一種利用電路能量基于傅里葉fft正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量的系統(tǒng)，包括能量收集裝置及基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量的裝置，解決在滿足現(xiàn)有數(shù)據(jù)監(jiān)測下解決供電問題，是一種能夠滿足在微安級泄露電流下支持以DSP為控制器實現(xiàn)的避雷器在線監(jiān)測裝置。
【專利說明】一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性 電流測量的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電網(wǎng)監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及避雷器監(jiān)測系統(tǒng)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的避雷器監(jiān)測系統(tǒng)利用PT取電流的方式監(jiān)測流經(jīng)避雷器的電流，而這種方 式已不能適應(yīng)現(xiàn)有的智能站、變電站輸電系統(tǒng)、高鐵電力無處設(shè)置PT的現(xiàn)狀，為解決以上 問題，本發(fā)明采用基于傅里葉FFT正反變換相對校準(zhǔn)阻性電流測量的方法及相應(yīng)裝置解決 避雷器的測量問題。
[0003] 隨著電網(wǎng)發(fā)展對高效準(zhǔn)確實時監(jiān)測一直是避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵，但目前現(xiàn)有 監(jiān)測設(shè)備，如傳統(tǒng)模擬表存在準(zhǔn)確性，只能監(jiān)測全電流同時無法遠(yuǎn)傳，在嚴(yán)酷惡劣環(huán)境中存 在長期一致性和穩(wěn)定性問題，現(xiàn)有電子檢測裝置，存在供電和傳輸問題，電源多采用外部供 電或電池供電方式，都存在工程或電池壽命等問題，傳輸多采用有線、無線、和傳統(tǒng)光纖通 信方式，有線存在引入高壓危險，無線在變電站中存在穩(wěn)定性問題、傳統(tǒng)光纖通信對功耗要 求較大，外部電源根據(jù)實際現(xiàn)場使用情況會帶來安全和施工問題，電池供電由于無法實現(xiàn) 循環(huán)充電，存在一定壽命，而且避雷器處在室外運(yùn)行，溫差變化巨大，不同地域及不同季節(jié) 都會對電池造成一定影響，增加避雷器監(jiān)測設(shè)備的故障率，一般DSP屬于高端控制器，對功 耗要求比較大。為了解決在滿足現(xiàn)有數(shù)據(jù)監(jiān)測下解決供電問題，特設(shè)計一種能夠滿足在微 安級泄露電流下支持以DSP為控制器實現(xiàn)的避雷器在線監(jiān)測裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實現(xiàn)了一個無需外部供電僅用泄露電流就可以實現(xiàn)的一種避雷器漏電采 集監(jiān)測裝置，重點是實現(xiàn)在微安級泄露下實現(xiàn)DSP的采集傳輸任務(wù)。
[0005] 當(dāng)有泄露電流經(jīng)過電流采樣單元和限伏整流單元時，經(jīng)過限伏整流電路表交變電 流整成直流電，對電容儲能單元電容進(jìn)行充電，隨著時間電壓增大，當(dāng)增大到啟動電壓3. 3V 時，間歇隔離電源啟動開始工作，把充在電容中的電能利用DC電源傳輸?shù)紻C電源輸出端， 穩(wěn)壓一個3. 3V單元，DC輸出一個穩(wěn)定3. 3V電壓之后，觸發(fā)DSP處理器開始工作，DSP處理 器快速打開低功耗ADC運(yùn)放單元，啟動A/D過壓采樣單元，開始采樣流過電流采樣單元電 流，快速采樣完成之后，為了節(jié)省電量，DSP迅速關(guān)閉低功耗ADC運(yùn)放單元和A/D過壓采樣 單元節(jié)省能量，DSP處理器通過高等算法FFT將采集信號進(jìn)行時域到頻域變換后分析基波 和多次諧波數(shù)據(jù)，最近計算獲得最終要求參數(shù)，計算完成后，數(shù)據(jù)打包，通過曼徹斯特編碼 方式調(diào)制一個高頻IMHZ載波信號LED發(fā)射電路，完成數(shù)據(jù)發(fā)射后，DSP立刻進(jìn)入超低功耗 休眠模式，一次完整測試會在間歇隔離DC電源輸出電壓從3. 3V跌到2. 5V內(nèi)完成。由于泄 露電流為不間斷長期存在，前端能量收集單元會繼續(xù)獲取電能，當(dāng)電壓充到間歇隔離DC電 源啟動點時，測量電路會再一循環(huán)上面步驟完成數(shù)據(jù)采集測量工作，這個電路測量受通路 泄露電流大小限制，當(dāng)電流大的時候單位時間測量次數(shù)增加，反之減小。
