採用真有效值變換器AD736實現軌道感應電壓智能監測系統的設計

2020-11-26 電子發燒友

採用真有效值變換器AD736實現軌道感應電壓智能監測系統的設計

馮雲梅，蔣秋華， 發表於 2020-11-12 10:01:52

　　作者：馮雲梅 ， 蔣秋華 ， 史天運

隨著列車運行速度的提升，鐵道部規劃在未來的列車運行中將逐步取消地面信號機而只使用車上信號系統的重大體制改革，即機車信號系統將是司機操作列車運行的唯一信號引導，而軌道感應電壓值的大小直接影響機車信號的正常，所以在對機車信號運行參數的監測中，對軌道感應電壓的監測是其中一個很重要的部分。 軌道感應電壓是交流小信號，對交流信號有效值的測量主要有以下幾種方法：

1） 用峰值變換器，通過波峰因數求出有效值；

2） 熱電偶電橋有效值變換器；

3） 用模擬運算組成電子有效值變換器；

4） 逐點採樣一組數據，求其「均方根」得到其有效值。

以上幾種測量方法都存在不同程度的缺點和局限性，為了得到軌道感應電壓有效值的精確測量，且實現簡單可靠，我們採用真有效值變換器AD736，它通過對輸入交流電壓進行「平方→求平均值→開平方」的運算而得到交流電壓的有效值。當我們進行軌道感應電壓值的讀取時，將變換後的直流信號通過AD採樣器，然後利用單片機進行運算和處理，即可得到感應電壓的有效值。

AD736

AD736是經過雷射修正的單片精密真有效值AC/DC轉換器。其主要特點是準確度高、靈敏性好（滿量程為200mVRMS）、測量速率快、頻率特性好（工作頻率範圍可達0_460kHz）、輸入阻抗高、輸出阻抗低、電源範圍寬、低功耗（最大的電源工作電流為200μA）。用它來測量正弦波電壓的綜合誤差不超過±3%。AD736片內含有5個功能部分：輸入放大器、全波整流器、RMS變換器、偏置電路和輸出緩衝器。 AD736的輸入是通過一個用作單位增益緩衝器（具有FET輸入）的輸入放大器來引入的。工作時，被測信號電壓加到AD736輸入放大器的同相輸入端，此輸入放大器的輸出電壓經全波整流後送到RMS變換器，RMS變換器又將其經過「平方→求平均值→開平方」的運算後轉換成代表真有效值的直流電壓，然後再通過輸出放大器的Vo端輸出。

軌道感應電壓智能監測的實現

在機車信號智能監測中，由於機車信號主機需要從軌道感應電壓獲取信息，來產生機車信號，為了不至於對機車信號主機接收軌道感應信息造成影響，保證行車安全，軌道感應電壓的智能監測電路的設計需要注意以下兩個方面： 1） 監測電路與軌道感應線圈相互隔離：當機車信號智能監測電路出現短路、過流等現象時不會干擾機車信號主機的正常工作。 2） 監測電路的輸入阻抗足夠大：如果機車信號智能監測電路的輸入阻抗太小，將會分流較多軌道感應線圈的能量，使到達機車信號主機的能量太小，造成機車信號主機不能獲取軌道感應信息，導致機車信號亂碼。 基於上述考慮，軌道感應電壓智能監測電路中，我們在軌道感應線圈和AD736的輸入端之間插入了一個隔離放大器ISO124，其電路框圖如圖1所示。

圖1 軌道感應電壓智能監測框圖

ISO124為BB公司採用新型的滯回調製/解調技術設計的低成本精密電容隔離放大器，它是由在電路上完全對稱的輸入部分和輸出部分組成，製造時採用雷射調整工藝使兩部分完全匹配，因此ISO124的輸出端能夠高精度復現輸入信號，所以系統接入ISO124不會影響信號的完整性，而且具有較好的高頻暫態性能，如果不接任何外部器件，其傳輸係數為1：1，增益誤差小於±0.5%。利用ISO124和AD736設計的軌道感應電壓智能監測電路圖如圖2所示。 圖中A1212S-1W是為ISO124輸入端提供±12V電源的，此電源與輸出部分±12V電源是相互隔離的，這樣保證ISO124的輸入和輸出部分在電氣上完全隔離。軌道感應電壓經ISO124隔離後，直接輸入到AD736的高阻抗輸入端，而將Cc引腳與公共端COM通過隔直電容Cc相連，此種方式下，輸出為軌道感應電壓的有效值，將不包含直流分量。

圖2 軌道感應電壓測量原理圖

結語

我國鐵路機車信號主要採用相位連續的移頻鍵控FSK調製方式，目前廣泛採用的主要有兩種：國產移頻信號及法國UM－71移頻信號，國產移頻信號的中心頻率主要有四種，分別是下行550Hz、750 Hz及上行650 Hz和850 Hz，法國UM－71移頻信號的中心頻率也主要

有四種，分別是下行1700Hz、2300 Hz及上行2000 Hz和2600 Hz，我們設計的軌道感應電壓有效值的監測電路中，在上述兩種制式的頻率範圍內的測量精度都達到了±3mV，滿足現場的實際需求。

