备损毁。
工频交流电压、电流的大小，通常是利用它的有效值来度量的。
有效值的常用测量方法是先进行整流滤波，得出信号的平均值，然后再采用测量直流信号的方法来检测，最后折算成有效值。
但是由于供电主回路中存在大量的非线性电力、电子设备，如变压器、变频器、电机、UPS、开关电源等，这些设备工作时会产生谐波等干扰。
大型电动设备启动、负载突然变化、局部短路、雷电等异常情况出现时，供电主回路中会出现浪涌。
当这些情况发生时，供电线路上已不是理想的正弦波，采用平均值测量电路将会产生明显的测量误差。
利用真有效值数字测量电路，可以准确、实时地测量各种波形的电压、电流有效值。
下面介绍的监测电路安装于配电箱中，与外围保护电路一起实现对电子设备保护的功能。
真有效值数字测量的基本原理
电流和电压的有效值采集电路原理基本相同，下面以电压真有效值为例进行原理分析。
所谓真有效值亦称真均方根值(TRMS)。
众所周知，交流电压有效值是按下式定义的：
分析式(1)可知，电路对输入电压u 进行平方取平均值开平方运算，就能获得交流电压的有效值。
因这是由有效值定义式求出的，故称之为真有效值。
若将式(1)两边平方，且令，还可以得到真有效值另一表达式URMS=
式(3)中，Avg 表示取平均值。
这表明，对u 依次进行取绝对值平方/除法
取平均值运算，也能得到交流电压有效值。
式(3)比式(2)更具有实用价值。
由于。
电流采样电路设计的详细解析!
电流采样电路设计的详细解析!首先，电流采样电路的设计需要考虑的主要因素有：电流测量范围、精度和带宽。
1.电流测量范围：电流采样电路设计需要根据实际需求确定测量范围，一般来说，电流传感器的电流测量范围建议在其额定范围的80%～100%之间。
2.精度：电流采样电路的精度取决于传感器本身的精度以及采样电路的放大和滤波等环节。
为保证测量的精度，需要选择合适的传感器和采样电路，并进行校准和补偿。
3.带宽：电流采样电路需要根据实际测量的需求确定所需的带宽。
带宽决定了电流采样电路能够测量的最小电流变化。
带宽较高的电流采样电路可以更准确地测量快速变化的电流信号。
接下来，我们将详细解析一个典型的电流采样电路的设计。
典型电流采样电路由三个主要组成部分构成：电流传感器、放大电路和滤波电路。
1.电流传感器：电流传感器是将电流转换为电压的装置。
常用的电流传感器有霍尔效应元件、电感和电阻等。
其中，霍尔效应元件是一种常用的非接触式电流传感器，具有高精度和线性度高的优点。
2.放大电路：放大电路用于增强电流传感器输出的微弱电流信号。
它的设计需要考虑到电流传感器的输出阻抗、放大倍数和工作电源等因素。
一般来说，放大电路可以采用运放电路或差分放大电路等。
3.滤波电路：滤波电路用于去除电流信号中的噪声和干扰。
常见的滤波电路有低通滤波器和带通滤波器等。
低通滤波器通常用于去除高频噪声，而带通滤波器可用于保留特定频率段上的信号。
此外，还可以考虑使用模数转换器（ADC）将电压信号转换为数字信号，并通过微处理器进行数字信号处理。
在进行电流采样电路设计时，需要注意以下几点：1.确定电流采样电路的工作条件和要求，包括测量范围、精度和带宽等。
2.选择合适的电流传感器，根据电流传感器的特性和要求确定放大电路和滤波电路的参数。
3.进行电路设计，包括放大电路和滤波电路的设计，可以使用电路仿真软件进行验证和优化。
4.进行电路布局和线路连接，注意电路的屏蔽和防干扰措施。
ua级电流采样电路
ua级电流采样电路UA级电流采样电路是一种常用的电子电路，用于测量电路中的电流大小。
它通过将被测电路中的电流转换为电压信号，再通过电压测量电路进行测量，从而实现对电流的准确采样。
本文将介绍UA 级电流采样电路的工作原理、设计要点和应用场景等方面的内容。
一、工作原理UA级电流采样电路的核心是电流-电压转换器，它将被测电路中的电流转换为与之成正比的电压信号。
常见的电流-电压转换器有电阻式和电流变送器式两种。
1. 电阻式电流-电压转换器电阻式电流-电压转换器是利用欧姆定律，通过串联电阻将电流转换为电压信号。
其中，串联电阻的阻值决定了电流与电压之间的比例关系。
