MCU和LM358采集220V交流电压有效值的问题

只看该作者 · 2014-8-5 17:14

图一是一个电压互感器和LM358近似采集220V交流电压有效值的电路图，目标是在运放输出端VOLAGE得到一个10：1缩小的正半周电压，MCU每隔0.5ms采样得到近似峰值，从而计算220V交流电压的有效值。工作原理为：电压互感器一次侧串两个110K欧的电阻，二次侧串一个二极管和采样电阻，在R30两端产生一个幅值约为1.414V的负半周电压（见图二），经过运放10：1缩小后得到VOLTAGE送至MCU的ADC采集引脚。现在碰到的问题是，当MCU的程序完全擦除时，VOLTAGE引脚的电压波形正常（见图三），即为一个峰值约为140mV的正半周波；当MCU写入程序（即配置ADC引脚）后，VOLTAGE引脚的电压波形不正常了（图四）。我初步估计，是MCU写入程序后改变了VOLTAGE处的输入输出阻抗特性。请大家帮我分析下，当MCU写入程序后，是什么原因导致电压波形不正常了？有什么解决办法？

1万 · 2014-8-5 17:20

你给一个单正电源供电的，不带偏置的运放输入负电压，他能工作么？

只看该作者 · 2014-8-5 17:29

NE5532 发表于 2014-8-5 17:20
你给一个单正电源供电的，不带偏置的运放输入负电压，他能工作么？

问题是单片机的程序擦除了，运放输入负半周的50HZ电压，运放输出也可以得到正半周正的电压波形啊，这应该可以说明运放可正常工作吧？我第一次用运放做电路，是运放小白，请各位大侠指教。

3万 · 2014-8-5 17:48

楼主的互感器，二次接入二极管和1k欧电阻，是不能正常工作的(精度不能保证，倒不至于冒烟)。

运放应该使用双电源。

1万 · 2014-8-5 21:35

偶尔对，不代表对，原理上都不对的东西，没必要研究，就像上面斑竹告诉你的，二次侧的处理都有问题。

只看该作者 · 2014-8-5 22:22

maychang 发表于 2014-8-5 17:48
楼主的互感器，二次接入二极管和1k欧电阻，是不能正常工作的(精度不能保证，倒不至于冒烟)。

运放应该使用 ...

如果只用单电源运放而且只用一只，要想实现正半周采样，该如何处理呢？是不是换成同相比例即可，将二次侧的二极管颠倒一下即可？

3万 · 2014-8-5 22:47

本帖最后由 maychang 于 2014-8-5 23:26 编辑

smallskiff 发表于 2014-8-5 22:22
如果只用单电源运放而且只用一只，要想实现正半周采样，该如何处理呢？是不是换成同相比例即可，将二次 ...

注意输出在接近于零时误差相当大，波形出现一个小圆角。

未经实物测试，不作任何保证。

只看该作者 · 2014-8-5 23:02

maychang 发表于 2014-8-5 22:47
注意输出在接近于零时误差相当大，波形出现一个小圆角。

大侠给出的是1:1的全波整流，好方案！虽然过零输出误差大没关系，我只要采集它的峰值近似值即可。但是，为了保护单片机，期望降低电压互感器二次侧的电压到0.1V级别。二次侧串1K欧时，采样电阻R30有峰值为1.4V左右的电压；那么串100欧时，采样电阻R30是不是也可以达到峰值为0.14V左右的电压？（对了，互感器二次侧的直流电阻有400~500欧，我将二次侧通常理解成一电流源，不知是否恰当）

3万 · 2014-8-5 23:31

smallskiff 发表于 2014-8-5 23:02
大侠给出的是1:1的全波整流，好方案！虽然过零输出误差大没关系，我只要采集它的峰值近似值即可。但是， ...

我在前面说过了，电流互感器二次不允许接入1千欧这么大的电阻。允许多大电阻，电流互感器说明书上定有注明。
你若接100欧电阻，肯定比接一千欧电阻时获得的电压小得多，但未必恰是十分之一，可能比十分之一大一点。
电流互感器二次侧，本来就是近似的电流源。

只看该作者 · 2014-8-5 23:49

谢谢！刚才查了下互感器的手册，用100欧的采样电阻+版主给出的全波整流电路，应该可以达到我想要的效果。

只看该作者 · 2014-8-6 10:07

双电源是硬道理看来，还有maychang对电流互感器接的电阻值都这么有研究。

3万 · 2014-8-6 10:26

youluo235 发表于 2014-8-6 10:07
双电源是硬道理看来，还有maychang对电流互感器接的电阻值都这么有研究。

电流互感器本质上是铁芯线圈，为保证精度铁芯的磁密不能太大。这就要求线圈两端电压不能太高，换言之，负载电阻不能太大。
极端情况是电流互感器二次开路，此时铁芯严重饱和，二次绕组产生尖峰波形。对楼主使用的小电流互感器关系还不是很大，不至于冒烟。对电力工业上使用的电流互感器(比一间房子还大)，二次开路会击穿绝缘，热到发生爆炸，那是严重事故。

只看该作者 · 2014-8-6 10:37

maychang 发表于 2014-8-6 10:26
电流互感器本质上是铁芯线圈，为保证精度铁芯的磁密不能太大。这就要求线圈两端电压不能太高，换言之，负 ...

日后要是去搞工业电看的还的特别注意电流互感器的原理。特别是电阻的问题

3万 · 2014-8-6 10:44

youluo235 发表于 2014-8-6 10:37
日后要是去搞工业电看的还的特别注意电流互感器的原理。特别是电阻的问题 ...

电力工业上对这些有严格规定。甚至规定不准用锡焊接，只准用螺钉，因为焊锡在故障情况下可能熔化造成断路，螺钉则不会熔化。

只看该作者 · 2014-8-6 11:05

LM358工作在3.3V 去除上轨的电压,再去除下轨的电压, 这个电路基本无戏

只看该作者 · 2014-8-6 13:28

用电容耦合再上拉一个直流电压，单片机做峰峰值检测就可以了。

只看该作者 · 2014-8-6 13:50

code 发表于 2014-8-6 11:05
LM358工作在3.3V 去除上轨的电压,再去除下轨的电压, 这个电路基本无戏

问一下，这个上轨和下轨电压是什么意思？LM358工作在3.3V时其输出电压，貌似最大只能达到2.0V~2.5V之间

只看该作者 · 2014-8-6 13:52

maychang 发表于 2014-8-6 10:44
电力工业上对这些有严格规定。甚至规定不准用锡焊接，只准用螺钉，因为焊锡在故障情况下可能熔化造成断路 ...

哈哈，是啊！根据我们接触的二级配电柜来看，初级电流互感器（100A：5A或者200A:5A）都是用螺钉规定在配电柜中的:)

只看该作者 · 2014-8-6 14:04

给大家分享一张二级配电柜的图片，从上到下依次是电流互感器、总闸、真空交流接触器、保险

2万 · 2014-8-6 15:24

这个柜子安装还不错，整齐。

MCU和LM358采集220V交流电压有效值的问题

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