高精度功率分析仪硬件电路设计与实现

发布时间：2022-08-09 10:25

　　随着电力电子技术的不断发展,对各种各样电力测量设备的指标要求越来越严格。国内的功率分析仪的性能指标已经越来越难以满足高带宽、高精度、瞬态复杂信号的测试需求,所以需要设计一台高精度功率分析仪。本仪器提供了多个测量通道并且能够在宽频带范围内对电流电压、频率、谐波以及功率等电能参数进行高精度测量。本文详细介绍了高精度功率分析仪的硬件总体设计方案,对模拟采集通道板卡和数字处理板卡的一些细节进行了详细的分析。通过与软件相结合实现了完整的高精度功率分析仪。本文主要研究内容如下:1.系统硬件总体方案设计:本项目进行模块化设计,信号通过模拟采集板中的采集电路、信号调理电路和ADC进行信号处理后,再传送给数字处理板中的FPGA完成数据的采集,最后将采集到的数据传输给工控机进行各种参数的运算处理以及显示。2.模拟采集板:对电压采集电路中的影响阻容分压器幅频响应的两种分布电容进行了分析以及优化设计;对电流采集中的分流电阻的等效电感效应进行了优化设计;根据系统指标对信号调理电路的要求,设计了差动电路、增益电路、ADC驱动电路、保护电路,并运用噪声理论验证了本设计的可行性。3.数字处理板:对FPGA芯片的选型和... 

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 功率分析仪国外研究现状
        1.2.2 功率分析仪国内研究现状
    1.3 本项目核心指标
    1.4 本论文的结构安排
第二章 高精度功率分析仪硬件系统方案设计
    2.1 高精度功率分析仪硬件系统方案概述
        2.1.1 系统硬件方案概述
        2.1.2 系统结构方案概述
    2.2 高精度功率分析仪模拟采集板卡方案概述
        2.2.1 电压采集通道方案概述
        2.2.2 电压采集方法研究
        2.2.3 电流采集通道方案概述
        2.2.4 电流采集方法研究
        2.2.5 模数转换器选型
    2.3 高精度功率分析仪数字处理板卡概述
        2.3.1 数字处理板方案概述
        2.3.2 数字处理板功能概述
    2.4 硬件系统供电方案
        2.4.1 模拟采集通道供电方案概述
        2.4.2 数字处理板卡供电概述
    2.5 本章小结
第三章 高精度模拟采集通道电路设计
    3.1 电压采集电路设计
        3.1.1 电阻与电容的设计选型
        3.1.2 阻容分压网络设计
        3.1.3 电压跟随器选择
    3.2 电流通道采集电路设计
        3.2.1 分流电阻的设计选型
        3.2.2 电流检测网络设计
        3.2.3 差动放大电路的设计
        3.2.4 大电流走线设计方法
    3.3 信号处理电路设计
        3.3.1 耦合电路
        3.3.2 可变增益放大电路
        3.3.3 抗混叠滤波电路
    3.4 ADC电路设计
        3.4.1 ADC驱动电路设计
        3.4.2 ADC电路设计
    3.5 频率检测电路设计
        3.5.1 可变带宽滤波器设计
        3.5.2 频率测量预处理电路设计
        3.5.3 频率测量方法设计
    3.6 保护电路设计
        3.6.1 峰值保护电路设计
        3.6.2 隔离电路设计
    3.7 多级放大电路噪声分析
        3.7.1 常见噪声种类
        3.7.2 同相运放噪声计算
        3.7.3 多级噪声计算
    3.8 本章小结
第四章 数字处理板卡电路设计及信号完整性仿真分析
    4.1 FPGA电路设计
        4.1.1 FPGA选型
        4.1.2 FPGA配置电路设计
        4.1.3 PCIe总线电路设计
    4.2 DDR3 电路及仿真设计
        4.2.1 DDR3 电路设计
        4.2.2 DDR3 关键信号分析
        4.2.3 DDR3 信号完整性仿真
    4.3 FPGA电源设计
    4.4 电源完整性
        4.4.1 电源分配系统简介
        4.4.2 电源噪声分析
        4.4.3 电源完整性分析设计
    4.5 本章小结
第五章 样机与实验测试结果分析
    5.1 模拟采集板卡测试
        5.1.1 阻容分压调试方法
        5.1.2 ADC驱动电路测试
        5.1.3 保护电路测试
    5.2 数字处理板卡测试
        5.2.1 电源测试
        5.2.2 上电顺序测试
    5.3 整机系统测试
        5.3.1 电压采集测试
        5.3.2 电流采集测试
        5.3.3 频率测试
    5.4 样机及模块实物图
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SAR-ADC的高精度电流检测电路[J]. 邹志革,唐嘉杰,段华丽.  电子产品世界. 2019(02)
[2]原子钟钛泵高压电源及小电流检测电路设计[J]. 郭显鑫,卢旭,部英男,刘克承,王骥.  仪器仪表学报. 2017(07)
[3]一种用于大电流LED驱动的高侧电流检测电路[J]. 刘岩,冯勇建,夏荣菲.  厦门大学学报(自然科学版). 2016(04)
[4]PXI峰值功率分析仪的设计技术研究[J]. 徐达旺,赵浩,董占勇,李强,刘元商.  国外电子测量技术. 2016(03)
[5]横河发布高精度功率分析仪WT3000E[J].   国外电子测量技术. 2015(07)
[6]基于ARM+DSP的电源功率分析仪设计[J]. 王晗,尹建华,苏界伟,蔡念,陈新.  电源技术. 2015(05)
[7]可用于变压器测试的高精度功率分析仪WT3000T[J].   电子测量技术. 2013(06)
[8]泰克昂首挺进电力电子市场——推出高精度功率分析仪PA4000[J]. 刘璇.  国外电子测量技术. 2013(05)
[9]国产高精度宽带功率分析仪PA6000惊艳亮相[J].   电子产品世界. 2013(05)
[10]高性能的功率分析仪[J]. 姜宝琪.  电世界. 2012(11)



本文编号：3672387