CN213399337U - 一种基于dma及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源 - Google Patents
一种基于dma及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，包括DSP、以太网接口、波形随机存取存储器、工控器、定时器、第一DMA控制器、第二DMA控制器、第一同步串行通信接口、第二同步串行通信接口、第一DA转换器、第二DA转换器、晶体、电压功放以及电流功放，工控器、以太网接口、DSP以及波形随机存取存储器依次连接；波形随机存取存储器、第一DMA控制器以及第一同步串行通信接口依次连接；波形随机存取存储器、第二DMA控制器以及第二同步串行通信接口依次连接；第一同步串行通信接口和第一DA转换器连接；第二同步串行通信接口和第二DA转换器连接。本实用新型实现低频纹波到高频纹波的准确输出，且可实现双极性输出，可以应用于低速模拟信号的仿真。
Description
技术领域
本实用新型属于电测仪器仪表技术领域，涉及一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源。
背景技术
随着电力电子技术的发展及电力电子技术在各行各业中的应用，包括直流配电网、高压直流输电、电动汽车直流充电桩、光伏逆变直流输出等直流电的应用数量越来越多，一般工业应用的直流电中多少会叠加一些交流成分，对直流配电网、高压直流输电、电动汽车充电桩直流输出等通过交流电压变换、整流滤波后得来的直流电会叠加和工频倍率相关的纹波，对不同的脉动整流的纹波频率会不一样，一般6和12脉动较为常见，也有一些48脉动的整理设备，对这些设备的监测设备的直流电能表、直流监测终端以及其他的直流测试仪器仪表，需要对带直流纹波输出的电气特性及准确度进行检测。
本实用新型针对新能源直流电叠加的高频、低频信号均可以提供准确的仿真信号输出，为直流电能表、直流继电保护设备、光伏逆变输出监测仪表以及其他各种直流监视仪器仪表提供可任意设定纹波输出的准确度为0.05级的直流电压源、直流电流源，以及电压源和电流源组成的功率源。
现有技术(陈水明；姜文辉；冷学道；张佳学；吴云佳.直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置[P].中国专利:CN 108983141 A,2018-05-07)提出了一种合成交直流串联合成电压源，该实用新型专利的核心在于直流电压和交流电压内置在一台设备里面，通过串联进行合成电压输出，而电流没有相应的装置，电流假如通过并联叠加，会互为负载，造成电路异常。
目前交直流功率源可以产生固定频率(50Hz)再叠加直流信号的模拟纹波输出，但是频率范围大大受到限制，一般纹波模拟为50Hz或50Hz的几倍。
现有技术(陈水明；姜文辉；冷学道；张佳学；吴云佳.直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置[P].中国专利:CN 108983141 A,2018-05-07)本质上就是交流电压源和直流电压源的串联，该电压源无法实现低频到高频的连续任意输出，同时没有对直流带纹波输出电流源方案，目前市场的交直电源都无法实现任意设定纹波频率(0.001Hz～20kHz)的直流源输出，并且无法实现对直流电压或电流源的双极性输出。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于，提供了一种基于DMA 及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，把波形的计算和以及拟合转移到工控器，有效利用Matlab仿真数据或录波数据或其他的仿真的数据，需要DA转换时，通过DMA的硬件自动控制，确保DA输出时序的稳定性，保证DA模拟输出的信号的高保真，并且可以实现各种高低频纹波信号的模拟和仿真，可以模拟直流PLC 输出，以及其他高频纹波的输出。
本实用新型采用如下的技术方案：
一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，包括DSP1、以太网接口2、波形随机存取存储器3、工控器4、定时器5、第一DMA控制器6A、第二DMA控制器6B、第一同步串行通信接口7A、第二同步串行通信接口7B、第一DA转换器8A、第二DA转换器8B、晶体9、电压功放10以及电流功放11，
DSP1分别和晶体9、定时器5连接；
工控器4、以太网接口2、DSP1以及波形随机存取存储器3依次连接；
波形随机存取存储器3、第一DMA控制器6A以及第一同步串行通信接口7A依次连接；
波形随机存取存储器3、第二DMA控制器6B以及第二同步串行通信接口7B依次连接；
第一同步串行通信接口7A和第一DA转换器8A连接；
第二同步串行通信接口7B和第二DA转换器8B连接；
第一DA转换器8A和电流功放11连接；
第二DA转换器8B和电压功放10连接；
其中，DSP为数字信号处理，DMA为直接存储器访问。
所述晶体9为1ppm的10M的有源晶体。
所述工控器4为带网口的台式机或笔记本电脑。
所述第一DA转换器8A和第二DA转换器8B转换过程中的片选信号高电平包括D15～D0和大于等于一个时钟信号。
