MAX125在電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

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。

筆者以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)換結果進行移位，求補碼等必要的處理。

4 結束語

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)。