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基于TMS320F28335的电能质量分析设计交流电压部分doc
基于TMS320F28335的电能质量分析设计交流电压部分
在科技飞速发展的今天,各种各样的用电设备相继产生,当有些电气设备投入到电网时,会对电网电压产生干扰,影响电网的电能质量,尤其是大型电力电子设备投入使用后,对电网的影响更大。在这种环境下,产生了各种电能质量分析设备,对电网某个结点进行监测,实时记录电网波动,利用大量数据对电网进行评估。电能质量分析设备一般都很贵,很难在学习的过程中使用到,尤其是对个人的学习。本文将介绍如何进行电能质量检测,怎样做一个简单的电能质量分析仪。
通过这个题目,相应我们会学习到TI公司生产的MCU控制器TMS320F28335,这也是电力电子行业应用很多的控制器芯片。电能质量分析包括很多方面,例如:电压(幅值、相位、频率)、电流(幅值、相位、频率)、功率、功率因数、三相电压不平衡度、电压闪变、谐波含量等,很多国际标准对这些也有明确的定义,这里不再详述,本文主要介绍电压有效值、频率、谐波含量进行分析。
1 芯片简介:
TMS320F28335芯片简介
l 高性能静态CMOS技术
高达150MHZ(6.67ns的周期时间);
l 高性能32位CPU
IEEE-754单精度浮点单元
哈佛流水线结构
快速中断响应处理
统一的内存管理模式
使用C/C++ 和汇编语言
l 6通道的DMA控制器(用于ADC、McBsp、ePWM、XINTF和SARAM)
l 16位或32位外部接口XINTF
l 片上存储器
256K*16 Flash ,34K*16 SARAM,1 Kx16 OTPROM
8K*16 Boot ROM(支持软件引导模式SCI、SPI、CAN、I2C、McBSP、XINTF和并行IO)
l 时钟和系统控制
支持动态锁相环PLL; 片载振荡器; 安全装置定时模块
l GPIO0~GPIO63引脚可以连接到八个外部内核中断其中的一个
l 支持58个外设中断的PIE模块(外设中断扩展)
l 增强型的外设模块:
18个PWM输出,包含6个高分辨率脉宽调制模块(HRPWM)、6个事件捕获输入,2通道的正交调制模块(QEP);
l 3个32位定时器
l 串行端口外设
2个局域网控制器CAN模块
3个SCI模块(SCIA、SCIB、SCIC)
2个McBSP模块(可配置为SPI)
1个SPI
1个I2C
l 12位,16通道模数转换ADC
80ns转化率;2*8通道复用输入器;两个采样保持;同时支持多通道转换
EP4CE10E22C8N芯片简介
低成本、低功耗的 FPGA架构:
l 10,320逻辑单元
l 414 Kb的嵌入式存储器
l 23个 18 × 18 乘法器,实现DSP处理密集型应用
l 2个通用PLL
l 10个全局时钟网络
l 91个I/O
l 21个LVDS
AD7606芯片简介
l 8路同步采样输入
l 真双极性模拟输入范围:±10 V、±5 V
l 5V模拟单电源,2.3V至+5V VDRIVE
l 1MΩ模拟输入阻抗
l 模拟输入箝位保护
l 二阶抗混叠模拟滤波器
l 高吞吐速率:200 kSPS(所有8个通道)
l 灵活的并行/串行接口
l 95.5 dB SNR, -107 dB THD
l ±0.5 LSB INL, ±0.5 LSB DNL
l 低功耗:100 mW 待机功耗:25 mW
l 64引脚LQFP 封装
2 设计概要
a 电压采样电路设计
交流电压采样是把额定有效值电压220V 50Hz信号转换为运算放大电路、模数转换器可接受的电压水平。
传统转换方式是通过电压互感器,把高电压转换为低电压,高压侧与低压侧电气隔离,二次侧不需要外部电源功能,但是电压互感器的响应速度较慢,不能测量直流分量,在要求响应速度较快的系统中,受到了限制。
新型的电流型霍尔元件,不仅响应速度快,也能测量直流分量,通过限流电阻,将高电压转换成低电流,然后经过电流型霍尔元件隔离输出电流,再经取样电阻转换成电压,电压转换精度受霍尔元件线性度影响,高精度霍尔一般成本较高。
在交流电压转换方式中还有一种,通过差分放大电路,将高电压信号转换成低电压信号,此类转换方式相对控制灵活,可通过选择运放和周边器件控制信号转换的响应速度,成本也相对较低,但是,给运算放大器供电电源与测量交流电压应该隔离,当测量多个信号时,应考虑信号间干扰。
本项目综合考虑到成本、性能、精度问题,采用差分放大电路进行电压转换,转换电压要求:
输入电压:400V (幅值)
输出电压:6V (幅值)
变比:400:6
为了尽可能增大差分放大电路的输入阻抗,设计两级放大电路,先通过差分放大电路,将信号缩小到2V左右,再经后级的反向放大电路放大3倍。电路图如下所示:
在运放同向输入与反向输入间加入反并联的电压钳位二极管,保护输入端,在正输入
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