責任編輯：gt

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • AC-DC轉換器AD736在RMS儀表電路中的應用
    為了實現對交流信號電壓有效值的精密測量，並使之不受被測波形的限制，可以採用真有效值轉換技術，即不通過平均折算而是直接將交流信號的有效值按比例轉換為直流信號。為了適應現代電子測量的需要，目前測量交流電壓真有效值（RMS）的萬用表得到了迅速的發展。交流電壓的真有效值是通過電路對輸入交流電壓進行「平方→求平均值→開平方」的運算而得到的。
  • 真有效值AC/DC轉換器AD736及其在RMS儀表電路中的應用
    本文介紹了AD736的工作原理及使用要點，給出了以該晶片為核心構成的RMS儀表設計電路。    關鍵詞：真有效值 RMS AC/DC轉換器 測量 AD7361 概述在科學實際和生產實踐中，會遇到大量的非正弦波。
  • AC-DC轉換器AD736在RMS儀表電路中的設計
    美國AD公司的AD736是其中非常典型的一種。在科學實際和生產實踐中，會遇到大量的非正弦波。傳統測量儀表採用的是平均值轉換法來對其進行測量，但這種方法存在著較大的理論誤差。為了實現對交流信號電壓有效值的精密測量，並使之不受被測波形的限制，可以採用真有效值轉換技術，即不通過平均折算而是直接將交流信號的有效值按比例轉換為直流信號。
  • ad637有效值檢測電路
    有效值檢測設計總結 　　一、模塊設計要求： 　　檢測交流信號的有效值並以直流信號輸出。設計要求儘量提高精確度，減小頻率的影響。 　　二、模塊完成情況： 　　工作電壓為正負5V的雙電源，能夠實現各種波形的真有效值檢測，但高頻率信號和小信號（小於20mv）的檢測沒能實現。當輸入頻率低於1KHz的正弦波時輸出的還是正弦波而不是一條直線，且輸出波形的頻率為信號源的兩倍！
  • 間接測量交流電壓有效值的方法與應用
    交流電壓有效值是根據「焦耳·楞次」定律來定義的。基於此定義，早期實現有效值的測量方法有：利用熱電偶的熱電變換器，或者採用峰值檢測法、絕對平均法分別測出交流信號的峰值或絕對平均值，再進行換算[1]。隨著現代電子技術的發展，較為理想的方法是利用集成器件實現有效值的實時計算[1]，這樣的集成器件有真有效值-直流變換器（如AD637），或者其他功能更強大的、基於交流採樣的集成電路[2]（如CS5463）。
  • 交流輸入電壓、電流監測電路設計
    當這些情況發生時，供電線路上已不是理想的正弦波，採用平均值測量電路將會產生明顯的測量誤差。利用真有效值數字測量電路，可以準確、實時地測量各種波形的電壓、電流有效值。下面介紹的監測電路安裝於配電箱中，與外圍保護電路一起實現對電子設備保護的功能。
  • 一種PFC變換器輸入電壓前饋控制方法
    與模擬控制相比，數字控制不僅具有控制簡單，性能穩定，成本低廉等優點，而且通過軟體編程，可以實現不同的控制功能，具有很大的靈活性，DSP也因此在功率因數校正電路中獲得了廣泛的應用[1-3]。平均電流控制是目前廣泛應用的PFC控制方法[4]，它通過控制Boost PFC開關變換器的平均輸入電流，使其為與輸入電壓同相位的正弦波，從而實現單位功率因數。
  • 真有效值轉換器LTC1966的原理與應用
    LTC1966構成的多量程真有效值數字電壓表電路。關鍵詞： 真有效值；TRMS／DC轉換器；D-S調製器；數字電壓表真有效值數字電壓表的基本原理利用真有效值(TRMS)數字儀表，可以準確、實時地測量各種波形的有效值電壓，滿足現代電子測量之需要。
  • 實現LLC變換器寬電壓輸出的方法
    LLC變換器由於具有高效率、小體積以及寬範圍軟開關等優點在航空電源、直流微電網、燃料電池、船舶動力系統等方面擁有越來越廣泛的應用。一般情況下，LLC變換器常採用脈衝頻率調製（Pulse Frequency Modulation, PFM）方式調節輸出電壓。然而變換器的工作頻率範圍受到器件的限制，難以實現寬範圍的輸出電壓調節。
  • 基於三電平LLC諧振型變換器在新能源汽車充電機的設計研究*
    ，DC/DC變換採用半橋三電平LLC諧振雙向直流變換器拓撲電路，以提高充電機的效率和功率因數，通過描述其工作原理與特性設計元件參數與選型，並通過仿真驗證高功率、寬電壓範圍輸出的可行性。　　為了提高整機的效率和大功率的設計要求，本設計研究在文獻[1-2]中提出前級採用三相六開關的PFC拓撲電路，以提高功率因數，為後級的DC/DC變換器提供穩定在700 V的輸入電壓，半橋三電平LLC諧振變換器實現輸出280~400 V的寬範圍電壓，是本充電機的核心部位。
