Przetwornik napięcia i prądu przemiennego TRMS z układem LTC1966

Do pomiaru zastosowane zostały dwa różne przekładniki: za pomiar napięcia odpowiada TV16(B), zaś za pomiar prądu TA16E-01, obydwa to produkty marki YHDC. Schemat układu pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat układu przetwornika

Przemienne napięcie zasilające doprowadzone jest do złącza ACIN. Przekładnik XFMV pracuje z prądem 2 mA, ma przekładnię 1:1000. Rezystory R1 i R2 ustalają zakres pomiaru na 0...300 V. W szereg z obciążeniem, podłączonym do złącza ACOUT, wpięte jest uzwojenie pierwotne przekładnika XFMC. Zastosowany model TA16E-01 umożliwia pomiar prądu 0...5 A z przekładnią 1:1000. Przekładniki obciążone są rezystorami R3, R4 i R7, R8 konwertującymi wyjściowy sygnał prądowy na napięcie, które doprowadzone jest następnie do przetworników TRMS U1 i U2 typu LTC1966/8 (polecam LTC1968, gdy zależy nam na szerszym paśmie pomiarowym). Dzielniki R5, R6 i R9, R10 zapewniają polaryzację wejść U1, U2, niezbędną do prawidłowej pracy przy zasilaniu niesymetrycznym. Kondensatory C2 i C6 pełnią funkcję filtru uśredniającego, wymagane są więc od tych elementów: stałość parametrów i niski prąd upływu. Ze względu na wartość pojemności konieczne jest zastosowanie kondensatorów foliowych.

Pozostałe kondensatory odsprzęgają zasilanie. Sygnał z przetworników TRMS doprowadzono do regulowanego stopnia wzmacniającego U3 z układem niskomocowego wzmacniacza operacyjnego AD8606. Separacja jest niezbędna ze względu na wysoką impedancję wyjść U1, U2 (~85 kΩ). Potencjometry RV1 i RV2 służą do kalibracji przetwornika. Sygnały wyjściowe VOUT, IOUT (po wzmocnieniu), wraz z zasilaniem części pomiarowej VPWR (5 V/50 mA), doprowadzono do złącza OUT. Oba mierzone sygnały konwertowane są na napięcie 0...3 V, co zapewnia dokładność przetwarzania i niewielki margines zasilania. Zmieniając zakres napięcia wyjściowego na 0...2,5 V (zmniejszając wartości R12, R14), układ można zasilać napięciem 3,3 V.

Moduł zmontowano na dwustronnej płytce drukowanej. Rozmieszczenie elementów zaprezentowano na rysunkach 2a i 2b. Montaż układu nie wymaga opisu. Gotowy moduł pokazano na fotografii tytułowej.

Rysunek 2. Rozmieszczenie elementów na PCB (a – strona TOP, b – strona BOTTOM)

Po poprawnym montażu przetwornik wymaga jeszcze przeprowadzenia kalibracji. W tym celu należy go zasilić z zasilacza o parametrach 5 V/30 mA poprzez złącze OUT, a do wyjść VOUT, IOUT podłączyć woltomierze prądu stałego.

Do obwodu źródła zasilania prądu przemiennego (z kontrolnym woltomierzem i amperomierzem) należy podłączyć wejście ACIN modułu, zaś do wyjścia ACOUT – regulowane obciążenie. Po włączeniu zasilania do obwodu mierzonego trzeba – za pomocą RV1 – skalibrować napięcie IOUT przetwornika prądu, a z użyciem RV2 – napięcie VOUT przetwornika napięcia. Skalowanie warto przeprowadzić przy maksymalnych wartościach prądu i napięcia 300 V/5 A oraz sprawdzić poprawność przetwarzania w kilku punktach. Dokładność przetwarzania modelu z przekładnikami TV16/TA16-01 w zakresie 50 Hz...1 kHz jest lepsza niż 2%.

Adam Tatuś, EP