一般采用小阻值的电阻，以避免对被测电路的影响。
电压信号经过放大和滤波等处理后，传递给电压测量电路进行测量。
2. 电流变送器式电流-电压转换器电流变送器式电流-电压转换器利用电流互感器或霍尔传感器等装置，将被测电流转换为与之成正比的电压信号。
电流互感器通过互感作用将电流转换为电压信号，而霍尔传感器则利用霍尔效应。
这种转换方式具有非接触、高精度和高隔离性等优点。
二、设计要点设计UA级电流采样电路时，需要考虑以下几个要点：1. 采样精度采样精度是衡量电流采样电路性能的重要指标。
要提高采样精度，可以采用精密的电流-电压转换器和高精度的电压测量电路。
另外，还可以通过增加采样电路的工作电流范围、降低温度漂移等方式提高采样精度。
2. 带宽带宽是指电流采样电路能够测量的最高频率范围。
要根据被测电流信号的频率特性选择合适的带宽。
一般情况下，带宽越宽，电流采样电路对高频信号的测量能力越强。
3. 隔离性隔离性是指电流采样电路与被测电路之间的电气隔离程度。
在一些特殊应用场景中，要求电流采样电路与被测电路之间具有高隔离性，以防止电流回路对被测电路产生干扰或影响。
4. 功耗功耗是指电流采样电路在工作过程中消耗的电能。
为了提高电路的能效，需要尽量降低功耗。
可以采用低功耗的电流-电压转换器和电压测量电路，或者采用省电的工作模式来降低功耗。
各种电压电流采样电路设计
常用采样电路设计方案比较配电网静态同步补偿器(DSTATCOM )系统总体硬件结构框图如图2-1所示。
由图2-1可知DSTATCOM 的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制 电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。
其中采样电路包 括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。
3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电 网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的 采样电路DSTATCOM 的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压 同步信号采样电路即电网电压同步信号。
图2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图1.1常用电网电压同步采样电路及其特点 1.1.1常用电网电压采样电路 1从D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢 量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而 D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变 器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考 的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。
信号调理 TMS320 LF2407ADSP键盘显示电路 控制电路 检测与驱动 电路 主电路- — mini- I i i i I i- n L-从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的 RC 滤 波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统 的输出频率，即该误差可忽略不计。
其中 民=1心」，C 4=15pF ，则时间常数错误！ 未找到引用源。
<<l ms 因此符合设计要求；第二部分由电压比较器LM311构成， 实现过零比较；第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能 力，满足TMS320LF2407的输入信号要求⑴。