  • 電能質量監測系統的設計實現和車載應用
    針對城軌車輛電壓電流功率等監測的應用需求，吉隆坡中車維保有限公司的研究人員宋傑，在2020年第11期《電氣技術》雜誌上撰文，設計了一種由嵌入式電能質量檢測設備和數據處理模塊組成的電能質量監測系統。結合對檢測設備輸出的三相電壓數據，以空調櫃三相電壓監控繼電器模塊測試為例，本文介紹了基於離散傅立葉變換算法的諧波檢測方法。應用案例表明，通過定製化設計，該電能質量監測系統滿足了應用需求，可在電壓不高於三相400V的交流檢測環境中應用。在工業現場和實驗應用中，需要對電源或線路電能質量、電源穩定性進行監測和記錄，對故障線路進行故障分析、排查和處理等。
  • 基於DSP器件和PLD邏輯器件實現矩陣變換器系統的設計
    基於DSP器件和PLD邏輯器件實現矩陣變換器系統的設計 王勇,呂徵宇,汪槱 發表於 2020-12-03 09:58:36 1 引言 矩陣式變換器是一種具有優良的輸入輸出特性的新型交
  • 電能質量監測系統的設計實現和車載應用詳解
    針對城軌車輛電壓電流功率等監測的應用需求，吉隆坡中車維保有限公司的研究人員宋傑，在2020年第11期《電氣技術》雜誌上撰文，設計了一種由嵌入式電能質量檢測設備和數據處理模塊組成的電能質量監測系統。
  • 移相全橋DC/DC變換器雙閉環控制系統設計
    摘要：提出移相全橋DC／DC變換器閉環系統設計方案，基於PWM控制器件UCC3895設計一個>雙閉環控制系統，該系統採用電壓外環和電流內環的控制方式，在電壓環中引入雙零點、雙極點的PI補償，電流環中引入斜坡補償，結合實應用對閉環系統進行實驗測試，結果表明所設計的閉環系統動態響應快，穩定性好。
  • 高性能混合集成DC/DC變換器設計
    軍用混合集成DC/DC電源變換器以其體積小、重量輕、功率密度高、效率高、可靠性高等特點，被廣泛用於軍事電子控制系統。本文主要介紹低紋波雙路輸出DC/DC電源變換器的設計思想、實現方法及研究結果。　　2方案設計　　根據雙路獨立輸出的特殊要求，經過對雙路輸出DC/DC變換器拓撲進行深入分析研究，確定實現雙路獨立輸出DC/DC變換器的電路方案。
  • 電源設計指南:拓撲結構(一)
    即感應耦合器的磁耦合裝置原副邊之間分開更大距離，充電源安裝在某一固定地點，一旦汽車停靠在這一固定區域位置上，就可以無接觸式地接受充電源的能量，實現感應充電，從而無須汽車用戶或充電站工作人員的介入，實現了全自動充電。2感應耦合充電標準—SAEJ-1773為實現電動汽車市場化，美國汽車工程協會根據系統要求，制定了相應的標準。
  • 一種高速交流信號有效值測量方法
    本文以真有效值測量晶片AD736為核心，利用數控滑動變阻器AD5204設計了非常密集且分布均勻的檔位，輔之以快速檔位確定算法，使得AD736
  • 採用Zigbee和電容觸控技術實現燈光控制器的設計
    家居設備向著智能化、數位化和網絡化的方向發展．燈光控制開關作為家庭最常用的控制設備擁有廣闊的市場前景，設計可靠安全、遠程操控的新型燈光控制器符合發展要求和市場需求。Zigbee作為一種低功耗、低速率的無線通訊協議。其特點使其能夠在智能家居、公共安全、工業監測等眾多物聯網應用領域有所作為；因此，將Zigbee技術應用到燈光控制器的設計中，能夠滿足控制器對於低功耗以及網絡化的需求。
  • 高頻開關變換器中的磁性元件設計
    本文針對600W雙管正激變換器中的高頻變壓器採用「Magnetics Designer」軟體進行自行設計，給出了具體的設計方法和設計過程，並通過Pspice仿真驗證其設計效果。但由於磁性元件所涉及的參數太多，其工作狀態不易透徹掌握，因此常規的設計方法不能全面反映其實際工作情況和考慮其它因素的影響，也就很難達到所需的性能指標和滿足設計要求。針對高頻開關變換器中的磁性元件設計的重要性、必要性及其複雜性，筆者採用Intusoft公司的「Magnetics Designer」軟體根據磁性元件的實際工作情況進行計算設計，獲得較理想的效果。
  • 高頻開關電源中隔離降壓式DC/DC變換器的製作方法
    在磁路部分設計完畢後，還必須放到實際電路中驗證其性能。由此可見，在高頻開關電源的設計中，真正難以把握的是磁路部分的設計。高頻開關電源的磁性元件主要包括變壓器、電感器。為此，本文將對高頻開關電源變壓器的設計，特別是正激變換器中變壓器的設計，給出詳細的分析，並設計出一個用於輸入48V(36～72V)，輸出2.2V、20A的正激變換器的高頻開關電源變壓器。