各种电压电流采样电路的设计

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 LF2407A

DSP

键盘显示

电路

控制电路 检测与驱动 电路 主电路

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。 <

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

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

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=1 KΩ ，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]。

1.2 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

U a

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

电阻 R u1消耗的功率 P 1 为 错误！未找到引用源。 P 1 UI n1 220 10mA 2.2W

(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 图 2-7 交流电压采样电路图

电压转换电路 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

CHV-50P

com C R u1= U I n1 220V 10mA =2.2KΩ (2.1)

U o

滤波补偿电路