[0006] 主要電流采樣單元通過采樣電阻使用高輸入阻抗的差分運(yùn)放，實現(xiàn)通路泄露電流 轉(zhuǎn)換成比例電壓關(guān)系，經(jīng)過低功耗AGC運(yùn)放單元實現(xiàn)濾波比例放大通過DSP控制A/D過采 樣單元電路實現(xiàn)A/D12位采樣能力，DSP以I. 2K的采樣率，采樣4096個點，通過FFT算法 變化，獲取采樣電流的基波及各次諧波獲取高精度電流采樣值；
[0007] 供電部分由，交直流轉(zhuǎn)換電路，對能量收集單元充電，此電路中使用比較器判斷充 電幅度，為了減小限幅整流單元對整個測量回來電流非線性的影響，能量收集單元采樣法 拉電容方式存儲電荷，通過比較器判斷充電電壓到達(dá)3. 3V，然后開啟間歇隔離DC-DC開關(guān) 電源，能量轉(zhuǎn)換到輸出端電容內(nèi)部，當(dāng)輸出電容電壓能夠達(dá)到3. 3V時，自動啟動DSP進(jìn)行 工作，DSP工作后啟動低功耗AGC運(yùn)放單元和A/D過采樣單元實現(xiàn)信號采集，再通過內(nèi)部傅 里葉FFT變換處理分析有效數(shù)據(jù)，之后把有效數(shù)據(jù)通過LED脈沖發(fā)射單元把數(shù)據(jù)通過光形 式傳輸?shù)浇邮斩恕?br> [0008] 其具體技術(shù)方案如下：
[0009] 一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量的系統(tǒng)，包括 能量收集裝置及基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量的裝置，所述的能量收集 裝置包括依次連接的限伏整流單元、能量收集單元、低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器單元、整流穩(wěn)壓 濾波輸出單元以及與限伏整流單元、能量收集單元、低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器單元相連接的低 功耗比較器控制單元，所述的限伏整流單元直接串聯(lián)在被測回路中，被測回路中有電流流 過時，經(jīng)過限伏整流單元轉(zhuǎn)換為直流電壓形式對能量收集單元充電，能量收集單元采用電 容方式存儲能量；所述的基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量的裝置利用能量 收集裝置收集的能量功能，包括精密AGC運(yùn)放、低通濾波器、精密過零比較器、延時觸發(fā)器、 ADC觸發(fā)采樣單元、采樣初相角控制單元、MCU控制器，所述的精密AGC運(yùn)放、低通濾波器、 ADC觸發(fā)采樣單元及MCU控制器依次連接，精密AGC運(yùn)放還與MCU控制器相連，所述的精密 過零比較器連接低通濾波器、ADC觸發(fā)采樣單元、延時觸發(fā)器及MCU控制器，所述的延時觸 發(fā)器還連接有ADC觸發(fā)采樣單元及MCU控制器，所述的采樣初相角控制單元與MCU控制器 相連接。
[0010] 優(yōu)選的，所述的精密AGC運(yùn)放用于放大輸入信號，所述的低通濾波器用于實現(xiàn)對 在IKHz以上的經(jīng)過精密AGC運(yùn)放的輸入信號起到濾波作用，經(jīng)濾波處理后，一路送精密過 零比較器，一路送ADC觸發(fā)采集單元等待采集，所述的精密過零比較器用于當(dāng)其檢測到正 向信號過零點，即輸出一個上升沿信號，一路給延時觸發(fā)器，一路給MCU控制器來實現(xiàn)對輸 入信號的頻率實時監(jiān)測，所述的延時觸發(fā)器用于根據(jù)精密過零比較器輸出的上升沿信號延 時一個設(shè)定值后觸發(fā)ADC觸發(fā)采集單元，所述的ADC觸發(fā)采集單元正常情況下不工作，當(dāng)延 時觸發(fā)器給ADC觸發(fā)采集單元一個信號時，ADC觸發(fā)采集單元開始運(yùn)行ADC采集工作，所述 的ADC采集觸發(fā)單元電路配合MCU控制器對輸入信號的離散采集，完成采樣點個數(shù)后，通過 基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量方法實現(xiàn)對采樣信號的分析處理，求出全 電流和阻性電流。
[0011] 所述的采樣初相角控制單元用于在測量的阻性電流不準(zhǔn)確的情況下，通過MUC控 制器調(diào)整延時觸發(fā)器設(shè)定的延時值實現(xiàn)對算法中的離散采樣基波初相角度的調(diào)整。
