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AD7865 的PDF資料 下載 ,225326K

AD7865 的貨源和報(bào)價(jià) AD7865 的相關(guān)技術(shù)信息

其他型號(hào)

基于鎖相環(huán)與雙AD7865的交流采樣技術(shù)及其應(yīng)用

     隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)容量的擴(kuò)大使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度的自動(dòng)化顯得尤為重要； 而在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，對(duì)電力參數(shù)的測(cè)量是最基本的功能。如何快速、準(zhǔn)確地采集各種電力參數(shù)則顯得更加重要。在微型機(jī)應(yīng)用的初期，電力系統(tǒng)的參數(shù)普遍采用直流采樣的技術(shù)。

　　直流采樣，即采樣經(jīng)過(guò)整流后的直流量，此方法軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，對(duì)采樣值只需作一次比例變換即可得到被測(cè)量的數(shù)值。但是直流采樣方法存在一些問(wèn)題，如: 測(cè)量精度直接受整流電路的精度和穩(wěn)定性的影響； 整流電路參數(shù)調(diào)整困難，而且受波形因素的影響較大等。而采用交流采樣方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)算法運(yùn)算后獲得的電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等電力參數(shù)有著較好的精確度和穩(wěn)定度。該系統(tǒng)采用高速DSP 芯片T MS320LF2407 作為處理器，通過(guò)鎖相環(huán)和AD7865 對(duì)電力參數(shù)進(jìn)行交流采樣。

　　1   交流采樣的設(shè)計(jì)思想

　　若將電壓有效值公式：

　　離散化，以一個(gè)周期內(nèi)有限個(gè)采樣電壓數(shù)字量來(lái)代替一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值，則式( 1) 變?yōu)椋?/P>

　　式中: △Tm 為相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔； um 為第m - 1個(gè)時(shí)間間隔的電壓采樣瞬時(shí)值； N 為一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)。若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔相等，即△T m 為常數(shù)△T ，考慮到N = T/△，則有：

　　這就是根據(jù)一個(gè)周期內(nèi)各采樣瞬時(shí)值及每周期采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)算電壓信號(hào)有效值的公式。同樣，電流有效值計(jì)算公式：

　　計(jì)算一相有功功率的公式：

　　式中: im 和u m 為同一時(shí)刻的電流和電壓采樣值。

　　功率因數(shù)為：

　　2   工頻信號(hào)鎖相倍頻原理及頻率跟蹤電路的實(shí)現(xiàn)

　　交流采樣法包括同步采樣法、準(zhǔn)同步采樣法、非整周期采樣法、非同步采樣法等幾種，系統(tǒng)采用同步采樣法。同步采樣法就是整周期等間隔均勻采樣，要求被測(cè)信號(hào)周期T 與采樣時(shí)間間隔△t 及一周內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)N之間滿足關(guān)系式T = N △t，即采樣頻率為被測(cè)信號(hào)頻率的N 倍。根據(jù)提供采樣信號(hào)方式不同，同步采樣法又分為軟件同步采樣法和硬件同步采樣法兩種。本系統(tǒng)采用硬件同步采樣。

　　硬件同步采樣法是由專門(mén)的硬件電路產(chǎn)生同步于被測(cè)信號(hào)的采樣脈沖。一種利用鎖相環(huán)頻率跟蹤原理實(shí)現(xiàn)同步等間隔采樣的電路如圖1 所示。

圖1   鎖相環(huán)原理圖

　　在相位比較器PD、低通濾波器LP、壓控振蕩器VCO 構(gòu)成的鎖相環(huán)內(nèi)加入N 分頻器，輸入f i 為被測(cè)信號(hào)的頻率，作為鎖相環(huán)的基準(zhǔn)頻率，輸出f o 為采樣頻率。f o 經(jīng)N 分頻后與f i 相比較，根據(jù)鎖相環(huán)工作原理,鎖定時(shí)f o / N = f i ，即f o = Nf i 。由于鎖相環(huán)的實(shí)時(shí)跟蹤性，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率f i 變化時(shí)，電路能自動(dòng)快速跟蹤并鎖定，始終滿足f o = Nf i 的關(guān)系，即采樣頻率為被測(cè)信號(hào)頻率的整數(shù)(N ) 倍。用該輸出去控制采樣/ 保持器，并啟動(dòng)A/ D 轉(zhuǎn)換，這樣就可以使N 個(gè)采樣點(diǎn)均勻分布在被測(cè)電網(wǎng)信號(hào)的一個(gè)整周波內(nèi)，消除了同步誤差，實(shí)現(xiàn)了無(wú)相位差的同步采樣。鎖相環(huán)相位鎖定時(shí),壓控振蕩器VCO 能在一定范圍內(nèi)自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)的頻率變化，在頻率有畸變的情況下也能確保數(shù)據(jù)的同步采樣，保證測(cè)量精度。

