一种针对含谐波交流电流的检测电路，包括：霍尔电流传感器，用于采集输入的电流并转换为霍尔电势信号输出；高通滤波电路，用于滤除霍尔电流传感器输出的霍尔电势中的零电流偏置电压，保留交流电压信号；反向放大电路，用于对反相输入端接收到的交流电压信号进行放大，输出放大后的电压信号；直流偏置电路，用于对反向放大电路放大的交流电压信号提供可调的直流偏置电压信号；模数转换器用于将接收的放大后的电压信号与直流偏置电压信号转化为数字信号，然后对比这两个信号计算待测量的电流值i<subgt;x</subgt;输出。使霍尔电流传感器转换的偏置电压能够对外输出，有效提高了测量精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种针对含谐波交流电流的检测电路及其调校方法，具体适用于减小测量误差，提高测量精度。
技术介绍
1、现在的电网中含有大量的电力电子装备，电网电流中含有丰富的谐波，特别是在电网发生故障时，故障电流中的谐波含量更加丰富。如果采用传统的电流互感器进行交流电流检测，因为电流互感器的带宽很窄，一般的电流互感器只能准确测出50hz左右的交流电流，对于频率高于50hz的谐波，电流互感器测量的误差较大。
2、霍尔电流传感器可以用来测量交流电流，其带宽可以达到数十khz，有些霍尔电流传感器的带宽可以到达1mhz。从0hz到数khz的电流，都在霍尔电流传感器的测量范围内。如图5，是现有的由霍尔电流传感器构成的电流检测电路，其中u1为霍尔电流传感器，假设待测电流为i，该待测电流i中可以含有直流和交流分量，待测电流i的参考方向为从霍尔电流传感器u1的输入电流正极引脚ip+流入，从输入电流负极引脚ip-流出，其霍尔电流传感器u1的输出引脚的电压用vo表示，vo的参考点为霍尔电流传感器接地引脚的电压gnd。vo与i满足：
3、vo＝vq+k·i (1)
4、其中，i的单位为安培，i为有符号的量，当i流入霍尔电流传感器输入电流正极引脚，即ip+引脚时为正，当i流出霍尔电流传感器输入电流正极引脚，即ip+引脚时为负；vq是霍尔电流传感器的零电流输出电压，即当输入电流i为0时的输出电压vo的值，vq的单位为伏特；k为霍尔电流传感器的电流增益系数，k的单位为欧姆，理想情况下，k为常数。
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p>5、现有的由霍尔电流传感器构成的电流检测电路中，一般是把式(1)中的vo送到adc(模数转换器)的in1或in2引脚，通过模数转换得到vo所对应的数字量。根据vo所对应的数字量，可以得出vo的值，再由式(1)可以推算出i的值。其中，vq和k被看成常数，很多霍尔电流传感器的vq都没有对外输出，即没有专门的引脚对外输出vq，一般是根据霍尔电流传感器说明书上给出的值来进行取值；k也是固定的，不可调节。vq是霍尔电流传感器的零电流输出电压，vq的误差一般为1％-3％，且vq会随霍尔电流传感器的供电电压、待测电流大小、环境温度等参数发生一定的变化；k为电流的增益系数，做得好的霍尔电流传感器的电流增益系数k的误差也会达到2-5％，一般的霍尔电流传感器的电流增益系数k的误差会达到5-15％，因此，由于vq和k这两个参数的影响，现有的由开环式霍尔电流传感器构成的电流检测电路的精度不高，误差一般会达到5％-15％。6、因为vq和k的不可调节，在图5中的霍尔电流传感器u1的供电电压vc1与模数转换器的供电电压vc2需要匹配；如果不匹配，会造成模数转换器的输入电压范围，即量程得不到充分利用，也会造成精度的下降。
7、另外，因为霍尔电流传感器的型号并不是连续的，按照所测电流的最大范围，现在市面上的霍尔电流传感器的型号一般分为±2.5a，±5a，±10a，±20a，±30a等档次，如果待测电流的最大值与霍尔电流传感器所测电流的最大范围不完全匹配，也会造成模数转换器的量程得不到充分利用，使精度下降。假设待测电流最大瞬时值为3a，如果选用±5a的霍尔电流传感器，霍尔电流传感器的输出电压信号vo就达不到正、负电源轨内的最大电压动态范围，如果将该输出电压vo直接送到模数转换器，会造成模数转换器的量程得不到充分利用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是将vq没有对外输出的、低性能的、低精度的霍尔传感器转换成一种高精度的、vq能对外输出的、vq和k可独立调节的交流电流测量电路，从而，可避免因vq未对外输出、vq和k不可调节对测量精度造成的不利影响，从而提供了一种减小测量误差，提高测量精度的针对含谐波交流电流的检测电路及其调校方法。
2、为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：
