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1、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CCAN总线电电能质量监控器中各单单元电路对多多种等级电压压的需求，在给出了装置置的硬件结构构的基础上，设计了由开开关电源、DDC/DC电电源模块和稳稳压电源芯片片组成的电源源单元。为解解决装置中33.3V和55V器件互相相传输信号的的问题，设计计了电平转换换电路。关键词：电能质质量监测； 多等级电压压；电源模块块；电平转换Design of Poower ffor Poower qqualitty monnitoriing deevice basedd on CCAN bu
2、usTONG Weei-minng，YUAAN Shuuai(Harbinn Insttitutee of TTechnoology，HHarbinn 1500001，Chhina)Abstracct: In oorder to saatisfyy the demannd forr multti-graade vooltagee of tthe ellementt circcuits in thhe Powwer quualityy moniitorinng devvice bbased on CAAN buss, a ppower supplly uniit whiich coonsistt
3、s of the sswitchhing ppower supplly, DCC/DC ppower modulle andd volttage-sstabillized chipss is ddesignned onn the founddationn of tthe deevices harrdwaree. The swiitchinng cirrcuit betweeen 3.3V annd 5V eleectriccal leevels is deesigneed forr trannsmittting ssignall eachh otheer. Keywordds: poweer
4、quaality monittoringg；multii-gradde volltage；powerr moduule；level-transslatioon引言 现代社社会中，电能能是一种最为为广泛使用的的能源，其应应用程度是一一个国家发展展水平的主要要标志之一1。高质质量的电能对对于保证电网网和电气设备备安全、稳定定、经济运行行，提高产品品质量和保障障居民正常生生活有着重要要的意义。随随着时代进步步和科技的飞飞速发展，现现代电网与负负荷构成出现现新的变化趋趋势，由此带带来的电能质质量问题越来来越引起电力力部门和电力力用户的高度度重视。一方方面，冲击性性负荷、非线线性负荷使电电网出现诸如如谐
5、波畸变、电电压凹陷、电电压闪变等较较为严重的电电能质量问题题；另一方面面，随着计算算机技术和半半导体技术的的发展，以计计算机和微处处理器为核心心的对电能质质量扰动敏感感的高自动化化和高智能化化的电子设备备和精密工业业对电能质量量提出了越来来越高的要求求2,3，因此开发发电能质量监监测装置非常常必要。电源源系统是一个个装置中最重重要的部分之之一，它对于于提高产品的的稳定性、可可靠性至关重重要。由于电电能质量监测测装置集测量量、计算、控制、通通信等功能于于一体，因此此普遍存在多多种等级电压共共存、电源之之间需要隔离离和电平转换换的问题。现现有的文献大大多侧重于介绍电电能质量监测测装置的功能能，对电
6、源问题没有有详细阐述4,5,66。本文重点分析了CANN总线电能质质量监控器内内各单元电路路对电源的需需求，并从外外围电路芯片片和元器件参参数的选择考考虑，设计了了由开关电源源、DC/DC电源模模块和稳压电电源芯片组成成的电源系统统。同时，为解决决3.3V和和5V器件之之间的信号电电平连接的问问题，设计了了电平转换电电路。实际运运行情况表明，该电源源系统和电平平转换电路能能保证各单元元电路稳定、可可靠的工作。1 装置硬件结结构介绍本装置是集测量量、控制、通通信和显示为为一体的智能能仪表。其硬硬件主要由CCPU单元、存存储器单元、信信号采集单元元、CAN通信单单元、人机接接口单元、遥遥信/遥控单
7、单元等6个单单元组成。图图1所示为该该装置的硬件件结构框图。 本电能能质量装置采用双CCPU双口口RAM结构构。两个CPPU分别选择择DSP（DDigitaal Siggnal PProcesssor）和和ARM（AAdvancced RIISC Maachinees）。DSSP主要用于于电力信号采采集、基本电电力参数计算算、电能质量量参数计算与与分析，此外外还要实现事事件记录、故故障报警、遥遥控/遥信等等功能。ARRM主要用于于实现电力参参数显示、网网络通信（CCAN和RSS-485）、键键盘操作等。DDSP芯片选选用TI公司司的TMS3320F28812，利用用其运算速度度快、擅长数数字信
8、号处理理的优点进行行数据采集、计计算，并在发发生异常情况况时进行事件件记录和录波波。ARM选选用Samssung公司司的S3C444B0X，利利用其丰富的的内部资源完完成人机接口口与通信功能能。双口RAAM用于双CCPU间的高高速数据交换换，采用IDDT公司的IIDT70VV9289LL7。网络化化是智能仪表表的发展方向向，本装置提提供了CANN总线接口。通通过CAN总线，该该装置（从站站）可以向上上位机（主站站）实时地传传送监测数据据和报警信息息，同时也可可接收上位机机的配置信息息和控制命令令。CAN通通信单元主要要由独立CAAN控制器SSJA10000和CANN收发器PCCA82C2250