[0012] 所述的能量收集裝置包括依次連接的限伏整流單元、能量收集單元、低功耗DC隔 離轉(zhuǎn)換器單元、整流穩(wěn)壓濾波輸出單元以及與限伏整流單元、能量收集單元、低功耗DC隔 離轉(zhuǎn)換器單元相連接的低功耗比較器控制單元，所述的限伏整流單元直接串聯(lián)在被測回路 中，被測回路中有電流流過時，經(jīng)過限伏整流單元轉(zhuǎn)換為直流電壓形式對能量收集單元充 電，能量收集單元采用電容方式存儲能量。
[0013] 所述的限伏整流單元設(shè)于避雷器泄露電流的串聯(lián)電路中，包括低損耗電容C6、TVS 管VUNMOS管QUPMOS管Q2、NMOS管Q7及PMOS管Q8,所述的低損耗電容C6及TVS管Vl 并聯(lián)且設(shè)于避雷器泄露電流的第一輸入端Jl和第二輸入端J2之間，所述的NMOS管Ql的 漏極與第一輸入端Jl、NMOS管Q7及PMOS管Q8的柵極相連接，NMOS管Ql的柵極與NMOS 管Q7的漏極及PMOS管Q2的柵極相連接，NMOS管Ql的源極連于能量收集單元且與NMOS管 Q7的源極相連；所述的NMOS管Q7的漏極接于第二輸入端J2,其柵極還與PMOS管Q8的柵 極相連接；所述PMOS管Q2的源極與PMOS管Q8的源極相連接，且接于能量收集單元，PMOS 管Q2的柵極與NMOS管Q7及PMOS管Q8的漏極相連接。
[0014] 所述的能量收集單元包括3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl及儲能法拉電容C1，所述的3. 3v限 伏穩(wěn)壓管Dl與儲能法拉電容Cl并聯(lián)接于PMOS管Q2、PM0S管Q8的源極及NMOS管QUNMOS 管Q7的源極之間，其中，3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的正極與NMOS管QUNMOS管Q7的源極連接， 3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的負(fù)極與PMOS管Q2、PMOS管Q8的源極連接。
[0015] 所述的低功耗比較器控制單元包括比較器U1、穩(wěn)壓器U2、NMOS開關(guān)管以及電阻 RU R2、R3、R4、R5、R6、R7,所述的穩(wěn)壓器U2的第一輸入端與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的正極相 連接，第二輸入端經(jīng)電阻R5、電阻R6與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的正極相接，穩(wěn)壓器U2的輸出 端經(jīng)電阻R2與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的負(fù)極相連接，所述的比較器Ul正向輸入端+IN經(jīng)電 阻Rl與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的負(fù)極連接，經(jīng)電阻R4與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的正極連接，t匕 較器Ul反向輸入端-IN經(jīng)電阻R6與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的正極連接，比較器Ul的電源輸 入端V+與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的負(fù)極相連接，比較器Ul的輸出端Vout經(jīng)電阻R3與3. 3v 限伏穩(wěn)壓管Dl的負(fù)極相連接，比較器Ul的電壓參考基點GND與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的正 極連接，所述的NMOS開關(guān)管包括匪OS管Q9、NM0S管Q10,所述NMOS管Q9的漏極經(jīng)電阻R7 與比較器Ul反向輸入端-IN連接，經(jīng)電阻R7、電阻R6與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的正極相連 接，NMOS管Q9、NMOS管QlO的源極均與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的正極相連接，NMOS管Q9的 柵極與NMOS管QlO的柵極相連接且經(jīng)電阻R3與3. 3v限伏穩(wěn)壓管Dl的負(fù)極相連接。
