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基于 DSP28335 的多功能电类校准仪设计

2020-03-22 23:20电路技术 人已围观

简介随着电子仪器设备的发展及工业现场复杂程度的增加,对测试仪器的功能和便捷性也有了新的需求,因而也诞生了很多集电压电流测试、频率计等多种测试功能于一体的多功能电类测试...

  随着电子仪器设备的发展及工业现场复杂程度的增加,对测试仪器的功能和便捷性也有了新的需求,因而也诞生了很多集电压电流测试、频率计等多种测试功能于一体的多功能电类测试仪(例如 keithley2000 型 6? 数字万用表等),可以使工业现场测试变得更加高效,但这些多功能电类测试仪却给其校准工作带来了诸多不便,传统测试仪校准装置已不能满足多功能测试仪校准的高要求,其局限性主要体现在:传统电类测试仪校准装置功能单一,在对多功能电类测试仪校准时需携带多种校准装置,且接线烦琐,增加成本的同时也降低了校准效率 ; 测试人员需要掌握多种测试校准装置的使用方法,增加了测试校准的难度及工作量。目前并没有一种用于多功能电类测试仪校准的装置及其校准方法。
  

  1多功能校准仪设计原理

  图 1 多功能校准仪原理图
  图 1 多功能校准仪原理图
  
  多功能电类测试仪校准仪设计原理如图 1 所示,包括键盘输入模块、液晶显示模块、调理电路、MCU 单元、上位机、继电器电路、电平转换电路、电压电流产生电路、驱动电路、功能按键模块。其中 MCU 单元采用 TI 公司的 DSP28335,键盘输入模块与 MCU 单元通过 I/O 口连接,实现校准参数设置、校准信号输出或关闭等功能;调理电路与 MCU 单元通过 A/D连接,实现对采样电压电流等信号进行波形或幅值变换,确保采样信号在 MCU 输入信号范围内;继电器电路与 MCU 单元通过 I/O 口连接,模拟 RCD 开关的断开功能,实现 RCD 检测的校准;电平转换电路与 MCU 单元通过 I/O 口连接,对 MCU 输出信号进行隔离放大,实现频率测试校准;驱动电路与 MCU 单元通过 I/O 口连接,对 MCU 单元发出的 PWM 信号进行隔离放大,作为电压电流信号产生电路的驱动信号,实现电压电流测试的校准;上位机与 MCU 单元通过 SCI 串口连接,实现与MCU 单元进行数据交换;液晶显示模块与 MCU 单元通过 SCI 串口连接,实现对校准功能、设置参数、接线方式等内容的显示; 功能按键模块 10 与 MCU 单元 4 通过 I/O 口连接,实现校准功能的选择及设置参数的单位选择等功能。
  

  2硬件电路设计

  
  2.1电压电流产生电路
  
  电压电流产生电路可实现交直流电压电流信号的输出。其中该电路中的开关管均采用英飞凌的 IGBT,型号为 IKW40N120H3,在直流母线及负载输出侧各设置了一个电压霍尔传感器和电流霍尔传感器,型号分别为 HV25-1000V 和HAS14Z,实时将直流母线及负载侧电压电流信号经调理电路 4 后反馈给MCU 单元4 进行闭环调节,实现恒电压或横电流输出。其中T1 和T3 为电压霍尔传感器,T2 和T4 为电流霍尔传感器。
  图 2 电压电流产生电路图
  图 2 电压电流产生电路图
  
  2.2采样调理电路
  
  该电路采用的芯片主要是集成 2 个运算放大器的 LF353, 主要作用就是对电压电流产生电路 8 中的霍尔电压传感器和霍尔电流传感器获取的采样信号,进行幅值变换、波形变换和信号限幅,确保采样信号满足 MCU 输入信号范围。其中直流信号调理电路用于将直流信号进行幅值变换及限幅后传输给MCU,如图 3 所示;交流信号调理电路用于将交流信号进行幅值变换、整流及限幅后变成直流信号,再传输给 MCU,如图 4 所示。
  图 3 直流信号采样电路
  图 3 直流信号采样电路
  图 4 交流信号采样电路
  图 4 交流信号采样电路
  
  2.3数模转换电路
  
  该电路先通过 DAC 芯片将 MCU 单元 4 产生数字信号转换为模拟信号(方波或正弦),再通过运算放大器将转换的模拟信号进行放大输出,作为频率测试的输入信号,用于频率测试功能的校准。其中 DAC 芯片采用 TI 公司的 DAC7611,运算放大器采用 TI 公司的 LF353。

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