所述时钟信号的编程过程中的纹波频率控制为低频纹波，其频率范围为30-150HZ。
所述定时器5的输入为DSP1将晶体9倍频为80MHz，定时器5在232内的任意值进行分频。
同步时钟SCLK和定时器5连接。
所述第一DMA控制器6A和第二DMA控制器6B设置随机存取存储器的起始地址，纹波周期的拟合点数N，N取值范围为1～8000000。
所述电压功放10由比例放大电路组成，输出的带纹波的直流电压信号的范围由芯片3483和工作电源决定。
所述电流功放11包括功放模块OPA548 U11、反馈电阻R5以及第一电阻 R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，
第一电阻R1与功放模块OPA548 U11的反相输入端相连接；第二电阻R2 一端与功放模块OPA548 U11的反相输入端相连接，另一端与功放模块OPA548 U11的输出端相连接；第三电阻R3的一端与功放模块OPA548 U11的正相输入端相连接，另一端接地；第四电阻R4的一端与功放模块OPA548 U11的正相输入端相连接，另一端与反馈电阻R5的一端相连接；反馈电阻R5的另一端与功放模块OPA548 U11的输出端相连接。
本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型使用高速DMA和可编程时基可调节原理设计了带纹波输出的直流标准功率源，克服了以前直流纹波频率无法任意设置的缺点，可实现低频纹波到高频纹波的高准确度输出，且可实现双极性输出(正或负电压/电流)，可以广泛应用于低速模拟信号的仿真，包括PLC控制的模拟量输出，以及光伏逆变器输出等直流带纹波信号的仿真和测试。
附图说明
图1为一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源电路图；
图2为DMA传输原理图；
图3为DA转换原理；
图4为电流功率放大器的示意图；
图5为电压功率放大的示意图；
图6为DA输出时序的示意图；
其中，1为数字信号处理器；2为以太网接口；3为波形随机存取存储器；4 为工控器；5为定时器；6A为第一DMA控制器；6B为第二DMA控制器；7A为第一同步串行通信接口；7B为第二同步串行通信接口；8A为第一DA转换器；8B为第二DA转换器；9为晶体；10为电压功放；11为电流功放；R1为第一电阻；R2 为第二电阻；R3为第三电阻；R4为第四电阻；R5为第五电阻。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型精神，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。
如图1所示本实用新型一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，包括DSP1、以太网接口2、波形随机存取存储器3、工控器4、定时器5、第一DMA控制器6A、第二DMA控制器6B、第一同步串行通信接口 7A、第二同步串行通信接口7B、第一DA转换器8A、第二DA转换器8B、晶体9、电压功放10、电流功放11，
DSP1分别和晶体9、定时器5连接；
工控器4、以太网接口2、DSP1以及波形随机存取存储器3依次连接；
波形随机存取存储器3、第一DMA控制器6A以及第一同步串行通信接口7A依次连接；
波形随机存取存储器3、第二DMA控制器6B以及第二同步串行通信接口7B依次连接；
第一同步串行通信接口7A和第一DA转换器8A连接；
第二同步串行通信接口7B和第二DA转换器8B连接；
第一DA转换器8A和电流功放11连接；
第二DA转换器8B和电压功放10连接；
其中，DSP为数字信号处理，DMA为直接存储器访问。
晶体9为1ppm的10M的有源晶体；
工控器4为带网口的台式机或笔记本电脑。
如图6所示，第一DA转换器8A和第二DA转换器8B转换过程需要片选信号高电平，片选信号高电平包括D15～D0和大于等于一个时钟信号，其中， D15～D0有16个时钟信号，完成一次DA转换需要大于等于17个时钟信号，当能够对时钟信号实现可编程时，则通过时钟信号时基的改变修改纹波的输出频率，时钟信号的改变通过定时器5编程实现。
时钟信号的编程过程中的纹波频率控制为低频纹波，其频率范围为30- 150HZ。
时钟信号由DSP内部的32Bit的定时器5控制，定时器的输入为DSP Core 1把晶体8倍频为80MHz，定时器可以在232内的任意值进行分频。
DA转换原理：
如图3所示，同步时钟SCLK和定时器5连接。
DA转换在SPORT口的控制下，完成从数字量到模拟量的转换SPORT的同步时钟SCLK设置为输入接入到定时器的输出上，DA芯片在时钟信号和片选信号的控制下SDI数据按高位到低位的顺序传输并转换如图6所示。
由于DA芯片AD5543为电流输出，所以通过运放U8_3转换为电压信号，同时为了实现双极性输出通过运放U8_4转换为双极性。
如图2所示，第一DMA控制器6A和第二DMA控制器6B设置随机存取存储器的起始地址，纹波周期的拟合点数N，N取值范围为1～8000000。
当DMA的首地址、循环周期(拟合周期)设定后，启动DMA，DMA会自动把内存里面的波形数据按DA的是时序要求(如图6)自动循环输出，而不需要CPU的干预，输出的波形没有任何CPU指令的延时，时序抖动等同于晶体的抖动，可以忽略。
