CAN總線電能質(zhì)量監(jiān)控器的電源設(shè)計

1、.：.；CAN總線電能質(zhì)量監(jiān)控器的電源設(shè)計佟為明，袁帥哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電氣工程系, 黑龍江 哈爾濱 摘要：為滿足CAN總線電能質(zhì)量監(jiān)控器中各單元電路對多種等級電壓的需求，在給出了安裝的硬件構(gòu)造的根底上，設(shè)計了由開關(guān)電源、DC/DC電源模塊和穩(wěn)壓電源芯片組成的電源單元。為處理安裝中.V和V器件相互傳輸信號的問題，設(shè)計了電平轉(zhuǎn)換電路。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量監(jiān)測； 多等級電壓；電源模塊；電平轉(zhuǎn)換Design of Power for Power quality monitoring device based on CAN busTONG Wei-ming，YUAN Shuai(Harbin Institu

2、te of Technology，Harbin ，China)Abstract: In order to satisfy the demand for multi-grade voltage of the element circuits in the Power quality monitoring device based on CAN bus, a power supply unit which consists of the switching power supply, DC/DC power module and voltage-stabilized chips is design

3、ed on the foundation of the devices hardware. The switching circuit between .V and V electrical levels is designed for transmitting signal each other. Keywords: power quality monitoring；multi-grade voltage；power module；level-translation引言 現(xiàn)代社會中，電能是一種最為廣泛運用的能源，其運用程度是一個國家開展程度的主要標(biāo)志之一。高質(zhì)量的電能對于保證電網(wǎng)和電氣設(shè)備平

4、安、穩(wěn)定、經(jīng)濟運轉(zhuǎn)，提高產(chǎn)質(zhì)量量和保證居民正常生活有著重要的意義。隨著時代提高和科技的飛速開展，現(xiàn)代電網(wǎng)與負荷構(gòu)成出現(xiàn)新的變化趨勢，由此帶來的電能質(zhì)量問題越來越引起電力部門和電力用戶的高度注重。一方面，沖擊性負荷、非線性負荷使電網(wǎng)出現(xiàn)諸如諧波畸變、電壓凹陷、電壓閃變等較為嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題；另一方面，隨著計算機技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的開展，以計算機和微處置器為中心的對電能質(zhì)量擾動敏感的高自動化和高智能化的電子設(shè)備和精細工業(yè)對電能質(zhì)量提出了越來越高的要求,，因此開發(fā)電能質(zhì)量監(jiān)測安裝非常必要。電源系統(tǒng)是一個安裝中最重要的部分之一，它對于提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性至關(guān)重要。由于電能質(zhì)量監(jiān)測安裝集丈量、計算、

5、控制、通訊等功能于一體，因此普遍存在多種等級電壓共存、電源之間需求隔離和電平轉(zhuǎn)換的問題?，F(xiàn)有的文獻大多偏重于引見電能質(zhì)量監(jiān)測安裝的功能，對電源問題沒有詳細論述,。本文重點分析了CAN總線電能質(zhì)量監(jiān)控器內(nèi)各單元電路對電源的需求，并從外圍電路芯片和元器件參數(shù)的選擇思索，設(shè)計了由開關(guān)電源、DC/DC電源模塊和穩(wěn)壓電源芯片組成的電源系統(tǒng)。同時，為處理.V和V器件之間的信號電平銜接的問題，設(shè)計了電平轉(zhuǎn)換電路。實踐運轉(zhuǎn)情況闡明，該電源系統(tǒng)和電平轉(zhuǎn)換電路能保證各單元電路穩(wěn)定、可靠的任務(wù)。 安裝硬件構(gòu)造引見本安裝是集丈量、控制、通訊和顯示為一體的智能儀表。其硬件主要由CPU單元、存儲器單元、信號采集單元、CA

6、N通訊單元、人機接口單元、遙信/遙控單元等個單元組成。圖所示為該安裝的硬件構(gòu)造框圖。 本電能質(zhì)量安裝采用雙CPU雙口RAM構(gòu)造。兩個CPU分別選擇DSPDigital Signal Processor和ARMAdvanced RISC Machines。DSP主要用于電力信號采集、根本電力參數(shù)計算、電能質(zhì)量參數(shù)計算與分析，此外還要實現(xiàn)事件記錄、缺點報警、遙控/遙信等功能。ARM主要用于實現(xiàn)電力參數(shù)顯示、網(wǎng)絡(luò)通訊CAN和RS-、鍵盤操作等。DSP芯片選用TI公司的TMSF，利用其運算速度快、擅長數(shù)字信號處置的優(yōu)點進展數(shù)據(jù)采集、計算，并在發(fā)生異常情況時進展事件記錄和錄波。ARM選用Samsung公