[0016] 所述的低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器單元包括變壓器T1、電容C3、C2、C4、二極管D2、D5、 PMOS管Qll，所述變壓器Tl初級線圈中電感Ll兩端之間串接有電容C2和二極管D2,所述 變壓器Tl初級線圈中電感L2的p8端經(jīng)二極管D5接NMOS管QlO的漏極，所述變壓器Tl 初級線圈中電感L2的p7端經(jīng)電容C3連接PMOS管Qll的柵極，PMOS管Qll的源極接NMOS 管QlO的漏極，電感L2的p7端經(jīng)電容C3、電阻R8接NMOS管QlO的漏極，變壓器Tl次級線 圈中電感L3兩端之間串接有電容C4。
[0017] 所述整流穩(wěn)壓濾波輸出單元包括由NMOS管Q3、NMOS管Q4、PMOS管Q5及PMOS管 Q6組成的二極管橋式整流電路及與其連接的穩(wěn)壓濾波輸出電路。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為能量收集裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3為基于傅里葉FFT正反變換相對校準(zhǔn)阻性電流測量的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖4為能量收集裝置電路結(jié)構(gòu)示意圖；

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0023] 如圖2所示，用于避雷器監(jiān)測系統(tǒng)的能量收集裝置，由限伏整流單元、能量收集單 元、低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器依次連接組成；自取限伏整流單元直接串聯(lián)在被測回路中，回路 中有電流流過時候，經(jīng)過限伏整流單元轉(zhuǎn)換為直流電壓形式對能量收集單元電容儲能器充 電，能量收集單元采用電容方式存儲能量。
[0024] 所述的限伏整流單元設(shè)于避雷器泄露電流的串聯(lián)電路中，由低損耗電容，TVS管、 3. 3v限伏穩(wěn)壓管及四個MOS管結(jié)構(gòu)組成，用于將交變電流整成直流電，對能量收集單元的 電容儲能單元充電。
[0025] 電路中V1、C6為了防止瞬間雷擊脈沖對MOS管整流單元電路沖擊造成損壞，Dl選 用低功耗最低穩(wěn)壓靜態(tài)電流小于5uA穩(wěn)壓管，減小充電損耗電流，限制充電電壓在3. 3V以 內(nèi)，由于Dl和MOS管為非線性器件，如果充電電壓不做任何限制下，會隨著電壓增加，超過 3. 3V以上，非線性器件影響開始顯現(xiàn)，造成回路電流非線性加劇，回路電流波形發(fā)生畸變， 特別對于三、五次諧波的影響顯著。
[0026] 所述的電容儲能單元由超低功耗比較器、超低功耗穩(wěn)壓器、儲能法拉電容、NMOS開 關(guān)管構(gòu)成，用于收集限伏整流單元傳來的直流電，直接存儲到儲能器法拉電容中，當(dāng)法拉電 容端電壓充到3. 3V時，比較器工作輸出高電平，NMOS管開通，輸出3. 3V電壓給低功耗DC隔 離轉(zhuǎn)換器，開始震蕩工作將儲能器電容中的能量通過變壓器方式轉(zhuǎn)換到輸出端。
[0027] 整流電路采用非傳統(tǒng)的二極管橋式整流電路，解決低輸入電流下，二極管存在高 達(dá)0. 7V壓降，由于二極管的為非線性器件，同樣對回路電流造成非線性影響。
[0028] 為了降低電路自身功耗，避免能量了浪費(fèi)，電路中R1、R3、R4、R5、R6、R7電阻均選 用兆歐以上阻值，同時Ul、U2選用超低功耗比較器和參考穩(wěn)壓器，使能量收集過程中回路 工作電流功耗在12uA以內(nèi)。
[0029] 所述的間歇隔離DC電源由整流單元、自激震蕩單元、整流穩(wěn)壓單元構(gòu)成，用于接 收電容儲能單元傳來的電能并將其傳輸給避雷器監(jiān)測系統(tǒng)。
[0030] 低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器，為非傳統(tǒng)的復(fù)雜DC-DC開關(guān)電源模塊，采用多繞制一組線 圈電感L和電容C3電阻R8、MOS管Qll、二極管D5,根據(jù)輸入電壓幅度構(gòu)成自動振蕩器，而 非傳統(tǒng)功耗大的振蕩器，大大降低DC開關(guān)電源靜態(tài)工作電流，功耗< IOuA,和電路的復(fù)雜 度，將電容Cl中的能量，通過開關(guān)電源方式轉(zhuǎn)換到輸出端。