电压电流采样电路设计
电压电流采样电路设计电压电流采样电路的设计，是电子工程技术的重要应用之一。
这种电路可以用来测量电路中电压和电流的数值，为电路工程师提供帮助。
所以，在设计电压电流采样电路时，需要注意一些重要的步骤。
下面，我们将一步一步地讲述如何设计电压电流采样电路。
1. 确定所需的电压和电流范围首先，需要确定所需的电压范围和电流范围，这对电路的设计有很大的影响。
如果需要测量的电压和电流范围较小，则可以采用比较简单的电路设计。
如果需要测量的电压和电流范围较大，则需要考虑更复杂的电路设计。
2. 选择适当的传感器和放大器接下来，需要选择适当的传感器和放大器。
传感器和放大器可以将电压和电流转换为电信号，进而转换为数字信号。
在选择传感器和放大器时，需要考虑其输入和输出特性，以及其响应速度和稳定性等因素。
3. 选择适当的模数转换器模数转换器是将模拟信号转换为数字信号的关键部件，因此需要选择适当的模数转换器。
模数转换器的选择要根据采样速率、分辨率、精度、电源电压等因素。
4. 确定适当的滤波器在电压电流采样电路中，滤波器是必不可少的组成部分。
滤波器可以滤掉电路中的噪声和杂波，从而提高信号的质量。
需要根据实际需要选择适当的滤波器。
常用的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
5. 布局和连接电路在完成电路的设计后，需要根据所选的元器件进行电路布局和连接。
电路布局要遵循一定的原则，包括元器件之间的距离、接线的长度和路径等。
连接电路时，必须注意各元器件的极性，确保连接正确。
电压电流采样电路的设计，需要考虑的因素众多，包括电路中各元器件的选型、性能、布局等。
只有在充分考虑这些因素的情况下，才能设计出稳定、优秀的电压电流采样电路。
测量交流电流 电压前端采样电路
测量型电流互感器使用方法:典型应用电路如图所示:用法一：推荐用户按电路图一所示， 输入额定电流为5A ，次级（副边）会产生一个2.5mA 的电流。
通过运算放大器，用户可以调节反馈电阻R 值在输出端得到所要求的电压输出。
而电容C 及电阻r 是用来补偿相移的。
如用户使用软件补偿或不需要补偿相移的场合，电容C 及电阻r 可以不接。
图中运算放大器为OP07系列。
运算放大器的电源电压通常取±15V 或±12V 。
图中反馈电阻R 要求精度优于1%，温度系数优于50ppm 。
电路参数的确定：1．反馈电阻R 的值，反馈电阻R= V0/Ii ，如果要求输出电压很精确，则R 可取略小于V0另串联一个可调电阻进行微调，以达到所要求的精度。
2．补偿电容C 及补偿电阻r 的值：C 的经验值一般为0.01----0.033μF,如果C 选0.033,则 r=95×（22R/ФC-1）1/2 如果C 选0.022，则 r=143×(15R/ФC-1)1/2其中，R 为反馈电阻的值，以K Ω为单位：Фc 为每只互感器上标的未补偿前的相移值，以分为单位。
计算出来的补偿电阻r 的值是以K Ω为单位的。
用法二：如电路图二所示，并电阻直接输出电压。
优点：采样电路简单，由于不使用运放，不需要外接直流电源，避免了运放的温飘等不稳定因素，大大提高了可靠性。
缺点：带载能力弱，由于负载大相位差变大,动态范围减小。
应用实例用 GCT–201B 设计一个电路，其额定输入电流为5 A ，输出电压为5V 。
（GCT–201B 上标的Фc 为15′），参数确定如下：1. 反馈电阻R=VO/Ii=5V/2.5mA =2K Ω2. 补偿电容C 及补偿电阻r 的值：如果C 选0.033μF,则 r=95×（22R/ФC-1）1/2 =95×（22 ×2/15-1）1/2 =132K Ω。
如果C1选0.022μF ，则 r=143×(15R/ФC-1)1/2 =143×（15 ×2/15-1）1/2 =143K测量型电压互感器使用方法:典型应用电路如图所示图一 图二用法一：推荐用户按电路图一所示 ：输入电压经限流电阻R ′，使流过GPT–202B 电压互感器初级（原边）的额定电流为2mA （或某个用户自定的理想值），副边会产生一个相同的电流。
