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

　　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CHG-200E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;Iout為0～5 V的電壓信號(hào)，輸入A/D芯片。

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　　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TMS320LF2407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TMS320LF2407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TI公司推出的一種面向數(shù)字控制系統(tǒng)開發(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 μs;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AD7865-2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B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TMS320LF2407與雙AD7865的接口電路原理圖，沒有涉及到的管腳未畫出。

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　　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0xA 000H～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)TMS320LF2407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312.5μs。

　　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。

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　　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)。

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　　圖8為220 V交流信號(hào)經(jīng)過調(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。

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　　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)性差等問題。在電力參數(shù)的測(cè)量過程中，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。具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值。

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