一种超低成本的市电电压测量电路-欢迎参与给出您的想法

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 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 12:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
此电路时无意间看到别人的一款产品上的市电电压测量电路,电路是相当的简单,可能是考虑成本的原因吧。我对该电路进行了测量和分析,并说明了其优缺点,如有不当或错误的地方,请各位大侠不吝赐教!        
原始电路:

如上图所示:
1、  测量
1)  空载
不加R2电阻,空载测量数据如下:
输入电压:230V
一次侧N1两端电压:0.38V
二次侧N2两端电压:0.32V
2)  带载
加上R2电阻,带载测量数据如下:
输入电压:230V
一次侧N1两端电压:0.28V
二次侧N2两端电压:0.08V
2、  计算
匝比 = 600/600 = 1
1)由测量1)中数据:
匝比/效率=变压比 可以推出,效率=0.32V/0.38V=0.84=84%
由分压公式结合测得一次侧电压可以计算出,
一次侧线圈交流阻抗Z1=346欧;
再由
计算出,二次侧线圈的交流阻抗Z2 = 290.64
2)由测量2)数据:
此时的效率 = 0.08V/0.28=0.286 ,可以看出加上R2电阻,效率变得如此低
由于Z1是不变的,此时计算出二次侧加上R2电阻后的等效阻抗Z2eq = 99
3、  分析
1)为什么带载后的一次侧电压会下降呢?
个人觉得:二次侧加上R2电阻后,线圈等效阻抗下降到99欧,阻抗比增大,阻抗不匹配,输出效率大幅下降,为了保证二次侧的功率输出,一次侧为了提高输入功率,只得以牺牲电压的方式增大输入电流,获取更大的输入功率。
2)此种方式能用来测量电压吗?
答案是否定的。首先,用音频耦合变压器这一点是正确的,为了实现电压间的隔离,但是实现1:1传输就必须有较好的阻抗匹配。
会犯这个错误的原因不言而喻,把音频耦合变压器当做电流互感器(CT)使用,这个想法是好的,利用电流互感1:1电流传输,然后100欧电阻转换成电压信号,然后后级再放大采集等。
想说的是音频耦合变压器是电压感应的,最多相当于一个11传输的电压互感器(PT),而不能把它等价于电流互感器。
所以上面的测量电路应更正为:
利用一次侧线圈的交流阻抗去和R1分担市电输入电压,然后按转换效率(理想为1:1,实际测得只有84%)传输到次级输出。为了提高效率,更改R1电阻使音频耦合变压器工作在线性度较好的区间(大概2V-3V范围内),此时的传输效率达到95%以上,软件里按效率调整显示电压即可。
注:此种方式不能很精确的测量,精度只有2%左右。哪位大侠有好的方式可以提出来,当然是在这个基础上,用电压互感器等成本高的方式就不要考虑了,望不吝赐教!!!

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评论

LZ的分析似乎有道理,其实是错的,因为你这个音频变压器不是理想器件。 你还是买一个正规的电流互感器测试一下效果。  发表于 2013-12-6 08:51
有些乱78早  发表于 2013-12-5 12:21
 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 12:16 | 显示全部楼层
欢迎来宾和大侠不吝赐教,谢谢,技术只有交流才能进步的更快。
PowerAnts 发表于 2013-12-5 12:23 | 显示全部楼层
你这么干, 还不如别人原来的用法.
而最好的办法, 那就是在初级并远小于感抗的电阻, 削弱铁芯磁导率的温度系数影响.

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小小财迷 + 3 很给力!

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DianGongN 发表于 2013-12-5 12:25 | 显示全部楼层
淘宝上面有电压互感器,也就2元多。和LZ的原理差不多。
这种1:1的音频变压器,价格不一定有优势,而且没有互感器好用。

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 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 12:55 | 显示全部楼层
呵呵,这个音频才几毛钱,老板说那个便宜用哪个。
版主好,  如果在初级并一个比初级阻抗还小的电阻,那初级线圈等效阻抗会降的更低,这样和R1分压,所得电压更小,误差不是更大了吗
PowerAnts 发表于 2013-12-5 12:59 | 显示全部楼层
你先按你的做法, 测次级电压, 然后用烙铁加热铁芯, 你就知道: 锅儿是铁铸的
 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 13:01 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2013-12-5 12:23
你这么干, 还不如别人原来的用法.
而最好的办法, 那就是在初级并远小于感抗的电阻, 削弱铁芯磁导率的温度系 ...

