當(dāng)前位置:首頁(yè) > 電源 > 數(shù)字電源
[導(dǎo)讀]摘要:詳細(xì)介紹利用HCNR200及TMS320F2812內(nèi)置ADC采集交流電壓和負(fù)載電流信號(hào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。HCNR200是一款專門用于模擬信號(hào)隔離采樣的高精度線性光耦。它的使用能有效地將主電路與控制電路進(jìn)行隔離,并具有較高的線性度

摘要:詳細(xì)介紹利用HCNR200及TMS320F2812內(nèi)置ADC采集交流電壓和負(fù)載電流信號(hào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。HCNR200是一款專門用于模擬信號(hào)隔離采樣的高精度線性光耦。它的使用能有效地將主電路與控制電路進(jìn)行隔離,并具有較高的線性度,檢測(cè)誤差小。DSP內(nèi)置ADC為12位轉(zhuǎn)換器,具有轉(zhuǎn)換精度高,轉(zhuǎn)換時(shí)間短(12.5 MSPS),設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:HCNR200;TMS320F2812;模擬隔離;交流采樣

0 引 言
    在三相變頻電源設(shè)計(jì)中,需要采樣交流電壓及負(fù)載電流,用以實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)控制和保護(hù),因此交流電壓、電流采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到變頻電源的性能。三相變頻電源以TMS320F2812(簡(jiǎn)稱F2812)為控制芯片,該芯片內(nèi)置16通道的12位ADC。采用F2812內(nèi)置ADC進(jìn)行交流采樣時(shí),避免了復(fù)雜的硬件設(shè)計(jì),并降低了成本。電源要求輸出線電壓為380 V,輸出功率為3 kW。要采集該交流電壓、電流信號(hào)并送到DSP芯片,必須設(shè)計(jì)隔離電路,用以防止高電壓、強(qiáng)電流串入控制系統(tǒng),燒壞低壓器件。HCNR200是一款用于模擬信號(hào)隔離的專用高精度線性光耦。本文詳細(xì)介紹了利用F2812的內(nèi)置ADC,并結(jié)合HCNR200進(jìn)行交流電壓、電流的采樣。

1 TMS320F2812內(nèi)置ADC簡(jiǎn)介
    TMS320F2812芯片系TI公司于2003年底推出的32位定點(diǎn)DSP,是一款高性能、滿足電機(jī)實(shí)時(shí)性控制要求的控制器,工作頻率最高可達(dá)150 MHz,其內(nèi)置了16通道,12位ADC,含兩路采樣保持器,一個(gè)轉(zhuǎn)換單元,可實(shí)現(xiàn)雙通道同步采樣,最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為80 ns。內(nèi)置ADC的外設(shè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。


    模擬量由16個(gè)通道輸入,被分為A,B兩組,ADCINA0~7為A組,ADCINBO~7為B組,每組都有一個(gè)完全獨(dú)立的多路選擇器和采樣保持器,共用一個(gè)12位ADC。整個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)序和轉(zhuǎn)換過(guò)程都由ADC時(shí)序控制自動(dòng)機(jī)完成,不需要DSP中央處理單元的干預(yù)。編程時(shí)只需要配置寄存器,設(shè)定合適的值,自動(dòng)機(jī)就會(huì)按照設(shè)定的順序和模式自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)多通道ADC,并將其結(jié)果寫(xiě)入到16 Word的轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器中。結(jié)果寄存器為雙緩沖結(jié)構(gòu),這就保證對(duì)于結(jié)果寄存器、自動(dòng)機(jī)的寫(xiě)操作和中央處理單元的讀操作不會(huì)產(chǎn)生時(shí)序沖突,大大提高了DSP的并行運(yùn)行能力。輸入管腳ADCSOC是ADC的外部觸發(fā)輸入,用于要求嚴(yán)格同步觸發(fā)采樣的場(chǎng)合。ADC的時(shí)序基準(zhǔn)頻率由處理器的主頻分頻提供,可以通過(guò)改動(dòng)相關(guān)配置寄存器的值來(lái)設(shè)定分頻系數(shù),從而改變ADC的轉(zhuǎn)換速率。[!--empirenews.page--]
    TMS320F2812的ADC有4種工作模式:觸發(fā)順序模式、觸發(fā)同步模式、周期順序模式和周期同步模式。
    通道的模擬電壓容許輸入范圍在0~3 V之間。對(duì)于交流采樣系統(tǒng),必須為前級(jí)的運(yùn)放電路提供電平偏置和保護(hù)。