基于STM32F103单片机电流电压采集系统设计
基于STM32F103单片机电流电压采集系统设计一、本文概述随着现代电子技术的快速发展，电流和电压的精确采集在诸多领域中，如电力监控、能源管理、工业自动化等，都扮演着至关重要的角色。
STM32F103单片机，凭借其强大的处理能力、灵活的扩展性和高性价比，已成为众多电子系统设计者的首选。
本文旨在探讨基于STM32F103单片机的电流电压采集系统设计，通过对硬件电路和软件程序的详细解析，为相关领域的工程师和研究者提供一种可靠的、高效的电流电压采集方案。
本文将首先介绍电流电压采集系统的总体设计方案，包括硬件架构的选择、关键元件的选型以及系统的工作原理。
随后，将详细介绍电流电压采集电路的设计，包括模拟信号的处理、模数转换器的配置以及信号调理电路的实现。
在软件设计方面，本文将阐述STM32F103单片机的编程环境搭建、数据采集程序的编写以及数据处理和传输的实现方法。
本文还将对系统的性能进行评估，包括精度测试、稳定性分析和响应速度测试等。
通过本文的研究，我们期望能够为电流电压采集系统的设计提供一套完整、实用的解决方案，为相关领域的工程实践和技术创新提供有力支持。
本文也希望激发更多研究者对基于STM32F103单片机的电子系统设计进行深入研究，共同推动电子技术的发展和应用。
二、系统总体设计在设计基于STM32F103单片机的电流电压采集系统时，我们首先需要考虑的是系统的整体架构和功能需求。
系统总体设计的主要目标是实现高精度的电流和电压数据采集，同时保证系统的稳定性和可靠性。
核心控制器：选择STM32F103单片机作为系统的核心控制器，负责数据采集、处理和控制逻辑的实现。
信号调理电路：设计合适的信号调理电路，将采集到的模拟信号转换为适合STM32F103处理的电压范围。
这包括电流转换电路和电压跟随电路，以确保信号的准确性和稳定性。
ADC模块：利用STM32F103内置的ADC模块进行模拟信号到数字信号的转换，实现高精度的数据采集。
各种电压电流采样电路的设计
各种电压电流采样电路的设计设计一个电压电流采样电路可以用于测量电路中的电压和电流。
以下是一个基本的电压电流采样电路的设计。
1.选择适当的传感器：根据需要测量的电流范围，选择合适的电流传感器。
常用的传感器包括霍尔效应传感器、电阻式传感器等。
对于电压测量，可以使用电阻分压电路或电压传感器。
2.选择合适的运算放大器：运算放大器可以增强传感器输出信号，提高测量精度。
选择一个合适的运算放大器来放大传感器输出信号。
3.设计滤波电路：由于电路中可能会存在噪声或干扰，需要设计滤波电路来滤除这些干扰。
常用的滤波电路包括低通滤波器和带通滤波器。
4.设计模拟到数字转换电路：将模拟信号转换为数字信号是数字电流电压采样电路的关键部分。
可以使用模数转换器（ADC）来完成这个转换过程。
选择合适的ADC，并设计相应的电路将模拟信号输入到ADC。
5.设计控制电路：控制电路可以控制采样电路的开始和停止。
可以使用微控制器或其他逻辑电路来实现控制功能。
6.设计显示和数据处理电路：将数字信号转换为可显示的格式，并进行数据处理。
可以使用数码显示器、LED显示器或LCD显示器来显示测量结果。
可以使用微处理器或FPGA来进行数据处理。
7.进行电路布局和布线：根据设计要求，将电路元件进行布局和布线。
确保信号路径短小，避免信号干扰。
8.进行电路测试和校准：在完成电路布局和布线后，进行电路测试和校准。
通过与已知电流和电压源进行比较，检查电路测量结果的准确性。
9.优化电路设计：根据测试和校准结果，优化电路设计。
可以调整传感器、运算放大器、滤波器等的参数，以提高测量精度和稳定性。
10.进行整体电路验证：验证整个电路的功能和性能。
进行全面的测试，确保电路符合设计要求。
以上是一个基本的电压电流采样电路的设计步骤。
具体设计细节可以根据实际需要进行调整和优化。
选择合适的器件和电路拓扑结构，合理地布局和布线，进行测试和校准，以获得准确可靠的电压电流采样电路。