求版主指点,用音频变压器耦合,能把这个电路怎么完善起来呢。因为这个比电压互感便宜得多,所以没办法  只能在这个基础上改进:)                           
 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 13:04 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2013-12-5 12:59
你先按你的做法, 测次级电压, 然后用烙铁加热铁芯, 你就知道: 锅儿是铁铸的 ...

呵呵  锅儿是铁的 :) 就是在初级并一个很小的电阻,其他地方还有没有要改进的呢,请您指点
DianGongN 发表于 2013-12-5 13:14 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2013-12-5 12:59
你先按你的做法, 测次级电压, 然后用烙铁加热铁芯, 你就知道: 锅儿是铁铸的 ...

PowerAnts大侠是不是说,加热铁芯以后电感量会改变?
PowerAnts 发表于 2013-12-5 13:18 | 显示全部楼层
是的, 磁导率随温度变化, 进而改变电感量
 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 13:21 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2013-12-5 13:18
是的, 磁导率随温度变化, 进而改变电感量

谢谢指点,这个电路前面有个200k限流电阻,初级线圈温升应该不会很明显吧,另外,如果考虑初级温升带来电感量的变化,那次级也不是也要降阻抗,这样的话,初级次级的阻抗匹配又该怎么考虑呢?          :)                  
dnzq2003 发表于 2013-12-5 13:48 | 显示全部楼层
最实用的就是两个电阻分压好了。
 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 14:35 | 显示全部楼层
dnzq2003 发表于 2013-12-5 13:48
最实用的就是两个电阻分压好了。

这样要把零线接地或者以零线为采样参考地,不太好,不安全啊
PowerAnts 发表于 2013-12-5 14:37 | 显示全部楼层
小小财迷 发表于 2013-12-5 13:21
谢谢指点,这个电路前面有个200k限流电阻,初级线圈温升应该不会很明显吧,另外,如果考虑初级温升带来电 ...


次级开路就好了, 加一个偏压接到单片机的ADC输入
 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 15:13 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2013-12-5 14:37
次级开路就好了, 加一个偏压接到单片机的ADC输入

谢谢版主, 加直流偏置电压是吧,我直接输入运放,然后再放大也行吧。我在初级并电阻,会不会影响效率,达不到耦合变压器1:1传输吧,阻抗能够匹配没关系吗?:)
tou007 发表于 2013-12-5 15:28 | 显示全部楼层
楼主看下我们电工最熟悉的万用表电压测量原理或许能得到答案!
 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 15:35 | 显示全部楼层
tou007 发表于 2013-12-5 15:28
楼主看下我们电工最熟悉的万用表电压测量原理或许能得到答案!

这个我知道,直接分压  没有隔离,我们要做个空间上隔离的   :) 而且考虑成本  因为批量  素以也没选电压互感器
戈卫东 发表于 2013-12-5 15:43 | 显示全部楼层
2)  带载

加上R2电阻,带载测量数据如下:

输入电压:230V

一次侧N1两端电压:0.28V

二次侧N2两端电压:0.08V
------------------------------------
你算这个效率是没有意义的,因为一次侧串联了大电阻,电流传输效率才是关键.
别人会这样用,那它的电流传输效率一定是不错的.
戈卫东 发表于 2013-12-5 15:44 | 显示全部楼层
因为线圈本身电阻相比负载电阻不能忽略,所以电压传输效率低是必然的.
 楼主| 小小财迷 发表于 2013-12-5 15:45 | 显示全部楼层
戈卫东 发表于 2013-12-5 15:43
2)  带载

加上R2电阻,带载测量数据如下:

这样不就用成电流互感器了吗,音频变压器能这样用吗?:)
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