CAN总线电能质量监控器的电源设计-210469621.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第PAGE5页共NUMPAGES5页第PAGE\*MERGEFORMAT5页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT5页CAN总线电能质量监控器的电源设计佟为明，袁帅（哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001）摘要：为满足CAN总线电能质量监控器中各单元电路对多种等级电压的需求，在给出了装置的硬件结构的基础上，设计了由开关电源、DC/DC电源模块和稳压电源芯片组成的电源单元。为解决装置中3.3V和5V器件互相传输信号的问题，设计了电平转换电路。关键词：电能质量监测；多等级电压；电源模块；电平转换DesignofPowerforPowerqualitymonitoringdevicebasedonCANbusTONGWei-ming，YUANShuai(HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract:Inordertosatisfythedemandformulti-gradevoltageoftheelementcircuitsinthePowerqualitymonitoringdevicebasedonCANbus,apowersupplyunitwhichconsistsoftheswitchingpowersupply,DC/DCpowermoduleandvoltage-stabilizedchipsisdesignedonthefoundationofthedevice’shardware.Theswitchingcircuitbetween3.3Vand5Velectricallevelsisdesignedfortransmittingsignaleachother.Keywords:powerqualitymonitoring；multi-gradevoltage；powermodule；level-translation引言现代社会中，电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之一[1]。高质量的电能对于保证电网和电气设备安全、稳定、经济运行，提高产品质量和保障居民正常生活有着重要的意义。随着时代进步和科技的飞速发展，现代电网与负荷构成出现新的变化趋势，由此带来的电能质量问题越来越引起电力部门和电力用户的高度重视。一方面，冲击性负荷、非线性负荷使电网出现诸如谐波畸变、电压凹陷、电压闪变等较为严重的电能质量问题；另一方面，随着计算机技术和半导体技术的发展，以计算机和微处理器为核心的对电能质量扰动敏感的高自动化和高智能化的电子设备和精密工业对电能质量提出了越来越高的要求[2,3]，因此开发电能质量监测装置非常必要。电源系统是一个装置中最重要的部分之一，它对于提高产品的稳定性、可靠性至关重要。由于电能质量监测装置集测量、计算、控制、通信等功能于一体，因此普遍存在多种等级电压共存、电源之间需要隔离和电平转换的问题。现有的文献大多侧重于介绍电能质量监测装置的功能，对电源问题没有详细阐述[4,5,6]。本文重点分析了CAN总线电能质量监控器内各单元电路对电源的需求，并从外围电路芯片和元器件参数的选择考虑，设计了由开关电源、DC/DC电源模块和稳压电源芯片组成的电源系统。同时，为解决3.3V和5V器件之间的信号电平连接的问题，设计了电平转换电路。实际运行情况表明，该电源系统和电平转换电路能保证各单元电路稳定、可靠的工作。1装置硬件结构介绍本装置是集测量、控制、通信和显示为一体的智能仪表。其硬件主要由CPU单元、存储器单元、信号采集单元、CAN通信单元、人机接口单元、遥信/遥控单元等6个单元组成。图1所示为该装置的硬件结构框图。本电能质量装置采用双CPU＋双口RAM结构。两个CPU分别选择DSP（DigitalSignalProcessor）和ARM（AdvancedRISCMachines）。DSP主要用于电力信号采集、基本电力参数计算、电能质量参数计算与分析，此外还要实现事件记录、故障报警、遥控/遥信等功能。ARM主要用于实现电力参数显示、网络通信（CAN和RS-485）、键盘操作等。DSP芯片选用TI公司的TMS320F2812，利用其运算速度快、擅长数字信号处理的优点进行数据采集、计算，并在发生异常情况时进行事件记录和录波。ARM选用Samsung公司的S3C44B0X，利用其丰富的内部资源完成人机接口与通信功能。双口RAM用于双CPU间的高速数据交换，采用IDT公司的IDT70V9289L7。网络化是智能仪表的发展方向，本装置提供了CAN总线接口。通过CAN总线，该装置（从站）可以向上位机（主站）实时地传送监测数据和报警信