7、司的SCBX，利用其豐富的內(nèi)部資源完成人機接口與通訊功能。雙口RAM用于雙CPU間的高速數(shù)據(jù)交換，采用IDT公司的IDTVL。網(wǎng)絡(luò)化是智能儀表的開展方向，本安裝提供了CAN總線接口。經(jīng)過CAN總線，該安裝從站可以向上位機主站實時地傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警信息，同時也可接納上位機的配置信息和控制命令。CAN通訊單元主要由獨立CAN控制器SJA和CAN收發(fā)器PCAC構(gòu)成。圖 硬件構(gòu)造框圖 電源設(shè)計. 電源配置的分析 本CAN總線電能質(zhì)量監(jiān)控器的電源系統(tǒng)比較復(fù)雜，電源配置如下圖。本安裝需求為繼電器提供+V電壓，為AD芯片和運放芯片提供+V和-V電壓，為液晶模塊、CAN控制器和AD芯片提供+V電壓，為大多數(shù)

8、芯片提供+.V電壓，為DSP提供+.V電壓，為ARM提供+.V電壓，除此之外，還需為CAN接口和RS-接口提供隔離的+V電壓。因此，選用開關(guān)電源、DC/DC電源模塊和穩(wěn)壓電源芯片共同組成所需的電源單元。對于電源模塊的選擇應(yīng)從個方面來思索：額定輸入電壓及輸入電壓范圍；所需的額定輸出電壓；輸出功率。在確定了電源模塊的輸入、輸出電壓后，計算出額定負載時所需的功率，從可靠性的角度思索，實踐負載為額定負載的%比較適宜。. 電源模塊的選型 首先是開關(guān)電源的選擇，根據(jù)實踐情況，他們需求輸入電壓交流V，輸出電壓直流V和V，并且V和V之間是隔離的開關(guān)電源模塊。根據(jù)測算，本安裝中彩色液晶模塊所需額定功率為W左右，

9、其它電路總共需求的功率約為W。因此，他們選取了德創(chuàng)公司的BJ型開關(guān)電源模塊，它的最大功率為.W，輸出+V和+V。 此外，選用了深圳安時捷公司消費的隔離穩(wěn)壓輸出的DC/DC電源模塊HDW-D和HDW-S。經(jīng)過HDW-D將開關(guān)電源輸出的V電壓轉(zhuǎn)換得到+V和-V電壓，給AD芯片和運放芯片供電；經(jīng)過HDW-S將V電壓轉(zhuǎn)換得到+V電壓，給CAN總線接口和RS-接口供電。這個V電源與開關(guān)電源提供的V是隔離，這樣能有效的防止因總線上的電壓瞬變給其它單元電路呵斥的損害。 本安裝的大多數(shù)芯片任務(wù)在+.V電壓下，DSP芯片的內(nèi)核任務(wù)電壓為+.V，ARM芯片的內(nèi)核任務(wù)電壓為+.V。因此，選用了TI公司消費的低壓差穩(wěn)

10、壓電源芯片TPSD和TPSD，它們能提供最大A的電流，足以滿足一切單元電路的需求。其中TPSD電源芯片實現(xiàn)+V電平到+.V和+.V電平的轉(zhuǎn)換；TPSD電源芯片實現(xiàn)+V電平到+.V和+.V電平的轉(zhuǎn)換。該電源芯片與開關(guān)電源輸出的+V是共地的。圖 電源配置表示圖 電平轉(zhuǎn)換電路 由于本電能質(zhì)量監(jiān)控器的硬件電路中，并不是一切芯片的任務(wù)電壓都是+.V，也有的芯片的任務(wù)電壓為+V，不同邏輯規(guī)范的電平普通不能直接接口。而且即使.V器件具有V容限，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定最好還是經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后再銜接。因此，選用了雙電壓供電的電平轉(zhuǎn)換芯片SNALVC，它提供路+.V和+V的電平轉(zhuǎn)換，允許從低到高A到B或高到低B到A的轉(zhuǎn)換，

11、能保證兩邊端口的輸出都能到達滿電源幅值，并且具有很好的噪聲抑制性能。電平轉(zhuǎn)換電路表示圖如下圖。圖 .VV電平轉(zhuǎn)換電路表示圖 結(jié)論 在設(shè)計CAN總線電能質(zhì)量監(jiān)控器的電源單元時充分思索了輸入電壓的范圍、輸出電壓的等級、所需的額定功率和哪些電源需求隔離，選用開關(guān)電源、DC/DC電源模塊和穩(wěn)壓電源芯片共同提供所需的電源。實踐運轉(zhuǎn)情況闡明，此設(shè)計對電源配置合理，而且所選擇的電源模塊能保證安裝穩(wěn)定任務(wù)。 為處理安裝中.V和V器件相互傳輸信號的問題，設(shè)計了電平轉(zhuǎn)換電路，能保證數(shù)字邏輯器件接口平安可靠。參考文獻：全國電壓電流等級和頻率規(guī)范技術(shù)委員會電壓電流頻率和電能質(zhì)量國家規(guī)范運用手冊M北京：中國電力，McGranaghan, M Trends in power quality monitoringJIEEE Power Engineering Review， ，()：- 林海雪現(xiàn)代電能質(zhì)量的根本問題J電網(wǎng)技術(shù)，：-賀建閩，黃治清電能質(zhì)量遠程在線實時監(jiān)測系統(tǒng)研討J鐵道學(xué)報，()：-潘曉杰，劉滌塵，鄒江峰基于DSP的電能質(zhì)量在線監(jiān)測安裝J高電壓技術(shù)，