Przetwornik napięcia przemiennego na DC True RMS

Do pomiaru napięcia zastosowano przekładnik TV16B firmy YDHC wykonany w formie zalewanego transformatora, który przy odpowiednim doborze elementów umożliwia pomiar napięcia w zakresie 0...300 V.

Budowa i działanie

Schemat układu został pokazany na rysunku 1. Transformator ma stałą przekładnię, a wartością wejściową i wyjściową jest prąd. Rezystory R1 i R2 ustalają zakres maksymalnego prądu przekładnika, który nie może przekroczyć 2 mA przy maksymalnym napięciu wejściowym. Prąd wyjściowy przekładnika (2 mA) wywołuje spadek napięcia na rezystorach obciążenia R3 i R4, który jest doprowadzony do konwertera AC/TRMS.

Rysunek 1. Schemat układu przetwornika

Układ scalony typu LTC1966 to sprzętowy konwerter AC/TrueRMS. Dzielnik R5, R6 zapewnia polaryzację wejść U1, niezbędną do prawidłowej pracy przy zasilaniu niesymetrycznym. Kondensator C4 pełni funkcję filtru uśredniającego, wymagana jest więc od niego stałość parametrów i niski upływ. Ze względu na wartość pojemności konieczne jest zastosowanie kondensatora foliowego. Pozostałe kondensatory odsprzęgają zasilanie.

Po konwersji wyjściowe napięcie stałe z U1 podawane jest na wzmacniacz-bufor U2 na niskomocowym wzmacniaczu operacyjnym AD8605. U2 separuje wyjście LTC1966 o względnie wysokiej impedancji (ok. 85 kΩ) od wejść ADC, zapewniając minimalny błąd przetwarzania. Dodatkowo sygnał jest wzmocniony 4,6...5,6 razy, a dokładną wartość podczas skalowania układu można ustawić potencjometrem RV1. Sygnał wyjściowy oraz zasilanie 3,3...5 V/20 mA doprowadzone są do złącza OUT zgodnego ze standardem Grove.

Zakres pomiaru napięcia 0...300 V jest przeskalowany na napięcie wyjściowe 0...3,00 V, zapewniając dokładność przetwarzania i niewielki margines zasilania.

Montaż i uruchomienie

Układ wykonany jest na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat został pokazany na rysunku 2. Montaż układu nie wymaga opisu, zmontowany moduł jest widoczny na fotografii tytułowej.

Rysunek 2. Schemat płytki PCB

Po poprawnym montażu przetwornik wymaga kalibracji. W tym celu należy go zasilić z zasilacza 3,3...5 V, a do wyjścia podłączyć woltomierz prądu stałego. Do gniazda VAC należy doprowadzić napięcie przemienne np. z autotransformatora oraz podłączyć równolegle woltomierz AC TRMS. Po włączeniu zasilania do obwodu mierzonego należy za pomocą RV1 ustawić jednakowe wskazania przyrządów, uwzględniając współczynnik przetwarzania. Warto skalowanie przeprowadzić przy maksymalnej wartości napięcia 300 V, ustawiając na wyjściu układu 3,00 V oraz sprawdzić dokładność przetwarzania w kilku punktach. Dla modelu z przekładnikiem TV16B dokładność przetwarzania w zakresie 50 Hz...1 kHz jest lepsza od 2%.

Uwaga: pracując pod napięciem sieciowym, należy zachować szczególną ostrożność i przestrzegać zasad BHP.

Adam Tatuś, EP