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(多图) 基于AD7606的高性能电力线监测、继电保护系统设计指南

EDN China?? 2011年05月18日 ?? 收藏0

  随着全球电网持续的发展,电力线监测、继电保护产品在不断地更新换代并改变着设计模式。作为全球领先的高性能信号处理解决方案供应商,ADI公司推出的系列高性能ADC一直引领该领域的技术发展路线:第一代电力继电保护产品均采用模拟开关,采用单通道16位ADC、AD574)进行设计;后来出现了使用16位的AD7656和14位的AD7865 配合模拟开关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非常成功的应用案例;随着技术的更新和产品工艺的改进,尤其是其±10V双极多通道同步输入等技术特点,使AD7656成为上一代电力继电保护的主流选择,目前该产品仍在大量的电力监测及保护设备中发挥重要作用。

  随着电网智能化管理发展趋势,电力线监测及保护产品设计面临越来越多的挑战,多通道电流与电压监控系统的设计人员需要应对诸如双电源、有限的模拟输入范围、低模拟输入阻抗、以及采用昂贵的分立器件所造成的高成本等一系列复杂的设计挑战。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需求,在AD7656成功应用的经验基础之上,再次成功推出16位

8通道同步采样AD7606系列,帮助客户更好地应对智能电网时代开发二次设备所面临的技术挑战。

  图1:ADI公司高性能ADC产品发展路线图。

  AD7606简化电力线监测系统设计

  AD7606系列器件采用单5V供电,并支持真正的±10V和±5V双极性信号输入,每通道的采样率能达到200ksps。单芯片内集成多个通道可支持变电站自动化设备中三相电流、电压和零线的测量。同步采样功能允许保留相位信息,同时可以在较宽的动态范围内,对双极性电压和电流进行采样。

  AD7606系列的所有8个通道都能实现最高200 kSPS的采样速率。它内置低噪声、高阻抗输入和信号调整放大器,可处理最高22 kHz的输入频率。AD7606的信噪比(SNR)高达90dB,选用片内数字滤波器可以进一步改善SNR性能、缩小误码、扩频并提高抗混叠抑制。转换过程与数据采集利用CONVST信号和内部振荡器进行控制。通过两个CONVST引脚,可以对所有八路模拟输入或者两组模拟输入通道(四路模拟输入构成一组)同时进行采样,以顾及变压器之间的相位差。

  图2:AD7606进一步简化电路设计(上下图分别为采用AD7656和AD7606的电路示意图)。

  AD7606内部的信号调理电路中已经包含了低噪声、高输入阻抗的信号调理电路,其等效输入阻抗完全独立于采样率且固定为1MΩ。同时,输入端集成了具有40 dB抗混叠抑制特性的滤波器,更是简化了前端设计,不再需要外部驱动和滤波电路。因此,二次互感器输出的信号无需再经过运放来缓冲就可以直接接入AD7606。AD7606内部集成了2.5V带隙电压基准和基准缓冲电路,设计应用中可根据系统要求选用内置基准或外部基准,在多片ADC的设计中,如果需求高绝对精度,则应采用高初始精度和低温度系数的外部基准,以消除不同器件内置基准之间的差异而带来的误差。推荐选用初始精度0.04%,温度系数3ppm/℃的ADR421B。如果需求多片ADC通道之间的数值匹配,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的内置基准输出供给其余AD7606。从而在不加外部基准的情况下即可保证多个AD7606通道间数据的匹配性。

  图3:AD7606突出的性能优势让您的系统设计更简单。

  而AD7606低至100mW的运行功耗和仅25mW的待机功耗保持了ADI公司在ADC低功耗技术上的优势,特别是当一块电路板上有若干多通道ADC时(某些系统需要一块电路板上有多达上百个ADC通道),功耗是一项重要考量因素,这种低功耗的特性是简化系统热设计、提高系统可靠性的关键因素之一。

  AD7606系列共包含8通道、6通道和4通道三款同步采样ADC器件,针对需要多通道系统应用,设计者可以分别采用8+4、8+6通道的灵活设计组合,在利用到ADI新ADC系列产品的高性能的同时,确保方案的低成本(四通道和六通道的AD7606-4、AD7606-6分别比双8通道AD7606成本低19%及34%)。而且,这几款器件之间管脚兼容,相同的电路设计可以适用于多种不同通道数的系统配置。

  电路设计建议

  大多数电力线监测系统都会采用多个AD7606器件以实现多通道同步采样。为确保器件之间的性能良好匹配,这些器件必须采用对称布局。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。基准电压芯片ADR421位于两个AD7606器件之间,基准电压走线向上布置到U2的引脚42,向下


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