交流电压采样是我们在控制逆变电路时重要的一环。有一种采样方法就是用电压互感器+运放将目标交流电压转化为单片机可以测量的电压(即控制在合适的大小内,并且均转化为正值)。
在淘宝上我们可以买到现成的互感器模块,如下图:
其原理图如下:
感谢@qq_38986424同学分享的资料zmpt101b电压互感器模块原理图_zmpt101b 电压互感器可以连接stm32单片机-CSDN博客
其psim仿真如下:
那么我们该如何使用它呢
1.互感器部分
在使用该现成模块时遇到的第一个问题就是,其基本上测量不出低交流电压的值(如有效值为24v的交流电)或是测量效果很差。这是因为zmpt101b工作原理是一次侧感应到电压信号,用电压/电流转换电阻将其转换为电流信号,二次侧输出信号为电流信号。
即相当于一个1:1的变压器,在原理图中原边电阻为820k,所以低电压加在上面会使得电流信号很小,即使通过调节变阻器也无济于事。所以我们需要根据我们自身的情况将820k的电阻更换。
2.运放部分(第一级运放)
通过电压互感器对电压的处理,我们可以在100Ω的采样电阻R1上得到一个交流电压
根据运放的使用方法,详情可以阅读这篇文章逆变器(一)——过电压保护电路_zmpt101b数据手册-CSDN博客
该运放作为同相放大电路,通过一个隔直电容C1,然后将R2上的电压放大10倍(因为放大倍数=R3/R2=10)即可得到输出
该仿真第一级运放输出电压为:(其Vpp=0.95)
满足计算结果。
3.电位器部分
在分析该原理图时,我们很容易犯一个错误就是简单的认为第二级的运放输入电压就是按第一级运放输出电压 通过电位器分压而得。但实际上并不是。(如果大家不太懂可以先试一下)
这是因为电位器部分电路在原理图中应该是这样其作用的,把前后电路都等效为电源。其电路图如下:
我们可以看到其中V2的电压其实是由50k和并联了电容电阻的50k决定的。
其中的10k电阻就是大仿真图中的R7,是后级运放要放大的电压。由于C3起隔直作用,因此在分析R7的电压时只考虑交流电压。此时上方为50k电阻、下方为50k与10k并联的电阻(8.3k)。
所以R7上的电压不是简单的电位器分压,而是电位器下方电阻与R7并联后的分压。
R7电压为:(Vpp=0.13)(满足以上分压条件)
4.运放部分(第二级运放)
按照第一级运放处理即可。就没有上面技术含量啦。
总结
通过这样我们就完成了对该电压互感器的使用。相关仿真文件大家自取。
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