9、构成。图1 硬件结构构框图2 电源设计2.1 电源配配置的分析 本CAAN总线电能能质量监控器器的电源系统统比较复杂，电电源配置如图图2所示。本本装置需要为为继电器提供供+24V电压压，为AD芯芯片和运放芯芯片提供+112V和-112V电压，为为液晶模块、CCAN控制器器和AD芯片片提供+5VV电压，为大大多数芯片提提供+3.33V电压，为为DSP提供供+1.8VV电压，为AARM提供+2.5V电电压，除此之之外，还需为为CAN接口口和RS-4485接口提供隔离离的+5V电电压。因此，选选用开关电源源、DC/DC电源模模块和稳压电电源芯片共同同组成所需的的电源单元。对于电源模块的选择应从3个方
10、面来考虑：（1）额定输入电压及输入电压范围；（2）所需的额定输出电压；（3）输出功率。在确定了电源模块的输入、输出电压后，计算出额定负载时所需的功率，从可靠性的角度考虑，实际负载为额定负载的60%80%比较合适。2.2 电源模模块的选型 首先是开开关电源的选选择，根据实实际情况，我我们需要输入入电压交流2220V，输输出电压直流流24V和55V，并且224V和5VV之间是隔离离的开关电源源模块。根据据测算，本装装置中彩色液液晶模块所需需额定功率为为4W左右，其其它电路总共共需要的功率率约为2W。因因此，我们选选取了德创公公司的BJ11002型开开关电源模块块，它的最大大功率为9.8W，输出出+
11、24V和和+5V。 此外，选选用了深圳安安时捷公司生生产的隔离稳稳压输出的DDC/DC电源模模块HDW55-24D112和HDWW3-24SS05。通过过HDW5-24D122将开关电源源输出的244V电压转换换得到+122V和-122V电压，给给AD芯片和和运放芯片供供电；通过HHDW3-224S05将将24V电压压转换得到+5V电压，给给CAN总线线接口和RS-485接口口供电。这个个5V电源与与开关电源提提供的5V是是隔离，这样样能有效的防防止因总线上上的电压瞬变变给其它单元元电路造成的的损害。 本装置置的大多数芯芯片工作在+3.3V电电压下，DSSP芯片的内内核工作电压压为+1.88V
12、，ARMM芯片的内核工工作电压为+2.5V。因因此，选用了了TI公司生生产的低压差差稳压电源芯芯片TPS7767D3118和TPS7667D3255，它们能提供供最大1A的的电流，足以以满足所有单单元电路的需需求。其中TPS7767D3118电源芯片片实现+5VV电平到+33.3V和+1.8V电电平的转换；TPS7667D3255电源芯片实实现+5V电电平到+3.3V和+22.5V电平平的转换。该该电源芯片与与开关电源输输出的+5VV是共地的。图2 电源配置置示意图3 电平转换电电路 由于本本电能质量监控控器的硬件电电路中，并不不是所有芯片片的工作电压压都是+3.3V，也有有的芯片的工工作电压
13、为+5V，不同逻辑标标准的电平一一般不能直接接接口。而且且即使3.33V器件具有有5V容限，为为了系统的稳稳定最好还是是经过电平转转换后再连接接。因此，选选用了双电压压供电的电平平转换芯片SSN74ALLVC4245，它提供8路路+3.3VV和+5V的的电平转换，允允许从低到高高（A到B）或或高到低（BB到A）的转转换，能保证证两边端口的的输出都能达达到满电源幅幅值，并且具具有很好的噪噪声抑制性能能。电平转换换电路示意图图如图3所示示。图3 3.33V5V电电平转换电路路示意图4 结论 1在在设计CANN总线电能质质量监控器的的电源单元时充分考考虑了输入电电压的范围、输输出电压的等等级、所需的
14、的额定功率和和哪些电源需需要隔离，选选用开关电源源、DC/DC电源模模块和稳压电电源芯片共同同提供所需的的电源。实际际运行情况表表明，此设计计对电源配置置合理，而且且所选择的电电源模块能保保证装置稳定定工作。 2为为解决装置中中3.3V和和5V器件互互相传输信号号的问题，设设计了电平转转换电路，能保证数字逻逻辑器件接口口安全可靠。参考文献：1 全国电压电流等等级和频率标标准技术委员员会电压电电流频率和电电能质量国家家标准应用手手册M北京：中国国电力出版社社，200112 McGranaaghan, M Trendds in powerr quallity mmonitooringJIEEEE
15、Poower EEngineeeringg Reviiew， 2001，1121(10)：3-9 3 林海雪现代电电能质量的基基本问题JJ电网技技术，20001，25（110）：5-124 贺建闽，黄治清清电能质量量远程在线实实时监测系统统研究J铁道学报报，20033，25(44)：41-455 潘晓杰，刘涤尘尘，邹江峰基于DSPP的电能质量量在线监测装装置J高电压技术术，20055，31(112)：733-756 段成刚，欧阳森森，宋政湘，等等新型在线线实时电能质质量监测设备备的设计JJ 电网网技术，20004，288(2)：661-63作者简介：佟为为明（19664），男男，博士，教教授，博士生生导师，主要要研究方向为为电能质量监监控技术、继继电保护与电电磁兼容技术术、现场总线线技术、配电电网自动化/变电站自动动化、永磁电电器。哈尔滨滨工业大学电电气工程系，电电话：04551-8644136233， E-mmail：diannqi；