电压采集电路设计
电压采集电路设计设计电压采集电路前，首先需要确定所要采集的电压信号的范围和精度要求。
然后需要选择适当的电压采集电路拓扑结构和相应的电路元件。
一种常见的电压采集电路拓扑结构是差动放大器。
差动放大器可以将输入信号的差值放大，并将其转化为输出电压。
差动放大器通常由操作放大器（Op Amp）和几个电阻组成。
其中，Op Amp 通常选择高增益、低偏移电压和低噪声的型号。
差动放大器的输出电压可以通过以下公式计算：Vout = (V2 - V1) * Av其中，V1和V2为输入信号，Av为放大倍数。
为了提高电压采集电路的精度，可以采用如下措施：1.使用高精度的电阻：电流测量电阻和反馈电阻的精度对于差分放大器的增益和偏移电压非常关键。
选择精度高的电阻可以提高电压采集电路的精度。
2.锁相放大器：锁相放大器可以通过将输入信号与参考信号进行相位和频率同步来降低噪声。
采集电路中添加锁相放大器可以提高其抗干扰性能和精度。
3.低噪声设计：减小干扰可以提高电压采集电路的精度。
例如，可以在电源线上添加适当的滤波电容，并减小干扰源与采集电路的距离。
4.温度补偿：温度对于电阻和放大器的性能有很大的影响。
为了提高电压采集电路的精度，可以采用温度补偿器件并进行温度校准。
5.采样频率：采集电路的采样频率需要满足所要采集信号的频率范围。
选择适当的采样频率可以避免信号失真。
在设计电压采集电路时，还需要考虑电源供电和信号传输的问题。
电源供电需要选择合适的稳压器或滤波电路来提供稳定的电源。
信号传输可以通过模拟信号缓冲放大器或数字信号处理器进行。
总之，电压采集电路的设计需要考虑多个因素，包括电压范围、精度要求、拓扑结构、电路元件选择、干扰抑制、温度补偿等。
通过合理的设计和优化，可以实现高精度和高性能的电压采集电路。
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常用采样电路设计方案比较配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。
由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。
其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。
3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。
信号调理TMS320 LF2407ADSP 键盘显示电路电压电流信号驱动电路保护电路控制电路检测与驱动电路主电路图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图1.1常用电网电压同步采样电路及其特点1.1.1 常用电网电压采样电路 1从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。
图2-2 同步信号产生电路1从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。
其中R5=1K，C4=15pF，则时间常数错误！未找到引用源。
<<l ms，因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成，实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求[1]。
1.1.2 常用电网电压采样电路2常用电网电压同步信号采样电路2如图2-3所示。
ADMC401芯片的脉宽调制PWM发生器有专门的PWMSYNC引脚，它产生与开关频率同步的脉宽调制PWM的同步脉冲信号。
图2-3 同步信号发生电路2图2-3中的输入端信号取自a相的检测电压，经过过零检测电路后得到正负两个电平，随后进入光电隔离TLP521产生高电平和低电平进入D触发器MC14538的正的触发使能输入引脚A，当A为高电平时，输出引脚Q输出一个脉冲，这个脉冲宽度由电阻R l。