[0031] 當(dāng)回路中有電流流過時，Q2、Q7與Ql、Q8交替導(dǎo)通，轉(zhuǎn)換為直流，經(jīng)過Dl限伏穩(wěn)壓 對Cl法拉電容充電，穩(wěn)壓管U2工作輸出一個2. OV參考電壓，經(jīng)過R5、R6分壓I. OV給比 較器Ul反向輸入端-IN，Cl端電壓充電到3. 3V時候，經(jīng)過Rl、R4電阻分壓輸入比較器Ul 的正向輸入端+IN電壓大于反向輸入端參考電壓，比較器Ul輸入高電平，MOS管Q9、Q10導(dǎo) 通，R7和R6并聯(lián)后分壓降低輸入比較器Ul的反向輸入電壓，保持Ul在Cl端電壓降低到 I. 6V時前都能夠穩(wěn)定輸出高電平，保持Q9、QlO持續(xù)導(dǎo)通；QlO導(dǎo)通后端隔離DC電源工作， C3、R8和Tl (p7-p8)變壓器組合震蕩，轉(zhuǎn)換到輸出端口，進(jìn)過Q3、Q6和Q4、Q5交替工作變換 為脈動直流電，經(jīng)過D3, D4穩(wěn)壓輸出一個穩(wěn)定直流電壓。
[0032] 本發(fā)明解決了目前現(xiàn)有的開關(guān)電源都是以電壓形式且靜態(tài)功耗都在至少幾 mA以 上，無法應(yīng)用到回路電流僅在幾十uA低電流交流電流源回路電路中。
[0033] 如圖3所示，基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量的裝置電路設(shè)計如 下：電路由精密AGC運(yùn)放、IKHz低通濾波器、精密過零比較器、延時觸發(fā)器、ADC觸發(fā)采樣單 元、采樣初相角控制單元、MCU控制器構(gòu)成。
[0034] 精密AGC運(yùn)放：完成對輸入信號的放大作用，通過AGC自動增益控制電路使其輸入 信號被放大到一個合適的幅度范圍內(nèi)，為后期處理準(zhǔn)備；
[0035] 低通濾波器：實現(xiàn)對輸入信號頻率在IKHz以上起到濾波作用，減小有效信號中的 噪聲擾動引起測量誤差，對于輸入信號幅度特別微弱情況下，信號中帶有大量的干擾信息， 此類信息同時被放大，如若不加處理會造成后端的精密過零比較無法準(zhǔn)確判斷有效信號的 過零點從而引起誤差
[0036] 精密過零比較器：實現(xiàn)對輸入信號過零點的判斷工作，實現(xiàn)后端對輸入信號的頻 率判斷，從而為后端的同步采樣做準(zhǔn)備；
[0037] 延時觸發(fā)器：當(dāng)精密過零比較器檢測到正向信號過零點，即輸出一個上升沿信號， 延時觸發(fā)器根據(jù)該上升沿信號延時一個設(shè)定值后觸發(fā)ADC觸發(fā)采集單元；
[0038] ADC觸發(fā)采集單元：該單元正常情況下不工作，當(dāng)延時觸發(fā)器給ADC觸發(fā)采集單元 一個信號時，ADC觸發(fā)采集單元開始運(yùn)行ADC采集工作；
[0039] 采集初相角控制單元：此功能單元實現(xiàn)對算法中的離散采樣基波出現(xiàn)角度調(diào)整任 務(wù)，使其滿足要求；
[0040] 工作原理過程：全電流經(jīng)過采樣電阻RS后，進(jìn)入精密AGC運(yùn)放，經(jīng)過放大后的信 號，通過低通濾波器，濾波處理后，一路送精密過零比較器，一路送ADC觸發(fā)采集單元等待 采集，精密過零比較器工作檢測到正向過零點時輸出一個上升沿觸發(fā)信號，一路給延時觸 發(fā)器，一路給MCU控制器來實現(xiàn)對輸入信號的頻率實時監(jiān)測，為實現(xiàn)同步測量要求，延時觸 發(fā)器根據(jù)設(shè)定延時值，延時一定時間達(dá)到后，觸發(fā)ADC采集單元電路工作，ADC采集單元電 路配合MCU控制器對輸入信號的離散采集，完成采樣點個數(shù)后，通過傅里葉變換方法按上 述算法實現(xiàn)對采樣信號的分析處理，求出全電流和阻性電流，但測量的阻性電流不準(zhǔn)情況 下，說明電路對采樣初相角與真實全電流與阻性電流夾角的跟蹤不夠準(zhǔn)確，此時通過調(diào)整 采樣初相角控制單元電路，即可實現(xiàn)對角度的追蹤滿足，實現(xiàn)阻性電流的準(zhǔn)確測量工作。
[0041] 實施例一
[0042] 通過對氧化鋅避雷器試品的全伏安特性曲線測試，氧化鋅ZnO避雷器工作特性曲 線可分為兩大段，小電流段線性段，和大電流段非線性區(qū)；正常運(yùn)行時，氧化鋅片工作點通 常都處在小電流即線性段運(yùn)行；
[0043] 根據(jù)測試小電流線性段，氧化鋅避雷器的等效模型為Rx與Cx的并聯(lián)方式實現(xiàn)。

【權(quán)利要求】
