图4改进后的脉冲调理电路 1. 4采样保持电路的设计 直接对模拟信号进行采样,其结果并不理想。所以提出的系统用采样- 保持器先把信号固定一段时间。前面做的一些工作,如锁相,其产生的锁相信号的其中一个作用就是作为采样保持器的触发信号。当然,这些信号不能直接使用,还需要经过缓冲/变换器整形,并且加强它的驱动能力。最后才可以得到所需要的A /D信号源。提出的系统采用LF398集成采样- 保持器, Ch 为0101μF. LF398采用B I - FET技术获得高的直流精度,采样时间短,小于10 μs,而且有很低的电压跌落变化率。在输出模式时候,LF398有很低的输出噪声。 2 结论及效果图 经过实际的检测,以上电路可以将原来模拟的信号滤波,并得到离散的波形。当示波器刻度调得很小的时候,观察波形的微观情况,就会发现输出是类似阶梯的波形,继续把波形放大可以得到如图5的波形,这个波形是可以被DSP成功采样的,而且由于经过了PLL的脉冲控制使单周期内采样点个数保持恒定,所以为后续算法的处理提供了精确的实时信息。另外,由于采用了阶梯波形,所以2407的A /D可以精确地采集到信号的幅度,然后就可以进行处理了。
图5放大后的采集到的正弦波和原始信号比较 但是,必须注意到在图5中出现的2个比较明显的问题,这2个问题如果处理不当,就会影响后面的工作。第一是毛刺问题,这些由器件开关造成的毛刺严重影响后面的采样;第二,如图5,可以看出阶梯波的前端有一个斜坡。在一定程度上,这也会后面的处理造成影响。2个问题的消除在一般文章提到较少,现提出4种解决的办法,并进行分析。 (1)阻容滤波,就是低通滤波。这种方法比较常用,且可行,但是对波形有影响。 (2)稳压管法。这种方法也比较常用、可行,但是受到稳压管大小的局限性,会使电路的调试很不方便。不过这种方法可以和其他方法综合使用。 (3)软件延迟法。这种方法很少有文章提到,但是实现简单。就是在采样脉冲到来时候,在中断程开头部分加上一段空语句。这样可以巧妙的避开毛刺域和斜坡域。 (4)硬件延迟法(双触发调理法) 。通过2个脉冲触发芯片,采用级联的方式连续发生2个脉冲,通过第1个脉冲的宽度控制另一个脉冲的延迟时间。通过PSP ICE进行仿真,成功的进行了脉冲发生时间延迟,得到具体仿真结果如图6。从图6可以看到双触发调理稳定而精确的引起了信号延迟。 后两种是不改变波形的方法。 通过这种双触发调理延迟的方法,再经过一些适当的隔离,从而使脉冲延迟了一段时间(而且这个时间是可调的) ,在
图6延迟触发的PSPICE仿真 通过一些缓冲的处理,这样就能避开毛刺。这几种方法不仅可以用于LF2407,对于各种单片机也同样适用,只需要调整它的延迟时间,也就是调整第一级脉冲的宽度。 3 结束语 通过以上的改进可以使A /D的精度和稳定性以及采样的速度都有了很大的提高。该采样系统通过后续的诸如FFT算法或者小波算法就可以构成电力质量分析设备。然而,由于在速度和精度优于同类系统,所以不仅可用于电网的质量检测,而且可用于电力的无功功率消除。 参考文献: [ 1 ] 李广弟,朱月秀,王秀山. 单片机基础. 北京:北京航空航天大学出版社, 2004. [ 2 ] 黄开长,刘和平,邓力,等. 同步数据采集技术在电力系统中的应用. 仪器仪表学报, 2002; 23 (3) : 494 - 496. [ 3 ] 扬旭,朱斌. 高频多通道同步数据采集DSP系统在电力系统中的 应用. 暨南大学学报(自然科学版) . [ 4 ] 颜秋容,徐勋建. 基于DSP的智能隔离检测系统的设计. 仪表技术与传感器, 2006 (11) . [ 5 ] 姜齐荣,赵元东,陈建业. 有源电力滤
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