和电容C决定。
当然这里希望脉冲宽度越小越好，否则将影响STATCOM的输出电压与其接入点电压的同步。
与此同时，可以通过设置ADMC401的内部寄存器PWMSYNCWT寄存器与信号脉冲相匹配[2]。
1.1.3 常用电网电压采样电路3电网电压同步电路可以实现精确的过零点检测，并输出高电平，将输出信号脉冲的上升沿输入捕获单元三即可获得同步信号[3]。
图2-4即为一种常见的电网电压同步信号产生电路。
图2-4 同步信号产生电路 3图2-4所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、滑线变阻器和电压比较器LM353组成的缓冲环节。
第二部分由电压比较器LM353构成，实现过零比较。
最后一部分为输入DSP系统箝位保护电路[3]1.1.4常用电网电压采样电路4常用网电压同步信号产生电路4如图2-5所示:图2-5 同步信号产生电路4图2-5所示同步电路由两部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该环节主要是滤除电网的毛刺干扰。
滤波电路造成的延时可在程序中补偿。
第二部分由电压比较器LM311构成，实现过零比较，同时设计了一个滞环环节来抑制干扰和信号的震荡[4]。
1.1.5常用电网电压采样电路5图2-6所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节主要是滤除电网的谐波干扰。
滤波电路造成的延时可在程序中补偿起来。
其中凡R341=1KΩ，C341=0.luF;第二部分由电压比较器LM3ll构成，实现过零比较，同时设计了一个滞环来抑制干扰和信号的振荡[2]。
图2-6 同步信号产生电路51.2 常用交流电压采样电路及其特点1.2.1常用交流电压采样电路 1为了实现对STATCOM 的控制，必须要检测三相瞬时电压U a 、U b 和U c 。
如下图2-7为电路一相电压采样电路:a.电压转换电路CHV-50P +15V-15V C C com U aR 1TVS1R 1R 1R 2R 3C1C2+-U o 电压转换电路滤波补偿电路图2-7 交流电压采样电路图电压转换电路通过霍尔电压传感器CHV-50P 实现。
CHV-50P 型电压传感器输出端与原边电路是电隔离的，可测量直流、交流和脉动电压或小电流。
磁补偿式测量，过载能力强，性能稳定可靠，易于安装，用于电压测量时，传感器通过与模块原边电路串联的电阻R u1与被测量电路并联连接，输出电流正比于原边电压。
上图电压转换电路为a 为单相电压转换电路，这里对电阻R u1和电阻R u2的选择作一些说明。
由于CHV-50P 的输入额定电流I n1为10mA ，本电路检测的电压是220V 的交流电压，则u1n1U220V R ===2.2K ΩI 10mA (2.1) 电阻R u1消耗的功率P 1为错误！未找到引用源。
1122010 2.2n P UI mA W(2.2)因此电阻R u1选择阻值为 2.2 k Ω，功率为5W 的大功率电阻。
另外为了抑制共模干扰，在交流输入侧并联了两个电容C。
当然为了更好地消除这些干扰，可以在电压变换电路之前再加隔离变压器，那么电阻R u1的选择就要对应于经过隔离变压器后电压的改变而改变。
由于CHV-50P的输入额定电流I n2为50mA，为了ADMC40l的A/D转换通道检测，必须把输出电流转换为电压，所以在电压传感器的输出侧串联了电阻R u2。
ADMC401的A/D转换通道检测电压范围-2V~+2V，则u22VR==40Ω50mA(2.3)由于电阻R u2消耗功率比较小，电阻R u2选择上对功率没有特殊的要求。
b.滤波补偿电路由于电压电流的检测点就是STATCOM接入电网的同一点，其谐波干扰还是比较大的滤波补偿电路。
，那么三相电压电流经过各自的转换电路后必须进入了滤波补偿电路包含两部分:一部分为RC滤波，另一部分为相位补偿，如图上图中所示[5]。
1.2.2常用交流电压采样电路 2此三相电压采样电路包括信号放大电路，二阶滤波电路，单极性转换电路。