2 HCNR200簡(jiǎn)介及其工作原理
    HCNR200光電耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中,LED為發(fā)光二極管;PD1,PD2是兩個(gè)相鄰匹配的光敏二極管。光敏二極管的PN結(jié)在反向偏置狀態(tài)下運(yùn)行,它的反向電流與光照強(qiáng)度成正比,這種封裝結(jié)構(gòu)決定了每個(gè)光敏二極管都能從LED得到近似相等的光強(qiáng),從而消除了LED的非線性和偏差特性所帶來(lái)的誤差。當(dāng)電流If流過(guò)LED時(shí),LED發(fā)出的光被耦合到PD1和PD2,在器件輸出端產(chǎn)生與光強(qiáng)成正比的輸出電流IPDI和IPD2。PD1用來(lái)調(diào)節(jié)If,以補(bǔ)償LED的非線性和漂移特性;IPD2與PD1發(fā)出的伺服光通量成線性比例。其中。If,IPD1和IPD2滿足以下關(guān)系:

式中:K1,K2分別為輸入/輸出光電二極管的電流傳輸比,其典型值均在0.05%左右,K為傳輸增益。當(dāng)一只HCNR200被制造出來(lái)后,其輸出側(cè)光電流IPD2和輸入側(cè)光電流IPD1之比是一個(gè)恒定值K,K在1±O.15之間。

    這種先進(jìn)的光電二極管調(diào)整設(shè)計(jì)確保了光電耦合器HCNR200的高線性度和穩(wěn)定性,可以較好地實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的隔離。

3 硬件電路設(shè)計(jì)
    假設(shè)三相變頻電源接三角形負(fù)載,則在三相負(fù)載的每相上串一精密小電阻,通過(guò)檢測(cè)小電阻的端電壓就可以由DSP中斷程序計(jì)算出所需的電壓、電流值。由HCNR200構(gòu)成的電壓采集電路如圖3所示。電路由反饋電路、隔離電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、限幅電路等幾部分構(gòu)成。兩個(gè)運(yùn)放接在不同的工作電源和地上,實(shí)現(xiàn)了隔離。運(yùn)放選擇高精度運(yùn)放CA3130A,該運(yùn)放采用15 V單電源供電,最大共模輸入電壓為15 V,最大輸出電壓為13.3 V,負(fù)載為2 kΩ。


    圖3中,U1構(gòu)成反饋電路。利用PD1檢測(cè)LED的光輸出量,并自動(dòng)調(diào)整通過(guò)LED的電流,以補(bǔ)償LED光輸出的變化及任何其他原因引起的非線性,因此該反饋放大器主要用于穩(wěn)定LED的光輸出,并使其線性化。輸入信號(hào)Vin是被測(cè)量,由采樣電阻兩端的交流電壓經(jīng)二極管整流得到,其范圍取在O~5 V之間。[!--empirenews.page--]
    U2組成輸出電路。進(jìn)行電流與電壓之間的轉(zhuǎn)換,用以將輸出光敏二極管PD2輸出的穩(wěn)定、線性變化的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并輸出。
    If的范圍為1~20 mA。根據(jù)運(yùn)放最大輸出電壓為13.3 V,結(jié)合IPD1=0.005If,R3不宜過(guò)大,取200 Ω。光電二極管PD1的電流為:

    由于IPD1的取值一般小于50μA,且實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在選用R2時(shí),實(shí)際值比理論計(jì)算值要大一些,這樣才能取得更好的隔離效果,故選取R2=200 kΩ。

    在實(shí)際工程中,選用R4=470 kΩ的電位器,用以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。
    在輸出端加一個(gè)二極管限幅電路,限制Vout在O~3 V以內(nèi)。

4 軟件設(shè)計(jì)
    運(yùn)用TMS320F2812內(nèi)置ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí),程序首先對(duì)ADC進(jìn)行初始化,當(dāng)ADC非常忙時(shí),啟動(dòng)ADC通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換,主程序進(jìn)入死循環(huán);當(dāng)ADC正常轉(zhuǎn)換完畢后,進(jìn)入中斷服務(wù)子程序。中斷服務(wù)程序?qū)DC轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入存儲(chǔ)器中,進(jìn)行必要數(shù)字濾波、補(bǔ)償?shù)忍幚?,然后再次啟?dòng)A/D通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換,如此循環(huán)往復(fù)。程序設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言編寫(xiě)源程序,主程序流程圖如圖4所示。


5 結(jié) 語(yǔ)
    實(shí)踐證明,利用TMS320F2812內(nèi)置ADC,并結(jié)合模擬信號(hào)隔離用高精度線性光耦HCNR200構(gòu)成的交流信號(hào)采集電路,具有硬件電路及軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、高精度、高線性度、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),有效地解決了模擬信號(hào)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)隔離的問(wèn)題。在電流、電壓雙閉環(huán)控制的變頻電源設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