MAX125在電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
1 引言
電路系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控的實(shí)時(shí)性要求較高,不僅含有頻率、電壓、電流、有功、無功、諧波分量、序分量等,而且有些采集的特征量頻率變化快而且復(fù)雜,如暫態(tài)突變量、高頻的故障行波等,普通的采集處理方法對(duì)多路進(jìn)行采樣計(jì)算顯得困難甚至難以實(shí)現(xiàn),為了克服以上不足,滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求,將先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中充分發(fā)揮其快速強(qiáng)大的運(yùn)算及并行運(yùn)行處理能力,滿足電力系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)性和處理算法的復(fù)雜性等要求,并為不斷發(fā)展的新理論和新算法應(yīng)用于電力系統(tǒng)的實(shí)踐奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
筆者以TMS320LF2407A型DSP為控制核心,設(shè)計(jì)了響應(yīng)快、延時(shí)小和沒有相位偏移的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng),在整個(gè)控制系統(tǒng)中,信號(hào)采集單元的轉(zhuǎn)換精度決定整個(gè)控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。TMS320LF2407帶有內(nèi)置采樣和保持電路的10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,但只能接收0V－3.3V的單極性信號(hào),對(duì)于交流信號(hào)需要另外設(shè)計(jì)限幅升壓電路,同一排序器內(nèi)各通道的串?dāng)_嚴(yán)重,所以10位的轉(zhuǎn)換精度難以滿足高性能系統(tǒng)的要求,由于本應(yīng)用對(duì)采集精度要求高,要求采用14位A/D轉(zhuǎn)換器,所以采用Maxim公司的MAX125型轉(zhuǎn)換器作為信號(hào)采集單元的核心。
2 MAX125的特性和工作原理
MAX125是8通道高速14位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,它內(nèi)設(shè)采樣/保持器（T/H）,單次轉(zhuǎn)換時(shí)間為3μs,通過對(duì)MAX125寫控制字,可以使之工作于單通道轉(zhuǎn)換,也可以使之工作于多通道的連續(xù)轉(zhuǎn)換,且其轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)具有緩沖功能,DSP可以方便地讀取,MAX125采用雙極性供電,輸入電壓范圍為±5V,轉(zhuǎn)換器的最高輸入過電壓高達(dá)±17V,而且某個(gè)通道的損壞不會(huì)影響整個(gè)電路的正常工作,表1給出MAX125的工作模式,MAX125較好地滿足了精度要求,通過合理的控制電路設(shè)計(jì),該數(shù)據(jù)采集通道能較好地滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求,圖1示出MAX125的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖2為MAX125的工作時(shí)序,每個(gè)CONVST脈沖啟動(dòng)1－4個(gè)T/H轉(zhuǎn)換,MAX125初始化后,設(shè)置工作模式為0X0002,系統(tǒng)利用2個(gè)MAX125的CH1A、CH2A、CH3A通道分別對(duì)三相電壓和三相電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換,即每個(gè)MAX125只有3個(gè)通道需要轉(zhuǎn)換,每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間為3μs,轉(zhuǎn)換三個(gè)通道需要9μs,采樣速率最高為100kS/s。
通過CONVST脈沖啟動(dòng)MAX125的轉(zhuǎn)換,大約9μs后,3個(gè)通道轉(zhuǎn)換完畢,產(chǎn)生1個(gè)中斷信號(hào),中斷信號(hào)傳送到可編程邏輯控制器（GAL）中,由GAL通知DSP讀取采樣數(shù)據(jù),同時(shí)GAL給MAX125的RD引腳施加讀脈沖,3個(gè)連續(xù)的讀操作可以讀取3個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù),圖3示出采集通道的原理框圖。
3 采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
MAX125擁有A、B2組信號(hào)輸入端,每組4個(gè)輸入通道,內(nèi)置4路采樣保持器,在實(shí)際應(yīng)用中分別采集負(fù)載電流、補(bǔ)償電流、電源電流和逆變器直流側(cè)的電容器電壓。MAX125可以和DSP并行工作以減輕DSP的工作負(fù)擔(dān),MAX125的輸出數(shù)據(jù)要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后才能送到TMS320LF2407的數(shù)據(jù)線上,如果直接將MAX125的輸出直接送到TMS320LF2407的數(shù)據(jù)輸入引腳上,則有可能超過TMS320LF2407的引腳的耐壓值（3.6V）,本系統(tǒng)使用74AHCT245