　　系統(tǒng)中的頻率跟蹤電路由專用鎖相芯片CD4046和分頻芯片CD4040 組成，以實(shí)現(xiàn)工頻信號(hào)的鎖相倍頻，分頻比為1/ 64。在工頻信號(hào)恰好為50 Hz 的情況下，該電路的鎖相倍頻頻率為50   64= 3 200 Hz，相當(dāng)于一個(gè)工頻周期內(nèi)有64 個(gè)采樣脈沖，頻率跟蹤鎖相電路接線圖如圖2所示。

圖2   鎖相環(huán)電路

　　由圖2 可看出，工頻方波信號(hào)由AIN 輸入，經(jīng)過(guò)倍頻的方波信號(hào)由VCOU T 輸出去觸發(fā)A/ D 芯片。

　　3   電壓電流調(diào)理電路設(shè)計(jì)

　　根據(jù)原理設(shè)計(jì)的電壓調(diào)理電路如圖3 所示。

圖3  電壓調(diào)理電路

　　設(shè)計(jì)中采用2 mA/ 2 mA 電流型互感器TV1013-1,采樣電阻為220 kΩ，最大可測(cè)電壓有效值為440 V； 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器大小，通過(guò)信號(hào)濾波、電壓抬升、功率放大將待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為0~ 5 V 的電壓信號(hào)Uout ，作為A/ D芯片的輸入信號(hào)； 同時(shí)采用過(guò)零比較法使Uout 與抬升零點(diǎn)比較產(chǎn)生工頻方波信號(hào)，作為鎖相環(huán)電路的輸入信號(hào)。

　　電流采集電路與電壓采集電路相似，只是電流信號(hào)衰減部分使用了sensor 系列精密電流互感器CHG200E 與TA1905 4 組成的兩級(jí)電流互感器，轉(zhuǎn)化比例為20 A/ 1. 25 mA，并且去掉了采樣電阻。具體電路如圖4 所示，電壓抬升電路省略； I out 為0~ 5 V 的電壓信號(hào)，輸入A/ D 芯片。

圖4  電流調(diào)理電路

　　4   TMS320LF2407 與雙AD7865 的接口設(shè)計(jì)

　　4. 1   接口電路設(shè)計(jì)

　　在交流采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要求精度為0  2% ~0  5% ，但T MS320LF2407 的10 位A/ D 轉(zhuǎn)換芯片的采樣精度為1/ 1 024，近乎0. 1%，但考慮到電路中的其他環(huán)節(jié)的誤差，已很難做到0. 2% 。為了適應(yīng)采樣法電力參數(shù)測(cè)量中同時(shí)采樣多路輸入信號(hào)及對(duì)電壓需較寬的測(cè)量范圍的要求，為此，本系統(tǒng)采用外接A/ D 的方法，通過(guò)T MS320LF2407 控制外部AD7865 轉(zhuǎn)換器對(duì)三相交流電壓、電流等電力參數(shù)進(jìn)行交流采樣。

　　TMS320LF2407 是T I 公司推出的一種面向數(shù)字控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的新型可編程DSP 控制器。它將一個(gè)高性能的16 位、定點(diǎn)、低功耗DSP 核和許多功能外設(shè)集成在單芯片上，提供了較高的集成度和較強(qiáng)的運(yùn)算能力，采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)和多總線形式，外加4 級(jí)流水線操作，使大多數(shù)匯編指令能在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。

　　AD7865 是美國(guó)AD 公司推出的14 位4 通道高速A/ D轉(zhuǎn)換器。其最快采樣速度為每通道2. 4 us； 具有4 路同步采樣輸入及4 個(gè)跟隨/ 保持放大器； 可單電源( + 5 V)工作； 具有寬輸入范圍( 最大為± 10 V ) ，低功耗和輸入過(guò)壓保護(hù)等功能。根據(jù)調(diào)理電路設(shè)計(jì)的具體要求，這里選擇AD78652 型A/ D 芯片，其輸入的模擬電壓范圍為0~ 5 V。

