2.2 同步方波变换电路及频率采样
为了保证励磁装置采样的精度,必须使采样频率具有快速的自适应能力,同步跟踪机端电量的频率变化。 如图3 所示,所设计的同步方波变换电路由迟滞电压比较电路、高速光耦、锁相倍频电路和脉冲整形电路组成。其中,由U1A (LM339的1/4)和Q1 (9012) 组成的迟滞比较电路将正弦波输入信号变为0～5V的同频率方波信号,同时利用迟滞电压特性消除输入信号在过零点可能出现的抖动现象。高速光耦6N137把模拟部分和数字部分电路隔离开,同时进一步隔离了强弱电之间的电气连接。锁相倍频电路由锁相环电路U2(CD4046)和十进制分频电路CD4017组成,按每周波采样40点计算,两片CD4017完成40分频。由于锁相环的相位负反馈作用,当锁相环锁定时(D5为锁定指示灯),U6_7
的输出信号与U2_14的输入信号同步,也即与正弦输入信号同步,此时U2_4的输出信号频率为正弦信号频率的40倍,并且跟随其同步变化。
U6_7输出的同步信号经分压后,被送入
TMS320F2812的捕获模块CAP1,用于频率的测量,以满足
励磁控制中后续的电力系统稳定器(PSS)和V/F限制的需要。U2_4输出的同步倍频信号经CD4528脉宽整形后得到合适的脉冲信号,作为A/D采样保持的触发信号。本采样模块通过硬件锁相同步,避免了软件同步中的中断响应时间不确定性,可以获得更高的同步精度。如果需要改变每周波采样的点数,仅需改变CD4017引脚复位的连线即可。
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图3 同步方波变换及锁相环倍频电路
2.3 模/数转换及控制电路
TMS320F2812芯片上有一个12位、转换频率为25MHz的A/D转换器,其前端为两个8选1的多路切换器和两路同时采样/保持器,在要求不很高时完全可利用其构成同步顺序采样电路,或者增加外部采样保持器后构成同步采样。考虑到发电机励磁控制装置电量检测的重要性和其对电量采集精度、速度的较高要求,本系统采样模块中选用了外置的六通道16位模/数转换器ADS8364。其内部包括六个高速采样-保持放大器、六个高速ADC、一个参考电压源及三个参考电压缓冲器,可以提供250kSPS的同步采样率,还可提供具有超低功耗(69mW/每通道)的所有六个输入通道的转换,这样使得所有通道的单位成本均较低[5]。并且六个通道的数据输出接口电压介于2.7V到5.5V之间,便于与DSP直接接口,省去了中间的电平转换。六个完全独立的ADC可大大提高硬件整体的并行处理速度, 在 50kHz输入信号下仍可保证大于80dB的卓越共模抑制能力,特别适合于诸如发动机控制及能量转换等高干扰环境中。图4所示为模/数转换及控制电路,ADS8364的每通道的差分输入V+IN都需经比例运算放大器和电平自举电路将双极性交流信号转换为0～5V的信号。A/D转换器的最大时钟频率为5MHz,由TMS320F2812的PWM1口提供,ADD和BYTE位设为低电平,IOPF0控制ADS8364的复位启动,三对(六通道)采样保持触发信号来源于同步倍频的输出信号HOLD,每对通道转换完毕后由EOC向XINT1发出外部中断请求,TMS320F2812响应中断请求后,通过地址线选通对应通道,将转换所得数据由数据线读入。
图4 模/数转换及控制电路