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电压采集采样电路设计

2022-07-07 15:31
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电压的采集是我们进行电路设计常常用到的,具体的采集类型上又分为直流采集和交流采集,将源电压通过一系列的电路设计,最终通过AD(数模转换芯片或单片机内部AD)读入MCU,并执行相应的决策,是我们大多设计的要求。下文将通过具体的实例介绍如何设计合适的电压采集电路。


一、直流电压采集

要求:采集一个输出范围为20V-28V的Uo电压信号到0-3.3V的AD。

设计思路:将20v到28v中的8v压差全部映射到0-3.3v的范围内,才内能更好的利用AD模块,所以首先将Uo与20V做差分,将电压抬低到0-8v(注:有时碍于仪放信号输入电压的范围较小会先分压再抬低见形式二),然后通过电阻分压将8v映射到3.3v的范围内。


形式一:

1、利用现有的电压产生20v的基准电压

image.png

2、通过仪放将Uo与20v差分(注:826的REF引脚为输出基准)

image.png

3、分压及输出阻抗匹配(电压跟随器)

image.png

4、输出钳位保护

image.png


形式二:

1、将Uo分压7倍,即将0-28v映射到0-4v,同理将20v也分压7倍即要产生2.857v的电压基准

image.png


2、差分并放大2.887倍及钳位电路(计算方法:3.3/(4-2.857),差放直接输入给AD不需要阻抗匹配)

image.png


二、交流电压采集

要求:采集单相正弦交流电的有效值范围为(0-24v)

设计思路:通过电压互感器将电压读取到,并放缩到合适的范围内,输入给有效值检测芯片,再将有效值检测芯片的输出给AD


1、电压互感器读取

image.png


2、有效值检测芯片及保护电路

image.png


总结:不论电路设计的多么精确,误差总会是有的,所以在电路的设计基础上,再通过MATLAB将数据进行拟合,才能将误差进一步的消除。

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