　　對(duì)于功率的計(jì)算，由式( 5) 可知，im 和um 必須為同一時(shí)刻的電流、電壓采樣值。為了簡(jiǎn)化軟件算法，消除電壓、電流依次采樣的時(shí)間差，采用適當(dāng)?shù)挠布�連接，用一條操作指令同時(shí)啟動(dòng)兩片AD7865，同時(shí)采樣對(duì)應(yīng)的三相電壓和電流，使得im ，um 為同一時(shí)刻的采樣值。

　　如圖5 所示為T(mén)MS320LF2407與雙AD7865 的接口電路原理圖，沒(méi)有涉及到的管腳未畫(huà)出。

圖5   TMS320LF2407 與雙AD7865 的接口電路

　　兩片AD7865 的14 位數(shù)據(jù)總線D0~ D13 均可直接連接到DSP 的數(shù)據(jù)總線上； 由鎖相環(huán)電路產(chǎn)生的采樣脈沖連接兩個(gè)AD7865 的引腳，采樣脈沖的上升沿將啟動(dòng)A/ D 轉(zhuǎn)換； 兩片AD7865 的寫(xiě)控制線直接連接到DSP 的線上； 而DSP 的與D15相或連接到AD7865 ( 1) 的，與相或連接到AD7865( 2) 的。為了方便讀出A/ D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，兩片ADC 的片選套用常規(guī)方法，由連續(xù)地址線譯碼所得，若在地址0xA000H ~ 0xA007H 范圍內(nèi)AD7865( 1) 有效，而AD7865 ( 2) 的片選則在0xA008H ~ 0xA00FH地址范圍內(nèi)有效。兩片AD7865 的BUSY 信號(hào)相或后連接到DSP 的
端，XINT1 為低電平時(shí)，表明兩片AD7865 的A/ D 轉(zhuǎn)換都已完成，輸出數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好,系統(tǒng)可采用查詢方式依次讀取兩片AD7865 中的A/ D轉(zhuǎn)換結(jié)果。

　　4. 2   軟件設(shè)計(jì)

　　工頻交流電標(biāo)準(zhǔn)頻率為50 Hz，周期為20 ms。根據(jù)T MS320LF2407 的主頻和AD7865 的A/ D 轉(zhuǎn)換速度和電力參數(shù)實(shí)用精度要求，一個(gè)工頻周期內(nèi)采樣64 個(gè)點(diǎn)，即采樣周期定為 312. 5 !s。

　　系統(tǒng)上電運(yùn)行后，由鎖相環(huán)電路產(chǎn)生的采樣脈沖同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)AD7865 運(yùn)行； 每次轉(zhuǎn)換完成后，DSP 按照I/ O 空間譯碼地址同時(shí)讀取兩個(gè)AD7865 芯片數(shù)據(jù)，并根據(jù)交流采樣的計(jì)算公式即可得出電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)等電力參數(shù)。圖6 為所設(shè)計(jì)程序的流程圖。

圖6   程序流程圖

　　5   實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　圖7 為電壓調(diào)理電路輸出的工頻方波信號(hào)和鎖相環(huán)電路產(chǎn)生的采樣脈沖信號(hào)。

圖7  鎖相環(huán)輸入、輸出波形

　　圖8 為220 V 交流信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理電路后的輸出波形，從波形可以看出電壓值均在0~ 5 V 之間，達(dá)到了AD7865 的采集范圍。

圖8   電壓調(diào)理波形

　　6   結(jié)  語(yǔ)

　　基于鎖相環(huán)和雙A/ D 的交流采樣技術(shù)解決了直流采樣硬件復(fù)雜、實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題。在電力參數(shù)的測(cè)量過(guò)程中，簡(jiǎn)化了外圍電路硬件，電參數(shù)精確穩(wěn)定，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和精度。另外，這種交流采樣算法還可以應(yīng)用于變電站的參數(shù)測(cè)量、微機(jī)繼電保護(hù)、故障錄波等場(chǎng)合，具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值。