电压通道的DMA和电流通道的DMA可以在DSP Core的控制下同步启动，可以保证电压和电流的同步输出。
如图5所示，电压功放10由比例放大电路组成，其实输出的范围由芯片3483 和工作电源决定，芯片3483最大可工作到+/-150V。
如图4所示，电流功放11由功放模块OPA548 U11、反馈电阻R5以及第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4组成，电流功放11采用高端反馈方式，第一电阻R1与功放模块OPA548 U11的反相输入端相连接；第二电阻R2一端与功放模块OPA548 U11的反相输入端相连接，另一端与功放模块OPA548 U11的输出端相连接；第三电阻R3的一端与功放模块OPA548 U11 的正相输入端相连接，另一端接地；第四电阻R4的一端与功放模块OPA548U11 的正相输入端相连接，另一端与反馈电阻R5的一端相连接；反馈电阻R5的另一端与功放模块OPA548 U11的输出端相连接。
电流功放实现把1V的电压变成1A的电流。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，包括DSP(1)、以太网接口(2)、波形随机存取存储器(3)、工控器(4)、定时器(5)、第一DMA控制器(6A)、第二DMA控制器(6B)、第一同步串行通信接口(7A)、第二同步串行通信接口(7B)、第一DA转换器(8A)、第二DA转换器(8B)、晶体(9)、电压功放(10)以及电流功放(11)，其特征在于：
DSP(1)分别和晶体(9)、定时器(5)连接；
工控器(4)、以太网接口(2)、DSP(1)以及波形随机存取存储器(3)依次连接；
波形随机存取存储器(3)、第一DMA控制器(6A)以及第一同步串行通信接口(7A)依次连接；
波形随机存取存储器(3)、第二DMA控制器(6B)以及第二同步串行通信接口(7B)依次连接；
第一同步串行通信接口(7A)和第一DA转换器(8A)连接；
第二同步串行通信接口(7B)和第二DA转换器(8B)连接；
第一DA转换器(8A)和电流功放(11)连接；
第二DA转换器(8B)和电压功放(10)连接；
其中，DSP为数字信号处理，DMA为直接存储器访问。
2.根据权利要求1所述的一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，其特征在于：
所述晶体(9)为1ppm的10M的有源晶体。
3.根据权利要求1所述的一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，其特征在于：
所述工控器(4)为带网口的台式机或笔记本电脑。
4.根据权利要求1所述的一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，其特征在于：
所述第一DA转换器(8A)和第二DA转换器(8B)转换过程中的片选信号高电平包括D15～D0和大于等于一个时钟信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，其特征在于：
所述时钟信号的编程过程中的纹波频率控制为低频纹波，其频率范围为30-150HZ。
6.根据权利要求1所述的一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，其特征在于：
所述定时器(5)的输入为DSP(1)将晶体(9)倍频为80MHz，定时器(5)在232内的任意值进行分频。
7.根据权利要求1或6所述的一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，其特征在于：
同步时钟SCLK和定时器(5)连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，其特征在于：
所述第一DMA控制器(6A)和第二DMA控制器(6B)设置随机存取存储器的起始地址，纹波周期的拟合点数N，N取值范围为1～8000000。
9.根据权利要求1所述的一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，其特征在于：
所述电压功放(10)由比例放大电路组成，输出的带纹波的直流电压信号的范围由芯片3483和工作电源决定。
10.根据权利要求1所述的一种基于DMA及可编程时基的带纹波叠加的直流标准功率源，其特征在于：
所述电流功放(11)包括功放模块OPA548 U11、反馈电阻R5以及第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4，
第一电阻R1与功放模块OPA548 U11的反相输入端相连接；第二电阻R2一端与功放模块OPA548 U11的反相输入端相连接，另一端与功放模块OPA548 U11的输出端相连接；第三电阻R3的一端与功放模块OPA548 U11的正相输入端相连接，另一端接地；第四电阻R4的一端与功放模块OPA548 U11的正相输入端相连接，另一端与反馈电阻R5的一端相连接；反馈电阻R5的另一端与功放模块OPA548 U11的输出端相连接。
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