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高性能电力线监测、继电保护系统设计指南

本文摘要:随着全球电网持续的发展,电力线监测、继电保护产品在大大地更新换代并转变着设计模式。

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随着全球电网持续的发展,电力线监测、继电保护产品在大大地更新换代并转变着设计模式。作为全球领先的高性能信号处理解决方案供应商,ADI公司发售的系列高性能ADC仍然引导该领域的技术发展路线:第一代电力继电保护产品皆使用仿真电源,使用单通道16位ADC(如AD976、AD574)展开设计;后来经常出现了用于16位的AD7656和14位的AD7865因应仿真电源的第二代继电保护产品,AD7656和AD7865在当前很多电力继电保护产品中仍有十分顺利的应用于案例;随着技术的改版和产品工艺的改良,特别是在是其10V双极多通道实时输出等技术特点,使AD7656沦为上一代电力继电保护的主流自由选择,目前该产品仍在大量的电力监测及维护设备中充分发挥最重要起到。

  随着电网智能化管理发展趋势,电力线监测及维护产品设计面对更加多的挑战,多通道电流与电压监控系统的设计人员必须应付诸如双电源、受限的仿真输出范围、较低仿真输入阻抗、以及使用便宜的分立器件所导致的高成本等一系列简单的设计挑战。作为电力二次设备制造商的关键方案提供商,ADI公司深刻理解全球电力设备企业的技术市场需求,在AD7656顺利应用于的经验基础之上,再度顺利发售16位8地下通道实时取样AD7606系列,协助客户更佳地应付智能电网时代研发二次设备所面对的技术挑战。    图1:ADI公司高性能ADC产品发展路线图。

  AD7606修改电力线监测系统设计  AD7606系列器件使用单5V供电,并反对确实的10V和5V双极性信号输出,每地下通道的比特率能超过200ksps。单芯片内构建多个地下通道可反对变电站自动化设备中三相电流、电压和零线的测量。实时取样功能容许保有振幅信息,同时可以在较宽的动态范围内,对双极性电压和电流展开取样。

  AD7606系列的所有8个地下通道都能构建最低200kSPS的取样速率。它内置低噪声、低电阻输出和信号调整放大器,可处置最低22kHz的输出频率。AD7606的信噪比(SNR)高达90dB,搭配片内数字滤波器可以更进一步提高SNR性能、增大误码、扩频并提升抗混叠诱导。

切换过程与数据采集利用CONVST信号和内部振荡器展开掌控。通过两个CONVST插槽,可以对所有八路仿真输出或者两组仿真输出地下通道(四路仿真输出包含一组)同时展开取样,以考虑到变压器之间的相位差。    图2:AD7606更进一步修改电路设计(上下图分别为使用AD7656和AD7606的电路示意图)。  AD7606内部的信号调理电路中早已包括了低噪声、低输入阻抗的信号调理电路,其等效输入阻抗几乎独立国家于比特率且相同为1M。

同时,输出末端构建了具备40dB抗混叠诱导特性的滤波器,堪称修改了前端设计,仍然必须外部驱动和滤波电路。因此,二次互感器输入的信号需要再行经过运放来缓冲器就可以必要终端AD7606。

AD7606内部构建了2.5V带上隙电压基准和基准缓冲器电路,设计应用于中可根据系统拒绝搭配内置基准或外部基准,在多片ADC的设计中,如果市场需求低意味著精度,则不应使用低初始精度和较低温度系数的外部基准,以避免有所不同器件内置基准之间的差异而带给的误差。引荐搭配初始精度0.04%,温度系数3ppm/℃的ADR421B。如果市场需求多片ADC地下通道之间的数值给定,可设置第一片AD7606工作在内置基准模式,其余AD7606为外部基准模式,然后通过第一片AD7606的内置基准输入供给其余AD7606。从而在不作外部基准的情况下才可确保多个AD7606地下通道间数据的给定性。

    图3:AD7606引人注目的性能优势让您的系统设计更加非常简单。  而AD7606较低至100mW的运营功耗和仅有25mW的待机功耗维持了ADI公司在ADC低功耗技术上的优势,尤其是当一块电路板上有若干多通道ADC时(某些系统必须一块电路板上有多达上百个ADC地下通道),功耗是一项最重要考量因素,这种低功耗的特性是修改系统热设计、提升系统可靠性的关键因素之一。  AD7606系列共计包括8地下通道、6地下通道和4地下通道三款实时取样ADC器件,针对必须多通道系统应用于,设计者可以分别使用8+4、8+6地下通道的灵活性设计人组,在利用到ADI新的ADC系列产品的高性能的同时,保证方案的低成本(四地下通道和六地下通道的AD7606-4、AD7606-6分别比双8地下通道AD7606成本低19%及34%)。

而且,这几款器件之间管脚相容,完全相同的电路设计可以限于于多种不同地下通道数的系统配置。  电路设计建议  大多数电力线监测系统都会使用多个AD7606器件以构建多通道实时取样。为保证器件之间的性能较好给定,这些器件必需使用平面布局。AVCC电压平面沿两个器件的右侧布置,VDRIVE电源走线沿两个AD7606器件的左侧布置。

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基准电压芯片ADR421坐落于两个AD7606器件之间,基准电压回头线向下布置到U2的插槽42,向上埋设到U1的插槽42。用于实心相接地层。这些平面布局原则限于于所含两个以上AD7606器件的系统。

AD7606器件可以沿南北方向摆放,基准电压坐落于器件的中间,基准电压走线则沿南北方向。  较好的去耦对于电力线监测系统整体性能展现出十分最重要,合理的去耦配备可以之后减少AD7606的电源电阻及其电源尖峰幅度。REFIN/REFOUT插槽和REFCAPA、REFCAPB插槽的去耦电容是攸关性能的最重要电容,不应尽量附近适当的AD7606插槽。

有可能的话,不应将这些电容放到电路板上与AD7606器件完全相同的一侧。AD7606的去耦设计十分简练,仅有必须9个低值陶瓷电容,还包括2个10uF、2个1uF、5个0.1uF。在低地下通道系统中,较好的地下通道间和器件间性能给定可以大大简化校准过程。

AD7606器件、仿真输出地下通道和去耦电容的平面布局有助多个器件之间的性能给定。    图4:引荐的多通道应用于中的电路布局。


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