如何在智能電網(wǎng)中大量監(jiān)視、測量電流及電壓數(shù)據(jù)

智能電網(wǎng)中的“智能”源自電網(wǎng)所具有的測量、控制和通信功能。一旦完成測量，配電公司和用戶之間生成一個能夠保護、監(jiān)視和優(yōu)化互連組件運行的自動且分布廣泛的電網(wǎng)。這個全新的自動網(wǎng)絡(luò)可以使公共事業(yè)公司對于用戶的需求做出更有效的響應(yīng)，并且能夠使用戶通過不斷獲得更多的信息來控制用電量。

在目前的復(fù)雜電網(wǎng)中，需要監(jiān)視或測量的電流和電壓通道的數(shù)量正在快速增長。與這點直接相關(guān)的是如何處理手頭的大量模擬輸入，然后在信號數(shù)字化后，怎樣在不使處理器接口負(fù)擔(dān)過重的情況下將這些數(shù)據(jù)輸入到處理器中。

一個合并單元就是使用通信網(wǎng)絡(luò)將物理模擬世界與數(shù)字世界連接在一起的接口。模擬信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過基于IEC 61850-9-2（采樣值）通信協(xié)議的以太網(wǎng)進行傳輸。

TI針對合并單元中所使用的模擬前端 (AFE) 的參考設(shè)計 (TIDA-00307) 顯示了如何通過添加額外的逐次逼寄存器 (SAR) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，將多個通道（一次8條通道）以模塊化的方式添加在一起來增加信號處理能力。

然后，多個ADC可通過使用SPI和ADC上提供的菊花鏈功能被連接在一起，從而最大限度地減少多個ADC到控制器的互聯(lián)互通開銷。

參考設(shè)計中使用的ADS8688 SAR ADC的數(shù)據(jù)吞吐量為500kSPS。此器件針對每個輸入通道的集成式模擬前端電路，具有高達±20V的過壓保護，一個支持自動和手動掃描模式的8通道復(fù)用器，以及一個具有極低漂移的片上4.096V基準(zhǔn)。由單個5V模擬電源供電運行，器件上的每個輸入通道可以支持±2.56V，±5.12V和±10.24V的真正雙極輸入范圍。

此器件還提供二階抗混疊濾波器，ADC驅(qū)動器放大器和一個擴展工業(yè)溫度范圍。此外，這個解決方案可實現(xiàn)同時采樣。當(dāng)兩個器件以菊花鏈的方式連接在一起，并且同一芯片被置為有效，用于采樣的話，ADC1的CH0和ADC2的CH0之間的采樣延遲將最小。

TI的這個解決方案顯示出合并單元是如何能夠以模塊化的方式實現(xiàn)，從而可以根據(jù)需要輕松增加通道數(shù)量，以及如何在不過度增加處理器接口負(fù)擔(dān)的情況下實現(xiàn)ADC與處理器的對接。此外，這個解決方案不但緊湊小巧，具有高集成度，而且在使用多個ADC時可實現(xiàn)同時采樣。