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MSP430F149在電力測(cè)控保護(hù)產(chǎn)品中的應(yīng)用
摘要：介紹使用MSP430F149在電力測(cè)控保護(hù)產(chǎn)品研制中實(shí)現(xiàn)基本參數(shù)測(cè)量的軟硬件設(shè)計(jì)方法，及該芯片在使用中應(yīng)用注意的問(wèn)題和相應(yīng)的處理措施。關(guān)鍵詞：MSP430F149 電力測(cè)控 抗干擾
MSP430F149（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(jī)。F149有豐富的內(nèi)部硬件資源，是一款性?xún)r(jià)比極高的工業(yè)級(jí)芯片。在應(yīng)用中，F(xiàn)149不需做過(guò)多的擴(kuò)展，適合要求快速處理的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，故可在電力系統(tǒng)微機(jī)測(cè)量和保護(hù)方面得以應(yīng)用。詳細(xì)的F149資料可參閱有關(guān)文獻(xiàn)，本文主要對(duì)電力系統(tǒng)中基本參數(shù)測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方法和開(kāi)發(fā)中一些應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行論述。
1 F149外圍模擬信號(hào)調(diào)理
在電力系統(tǒng)微機(jī)測(cè)量中，通常將一次額定電流和電壓通過(guò)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(hào)和0～100V的電壓信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)一級(jí)互感器轉(zhuǎn)換為數(shù)百mV～幾V的電壓信號(hào)，具體輸出電壓的幅值，可根據(jù)實(shí)際電路的情況來(lái)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(duì)于雙極性的輸入信號(hào)，必須轉(zhuǎn)換為單極性輸入信號(hào)，即對(duì)信號(hào)進(jìn)行直流偏置。實(shí)現(xiàn)直流偏置可采用電阻分礦井或運(yùn)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(shí)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(zhǔn)可由F149提供。運(yùn)放升壓的方式是利用運(yùn)放的特性將零點(diǎn)進(jìn)行偏置，如圖2所示，輸入與輸出的關(guān)系有：V0=1.25V-Vi。可見(jiàn)，輸入與輸出在相位上是反相的，在使用多級(jí)運(yùn)放對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大或縮小處理時(shí)，應(yīng)保證各路輸出信號(hào)相位的一致。當(dāng)然，相位的處理也可通過(guò)軟件的數(shù)據(jù)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。
電阻分壓方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的優(yōu)點(diǎn)，且允許幅值較大的雙極性模擬信號(hào)在板內(nèi)傳輸，在外界干擾一定的時(shí)候，提高了信噪比。對(duì)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(shí)間，以達(dá)到應(yīng)有的測(cè)量精度，需相應(yīng)延長(zhǎng)采樣的時(shí)間。
運(yùn)放升壓方式需要精密運(yùn)放的配合，成本較高，且低阻抗輸出的+0.625V基準(zhǔn)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(cè)量的范圍很大，在額定值1.2倍范圍內(nèi)，要求測(cè)量精度為0.5級(jí)；在1.2～20倍保護(hù)范圍內(nèi)，要求精度較低，為3級(jí)。在電路設(shè)計(jì)中，通常使用可編程PGA（增益放大器）來(lái)解決大范圍信號(hào)測(cè)量的問(wèn)題�？紤]PGA方式判斷、切換所需的時(shí)間較長(zhǎng)和保護(hù)范圍內(nèi)對(duì)測(cè)量的高實(shí)時(shí)性要求，在本系統(tǒng)中，采取對(duì)電流的兩段范圍同時(shí)采樣的方法，即將電流信號(hào)一分為二，保護(hù)范圍內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，使用兩路A/D口同時(shí)進(jìn)行采樣。
對(duì)于三相電路，此時(shí)有3路電流測(cè)量信號(hào)、3路電流保護(hù)信號(hào)和3路電壓信號(hào)，共9路信號(hào)，而F149僅提供8路外部信號(hào)采樣通道。為此，將F149的負(fù)參考電平VeREF測(cè)量通道用于信號(hào)測(cè)量。
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