1. 一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量的系統(tǒng)，其特 征在于：包括能量收集裝置及基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量的裝置，所 述的能量收集裝置包括依次連接的限伏整流單元、能量收集單元、低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器單 元、整流穩(wěn)壓濾波輸出單元以及與限伏整流單元、能量收集單元、低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器單 元相連接的低功耗比較器控制單元，所述的限伏整流單元直接串聯(lián)在被測回路中，被測回 路中有電流流過時，經(jīng)過限伏整流單元轉(zhuǎn)換為直流電壓形式對能量收集單元充電，能量收 集單元采用電容方式存儲能量；所述的基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量 的裝置利用能量收集裝置收集的能量功能，包括精密AGC運(yùn)放、低通濾波器、精密過零比較 器、延時觸發(fā)器、ADC觸發(fā)采樣單元、采樣初相角控制單元、MCU控制器，所述的精密AGC運(yùn) 放、低通濾波器、ADC觸發(fā)采樣單元及MCU控制器依次連接，精密AGC運(yùn)放還與MCU控制器 相連，所述的精密過零比較器連接低通濾波器、ADC觸發(fā)采樣單元、延時觸發(fā)器及MCU控制 器，所述的延時觸發(fā)器還連接有ADC觸發(fā)采樣單元及MCU控制器，所述的采樣初相角控制單 元與MCU控制器相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電 流測量的系統(tǒng)，其特征在于：所述的精密AGC運(yùn)放用于放大輸入信號，所述的低通濾波器用 于實現(xiàn)對在lKHz以上的經(jīng)過精密AGC運(yùn)放的輸入信號起到濾波作用，經(jīng)濾波處理后，一路 送精密過零比較器，一路送ADC觸發(fā)采集單元等待采集，所述的精密過零比較器用于當(dāng)其 檢測到正向信號過零點，即輸出一個上升沿信號，一路給延時觸發(fā)器，一路給MCU控制器來 實現(xiàn)對輸入信號的頻率實時監(jiān)測，所述的延時觸發(fā)器用于根據(jù)精密過零比較器輸出的上升 沿信號延時一個設(shè)定值后觸發(fā)ADC觸發(fā)采集單元，所述的ADC觸發(fā)采集單元正常情況下不 工作，當(dāng)延時觸發(fā)器給ADC觸發(fā)采集單元一個信號時，ADC觸發(fā)采集單元開始運(yùn)行ADC采集 工作，所述的ADC采集觸發(fā)單元電路配合MCU控制器對輸入信號的離散采集，完成采樣點個 數(shù)后，通過基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電流測量方法實現(xiàn)對采樣信號的分析處 理，求出全電流和阻性電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電 流測量的系統(tǒng)，其特征在于：所述的采樣初相角控制單元用于在測量的阻性電流不準(zhǔn)確的 情況下，通過MUC控制器調(diào)整延時觸發(fā)器設(shè)定的延時值實現(xiàn)對算法中的離散采樣基波初相 角度的調(diào)整。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電 流測量的系統(tǒng)，其特征在于：所述的能量收集裝置包括依次連接的限伏整流單元、能量收集 單元、低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器單元、整流穩(wěn)壓濾波輸出單元以及與限伏整流單元、能量收集 單元、低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器單元相連接的低功耗比較器控制單元，所述的限伏整流單元直 接串聯(lián)在被測回路中，被測回路中有電流流過時，經(jīng)過限伏整流單元轉(zhuǎn)換為直流電壓形式 對能量收集單元充電，能量收集單元采用電容方式存儲能量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性 電流測量的系統(tǒng)，其特征在于：所述的限伏整流單元設(shè)于避雷器泄露電流的串聯(lián)電路中，包 括低損耗電容C6、TVS管VI、NMOS管Ql、PMOS管Q2、NMOS管Q7及PMOS管Q8,所述的低損 耗電容C6及TVS管VI并聯(lián)且設(shè)于避雷器泄露電流的第一輸入端（J1)和第二輸入端（J2) 之間，所述的NMOS管Q1的漏極與第一輸入端（Jl)、NMOS管Q7及PMOS管Q8的柵極相連 接，NMOS管Q1的柵極與NMOS管Q7的漏極及PMOS管Q2的柵極相連接，NMOS管Q1的源極 連于能量收集單元且與NM0S管Q7的源極相連；所述的NM0S管Q7的漏極接于第二輸入端 (J2)，其柵極還與PM0S管Q8的柵極相連接；所述PM0S管Q2的源極與PM0S管Q8的源極相 連接，且接于能量收集單元，PM0S管Q2的柵極與NMOS管Q7及PM0S管Q8的漏極相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性 