3、第一方面，本专利技术提供了一种针对含谐波交流电流的检测电路，包括：
4、霍尔电流传感器，用于采集输入的电流ix并转换为霍尔电势信号va输出；
5、高通滤波电路，串联于霍尔电流传感器的信号输出端vout，用于滤除霍尔电流传感器输出的霍尔电势中的零电流偏置电压vq，保留交流电压信号vas，va＝vq+vas，交流电压信号vas经过高通滤波电路后得到衰减的交流电压信号vbs；
6、反向放大电路，其反相输入端与滤波电路串联，用于对反相输入端接收到的衰减的交流电压信号vbs进行放大，输出放大后的电压信号vd；
7、直流偏置电路，与反向放大电路的同相输入端相连接，用于对反向放大电路放大的交流电压信号vd提供可调的直流偏置电压信号vn；
8、模数转换器，其第一信号输入端in1与反向放大电路的信号输出端相连接，其第二信号输入端in2与反向放大电路的同相输入端相连接，用于将接收的放大后的电压信号vd与直流偏置电压信号vn转化为数字信号data_vd和data_vn，然后对比这两个信号计算待测量的电流值ix输出。
9、所述高通滤波电路为第一电容c1与电阻r1串联而成的rc滤波电路，所述高通滤波电路的交流最小衰减率βmin＝0.9999，则近似认为vbs＝vas；
10、所述反向放大电路为第一运算放大器u3的反相输入端与信号输出端之间并联第一电位器r2，同时第一运算放大器u3的反相输入端连接电阻r1得到；
11、所述高通滤波电路与反向放大电路共用电阻r1；
12、则有待测量的电流值
13、其中vc2为模数转换器的电源vc2的电压值，n为模数转换器转换结果的位数，λ为电路的电流整体增益系数，k为霍尔电流传感器的电流增益系数。
14、所述电阻r1和第一电容c1之间满足以下关系：
15、
16、上式中，βmin为由电阻r1和第一电容c1构成的高通滤波电路所允许的最小幅值衰减率，θmax为该高通滤波电路输出信号相对输入信号所允许的最大相位差，ωmin为待检测的交流电流ix的最低角频率。
17、所述直流偏置电路包括第二电位器r3和第二电容c2，所述第二电位器r3的两个固定端子分别接电源vc2和接地；所述第二电位器r3的滑动端子同时连接反向放大电路的同相输入端和模数转换器的第二信号输入端in2；
18、所述反向放大电路的同相输入端串联第二电容c2后接地。
19、所述直流偏置电路包括第二电位器r3和第二运算放大器u4，所述第二电位器r3的两个固定端子分别连接电源vc2和地；所述第二电位器r3的滑动端子连接第二运算放大器u4的同相输入端，所述第二运算放大器u4的反相输入端与第二运算放大器u4的信号输出端相连接，所述第二运算放大器u4的信号输出端同时与反向放大电路的同相输入端和模数转换器的第二信号输入端in2相连接。
20、所述霍尔电流传感器的信号输出端vout串联第三电容c3后接地。
21、第二方面，本专利技术提供了一种含谐波交流电本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，
4.根据权利要求1、2或3所述的一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，
5.根据权利要求1、2或3所述的一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，
7.一种基于权利要求1-7中任意一项所述的含谐波交流电流的检测电路的参数调校方法，其特征在于，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种含谐波交流电流的检测电路的参数调校方法，其特征在于，参数vN的调校：
9.根据权利要求7所述的一种含谐波交流电流的检测电路的参数调校方法，其特征在于，参数λ的调校：
【技术特征摘要】
1.一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，
4.根据权利要求1、2或3所述的一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，
5.根据权利要求1、2或3所述的一种针对含谐波交流电流的检测电路，其特征在于，
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【专利技术属性】
技术研发人员：莫石，陈曦，王博，陈正曦，乔立，徐秋实，吴启亮，王俊琪，张紫桐，彭宇翔，汪谦格，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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