a.信号放大电路交流信号放大电路见图2-8所示。
本设计采用的互感器为国内最新的高精度电压互感器(SPT204A)。
其中SPT204A实际上是一款毫安级精密电压互感器，输入额定电流为2mA，额定输出电流为2mA，线性范围±10mA，非线性度<0.1%，相移经过补偿后小于5’。
SCT254AZ是一款毫安级精密电流互感器，输入额定电流为5A，额定输出电流为 2.5mA，线性范围0~20A，非线性度小于0.1%，相移经过补偿后小于5’。
由于该电压传感器采用的为1:1电流变电流型，所以要在电压互感器前面加R1，将电压信号转变为电流信号，而电流互感器就不需要加电阻R1。
这样电压互感器副边输出为电流信号，这与电流互感器副边输出信号相似。
交流信号放大电路工作原理可由下式表示:错误！未找到引用源。
(2.4) 通过R2将传感器输出的电流信号转变为电压信号Ui UiSPT204APTI Io2Io1Va R1100K 12图2-8 信号放大电路b.二阶滤波电路图2-9为二阶滤波电路，截至频率为 2.5KHz 。
图2-9 二阶滤波电路c.单极性转换电路由于设计采用的DSP 自带的AD ，其采样要求输入信号为0~3.3V ，故接入其引脚的信号电压也不能超过 3.3V 所以必须对放大电路给出的双极性信号做进一步处理。
单极性转换电路如下图2-10所示[6]。
图2-10 单极性转换电路1.2.3常用交流电压采样电路 3交流电压变送器以0～5 V的交流电压作为输出信号。
因TMS320F2812的A/D 输入信号范围为0～3 V．因此必须添加合适的调理电路以满足A/D输入的要求。
交流电压调理电路见图2-11，由图可知该电路由3部分组成：第1部分为射极跟随器．以提高电路的输入阻抗：第2部分是电压偏移电路：第3部分为箝位限幅电路，以保证输出电压信号在0～3 V，满足TMS320F2812的A/D输入信号范围[7]。
图2-11 交流电压信号调理电路1.2.4常用交流电压采样电路 4系统电压经过相应的传感器后，统一变换为适当幅值的电压信号，经调理电路后，进行A/D转换。
图2-12为采样电路原理图。
图2-12 系统电压的采样电路从图2-12可知，系统输出电压的采样电路由四部分组成，第一部分是由LF353的运放构成的电压跟随器，R131和C109是为了抑制干扰。
第二部分为电平抬升电路，将围绕零电平波动的信号提升为单极性信号，第三部分进行跟随，第四部分为进入A/D前的保护部分，防止信号异常导致DSP芯片损坏[4]。
1.2.5常用交流电压采样电路 5相电压检测电路如图2-13所示，该电路采用了运算放大器加电压跟随器的方式，电压跟随器起到了隔离作用，以便在A/D入口前进行阻抗匹配。
在A/D入口端采用二极管钳位，防止A/D输入电压越界。
来自检测通道的电压互感器的电流号经运算放大器转换为电压信号后经电压平移后将交流量信号转换为0~3.3V的单极性电压信号接入DSP的A/D通道引脚[8]。
图2-13 相电压采样电路1.3 常用交流电流采样电路及其特点1.3.1常见交流电流采样电路 1a.电流转换电路图2-14电流转换电路，其中CT 为霍尔电流传感器DT50-P ，它的性能也稳定可靠，易于安装。
如何选择电阻R 比较简单，可以参考上面交流电压转换电路，这里就不再赘述。
DT-50P +15V -15V R 1TVS1R 1R 1R 2R 3C1C2+-I o 电流转换电路滤波补偿电路图2-14 交流信号采样电路DT-50P+15V-15V图2-15 电流转换电路b.滤波补偿电路由于电压电流的检测点就是STATCOM 接入电网的同一点，其谐波干扰还是比较大的滤波补偿电路。
那么三相电压电流经过各自的转换电路后必须进入了滤波补偿电路包含两部分:一部分为RC 滤波，另一部分为相位补偿，如图2-16所示[5]。
R1TVS1R1R1R2R3C1C2+-Io图2-16 滤波补偿电路1.3.2常见交流电流采样电路 2a.信号放大电路交流信号放大电路见图2-17所示。
本设计采用的互感器为国内最新的高精度电流互感器(SCT254AZ)。