基于MAX125轉(zhuǎn)換器和TMS320LF2407A芯片實現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1、引言

電路系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控的實時性要求較高，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多路進行采樣計算顯得困難甚至難以實現(xiàn)，為了克服以上不足，滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求，將先進的數(shù)字信號處理技術應用到電力系統(tǒng)中充分發(fā)揮其快速強大的運算及并行運行處理能力，滿足電力系統(tǒng)監(jiān)控實時性和處理算法的復雜性等要求，并為不斷發(fā)展的新理論和新算法應用于電力系統(tǒng)的實踐奠定技術基礎。

以TMS320LF2407A型DSP為控制核心，設計了響應快、延時小和沒有相位偏移的電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，在整個控制系統(tǒng)中，信號采集單元的轉(zhuǎn)換精度決定整個控制系統(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，對于交流信號需要另外設計限幅升壓電路，同一排序器內(nèi)各通道的串擾嚴重，所以10位的轉(zhuǎn)換精度難以滿足高性能系統(tǒng)的要求，由于本應用對采集精度要求高，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)設采樣/保持器（T/H），單次轉(zhuǎn)換時間為3μs，通過對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±17V，而且某個通道的損壞不會影響整個電路的正常工作，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計，該數(shù)據(jù)采集通道能較好地滿足系統(tǒng)的實時性要求，圖1示出MAX125的內(nèi)部結(jié)構。

圖2為MAX125的工作時序，每個CONVST脈沖啟動1－4個T/H轉(zhuǎn)換，MAX125初始化后，設置工作模式為0X0002，系統(tǒng)利用2個MAX125的CH1A、CH2A、CH3A通道分別對三相電壓和三相電流進行轉(zhuǎn)換，即每個MAX125只有3個通道需要轉(zhuǎn)換，每個通道的轉(zhuǎn)換時間為3μs，轉(zhuǎn)換三個通道需要9μs，采樣速率最高為100kS/s。

？

通過CONVST脈沖啟動MAX125的轉(zhuǎn)換，大約9μs后，3個通道轉(zhuǎn)換完畢，產(chǎn)生1個中斷信號，中斷信號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GAL給MAX125的RD引腳施加讀脈沖，3個連續(xù)的讀操作可以讀取3個連續(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)設計

MAX125擁有A、B2組信號輸入端，每組4個輸入通道，內(nèi)置4路采樣保持器，在實際應用中分別采集負載電流、補償電流、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的工作負擔，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作為電平轉(zhuǎn)換器，MAX125的輸出DOD13接入74AHCT245鎖存后進行電平轉(zhuǎn)換，再進入TMS320LF2407的數(shù)據(jù)總線，74AHCT245的工作電壓為3.3V，輸出信號電平為3.3V，可以接受5.5V的輸入信號，本設計中使用了2個74AHCT245作為電平轉(zhuǎn)換單元，輸入數(shù)據(jù)來自MAX125的14位數(shù)據(jù)，多余的2路輸入引腳接地，輸出信號接入TMS320LF2407的DO－D15引腳，2個74AHCT245控制信號由GAL發(fā)出。電路原理如圖4所示。

控制系統(tǒng)的主要指令都在定時器中完成，圖5示出定時器周期中斷服務程序的流程。當定時器計數(shù)器的值與定時器周期寄存器的值相等時，產(chǎn)生周期中斷請求，中斷被響應后就進入中斷服務程序，確認中斷源正確后，首先啟動外部A/D轉(zhuǎn)換器，采集負載電流、補償電流、電容器電壓，再對轉(zhuǎn)換結(jié)果進行移位，求補碼等必要的處理。

4、 結(jié)束語

此電力系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設計以TSM320LF2407A型DSP為核心，功能強大，可拓展性強。A/D轉(zhuǎn)換選用14位MAX125型轉(zhuǎn)換器，可以多個通道同時采集，轉(zhuǎn)換精度高，實驗驗證信號采集模塊的工作穩(wěn)定可靠，已經(jīng)批量投產(chǎn)。

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