電流測量的系統(tǒng)，其特征在于：所述的能量收集單元包括3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1及儲能法拉電 容C1，所述的3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1與儲能法拉電容C1并聯(lián)接于PM0S管Q2、PM0S管Q8的 源極及NMOS管Q1、NM0S管Q7的源極之間，其中，3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1的正極與NMOS管Q1、 NMOS管Q7的源極連接，3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1的負(fù)極與PM0S管Q2、PM0S管Q8的源極連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電 流測量的系統(tǒng)，其特征在于：所述的低功耗比較器控制單元包括比較器U1、穩(wěn)壓器U2、NMOS 開關(guān)管以及電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7,所述的穩(wěn)壓器U2的第一輸入端與3. 3v限伏穩(wěn) 壓管D1的正極相連接，第二輸入端經(jīng)電阻R5、電阻R6與3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1的正極相接， 穩(wěn)壓器U2的輸出端經(jīng)電阻R2與3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1的負(fù)極相連接，所述的比較器U1正向 輸入端+IN經(jīng)電阻R1與3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1的負(fù)極連接，經(jīng)電阻R4與3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1 的正極連接，比較器U1反向輸入端-IN經(jīng)電阻R6與3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1的正極連接，比較 器U1的電源輸入端V+與3.3v限伏穩(wěn)壓管D1的負(fù)極相連接，比較器U1的輸出端Vout經(jīng) 電阻R3與3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1的負(fù)極相連接，比較器U1的電壓參考基點GND與3. 3v限伏 穩(wěn)壓管D1的正極連接，所述的NMOS開關(guān)管包括NMOS管Q9、NM0S管Q10,所述NMOS管Q9的 漏極經(jīng)電阻R7與比較器U1反向輸入端-IN連接，經(jīng)電阻R7、電阻R6與3. 3v限伏穩(wěn)壓管 D1的正極相連接，NMOS管Q9、NMOS管Q10的源極均與3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1的正極相連接， NMOS管Q9的柵極與NMOS管Q10的柵極相連接且經(jīng)電阻R3與3. 3v限伏穩(wěn)壓管D1的負(fù)極 相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性電 流測量的系統(tǒng)，其特征在于：所述的低功耗DC隔離轉(zhuǎn)換器單元包括變壓器T1、電容C3、C2、 C4、二極管D2、D5、PM0S管Q11，所述變壓器T1初級線圈中電感L1兩端之間串接有電容C2 和二極管D2,所述變壓器T1初級線圈中電感L2的p8端經(jīng)二極管D5接NMOS管Q10的漏 極，所述變壓器T1初級線圈中電感L2的p7端經(jīng)電容C3連接PM0S管Q11的柵極，PM0S管 Q11的源極接NMOS管Q10的漏極，電感L2的p7端經(jīng)電容C3、電阻R8接NMOS管Q10的漏 極，變壓器T1次級線圈中電感L3兩端之間串接有電容C4。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種利用電路能量基于傅里葉FFT正反變換相對較準(zhǔn)阻性 電流測量的系統(tǒng)，其特征在于：所述整流穩(wěn)壓濾波輸出單元包括由NMOS管Q3、NMOS管Q4、 PM0S管Q5及PM0S管Q6組成的二極管橋式整流電路及與其連接的穩(wěn)壓濾波輸出電路。
【文檔編號】G01R19/25GK104407208SQ201410696008
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】尚雪嵩, 陳燕午 申請人:南京世都科技有限公司