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MSP430F149在電力測控保護產(chǎn)品中的應(yīng)用

時間:2023-05-01 09:49:35 計算機論文 我要投稿
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MSP430F149在電力測控保護產(chǎn)品中的應(yīng)用

摘要:介紹使用MSP430F149在電力測控保護產(chǎn)品研制中實現(xiàn)基本參數(shù)測量的軟硬件設(shè)計方法,及該芯片在使用中應(yīng)用注意的問題和相應(yīng)的處理措施。

    關(guān)鍵詞:MSP430F149 電力測控 抗干擾

MSP430F149(以下簡稱“F149”)是德州儀器(TI)公司推出超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機。F149有豐富的內(nèi)部硬件資源,是一款性價比極高的工業(yè)級芯片。在應(yīng)用中,F(xiàn)149不需做過多的擴展,適合要求快速處理的實時系統(tǒng),故可在電力系統(tǒng)微機測量和保護方面得以應(yīng)用。詳細的F149資料可參閱有關(guān)文獻,本文主要對電力系統(tǒng)中基本參數(shù)測量的實現(xiàn)方法和開發(fā)中一些應(yīng)注意的問題進行論述。

1 F149外圍模擬信號調(diào)理

在電力系統(tǒng)微機測量中,通常將一次額定電流和電壓通過電流互感器(TA)、電壓互感器(TV)分別轉(zhuǎn)換為0~5A的電流信號和0~100V的電壓信號,該信號再經(jīng)一級互感器轉(zhuǎn)換為數(shù)百mV~幾V的電壓信號,具體輸出電壓的幅值,可根據(jù)實際電路的情況來定制。

    F149內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的單極性ADC,其輸入范圍0~2.5V。對于雙極性的輸入信號,必須轉(zhuǎn)換為單極性輸入信號,即對信號進行直流偏置。實現(xiàn)直流偏置可采用電阻分礦井或運放升壓的方式。電阻分壓方式的電路形式如圖1所示,這種電路實際上采用的是單電源供電,可雙極性輸入的ADC芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu),+2.5V的基準可由F149提供。運放升壓的方式是利用運放的特性將零點進行偏置,如圖2所示,輸入與輸出的關(guān)系有:V0=1.25V-Vi?梢姡斎肱c輸出在相位上是反相的,在使用多級運放對信號進行放大或縮小處理時,應(yīng)保證各路輸出信號相位的一致。當然,相位的處理也可通過軟件的數(shù)據(jù)處理來實現(xiàn)。

電阻分壓方式具有結(jié)構(gòu)簡單,成本低的優(yōu)點,且允許幅值較大的雙極性模擬信號在板內(nèi)傳輸,在外界干擾一定的時候,提高了信噪比。對于F149內(nèi)部的積分型ADC而言,電阻分壓方式的輸入阻抗較大,為保證片內(nèi)電容的充電時間,以達到應(yīng)有的測量精度,需相應(yīng)延長采樣的時間。

運放升壓方式需要精密運放的配合,成本較高,且低阻抗輸出的+0.625V基準源也不易得到,但電路的輸出阻抗低,可提高ADC的采樣速度。

電力系統(tǒng)中電流測量的范圍很大,在額定值1.2倍范圍內(nèi),要求測量精度為0.5級;在1.2~20倍保護范圍內(nèi),要求精度較低,為3級。在電路設(shè)計中,通常使用可編程PGA(增益放大器)來解決大范圍信號測量的問題?紤]PGA方式判斷、切換所需的時間較長和保護范圍內(nèi)對測量的高實時性要求,在本系統(tǒng)中,采取對電流的兩段范圍同時采樣的方法,即將電流信號一分為二,保護范圍內(nèi)的信號進行壓縮處理,使用兩路A/D口同時進行采樣。

對于三相電路,此時有3路電流測量信號、3路電流保護信號和3路電壓信號,共9路信號,而F149僅提供8路外部信號采樣通道。為此,將F149的負參考電平VeREF測量通道用于信號測量。

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