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基于ATT7022B提高三相电能表的精度

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第8卷第5期2009年10月江南大学学报(自然科学版)Journal of J iangnan U niversity(Na t ura l Science Edition)V o.l 8 N o .5O ct . 2009收稿日期:2009-05-05; 修订日期:2009-08-15。

作者简介:屈百达(1956-),男,辽宁北镇人,教授,硕士生导师。

主要从事现代控制技术应用、信号处理与应用研究。

E m a i:l qbd518@yahoo 基于ATT7022B 提高三相电能表的精度屈百达, 张瑞占, 张善理(江南大学通信与控制工程学院,江苏无锡214122)摘 要:为了提高电能表的计量精度,避免低电流负荷时电流互感器测量产生较大误差,提出了功率分段计量的电能表设计方案。

该方案采用双变比电流互感器进行电流信号的检测采样,通过实时监视电网功率额度进行电流检测装置高低变比的切换,以实现功率分段计量。

关键词:精确计量;功率分段;电能计量芯片;单片机中图分类号:TP 368.1文献标识码:A文章编号:1671-7147(2009)05-0547-04Precision Si m u lation R esearch of Three PhaseW att H ourM eter Based on ATT7022B ICQU Ba i da , Z H ANG Ru i zhan , Z H ANG Shan li(Schoo l o f Comm un i ca ti on and Contro l Eng i ne er i ng ,Jiangnan U n iversity ,W ux i 214122,Ch ina)A bstrac t :In o rde r to i n crease the m easure m ent prec ision o f w a tt hour m ete r and to avo id the b i gerro r in fluence o f current transfo r m er su rvey i n g fo r the low e lec tric curren t load ,the paper presen ts an idea of w att hour m eter w ith the pow er pa rtition m easure m en.t The curren t signa l sa m p le m easu red by doub le vo ltage ratio curren t transfor m er ,h igh or lo w vo ltage ra tio current transfor m er is se lec ted by the real ti m e pow er .The m easured data are proved to be actua l and effective v ia the expe ri m ent based on ATT7022B I C and M icro contro lle r .K ey w ords :accurate m easure m en,t pow er subsec tion ,e lec tr ic energy m etering ch i p ,SC M目前,电能表研究得到迅速的发展,其功能不断扩展[1 2],计量精度逐步提高。

计量精度问题一直是电力部门研究的重点,为了提高计量精度许多研究者从A /D 转换或算法等角度入手,李恒文等[3]从A /D 转换角度研究了提高电量计量精度的方法;魏柠柠等[4]从提高校表效能的角度,采用逐步逼近算法进行电能表参数的校准,以提高了电量计量精度;也有研究者通过A /D 检测电路与DSP 相结合提出电能精度计量方案[4]。

但是考虑到低负荷时电流互感器测量结果误差较大,且当前电能表产品还不具有按负荷功率额度分段检测计量的功能,为配合解决输配电网的高精度计量问题,尤其是在低负荷时电能表计量精度上,文中提出一种新型的输配电网电力负荷高精度计量方案。

1 总体方案设计电能表主要包含电源模块、采样计量模块、通信模块、存储模块、微控制器及显示模块。

微控制器AT89C55是控制核心,它协调控制各个功能模块工作,并通过SP I 通信时检测电网负荷功率大小,进而控制电流通道选择器以实现负荷功率分段计量。

本设计还实现人机交互、数据存储、异常记录及报警等重要功能[5]。

2 计量电路设计高精度三相电能计量芯片ATT7022B 是计量电路主要的数据处理单元,它集成了七路二阶si g m a-de lta ADC 、参考电压电路、功率、电能、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路[6];其模数转换采用双端差分信号输入,输入最大的正弦信号有效值是1V 。

计量电路设计如图1所示。

图中低变比电流互感器为CT1,高变比电流互感器为CT2,电流互感器为PT;电容、电阻、抗衰变二极管组成衰减网络和滤波网络等,其中B 相和C 相电流电压采样电路均与A 相相同[1]。

本设计中电压采样电路对应的ATT7022B 的ADC 输入选在0.5V 左右,电流采样电路对应ATT7022B 的ADC 输入选在0.1V 左右。

差分信号是由精密组合式电压互感器(PT),双变比电流互感器(CT)检测后,经信号衰减网络和滤波网络处理后产生的。

ATT7022B 通过SPI 通信口和微控制器AT89C55进行数据交换,将电网负荷瞬时功率和额定负荷功率相比较,从而通过微控制器AT89C55控制电流通道选择器,进行高低变比电流数据采样电路切换。

整个计量电路设计具有精度高、超低功耗、全量程精度平衡等优点。

图1 计量电路Fig .1 M easu re m en t c ircu it3 计量系统软件流程软件系统主要包括初始化程序、异常判断处理程序、通信处理程序和电能计量处理程序等。

主程序采用循环执行,通过对功能子程序的不断调用,使各个程序功能模块协调工作,从而达到电能表整个系统工作的要求[2]。

电能计量主程序流程如图2所示。

电能计量过程中首先是微控制器AT89C55通过SPI 通信口读取ATT7022B 的R-P t 功率寄存器,将读取的数值和额定功率相比较,当电网负荷功率低于额定功率的20%时,通过AT89C55的P3.3引脚控制通道选择器CD4053,选通低变比电流互感器CT1及相应的衰减电路,否则选通高变比电流互感器CT2及相应的衰减电路。

电量计量通过对ATT7022B 的能量脉冲累加实现。

计量软件设计实现高低负荷能量单独计量,用以减小电流互感器测量误差,实现电能表精确计量。

此设计中有功脉冲常数为M C =3200i m p /(k W h),无功脉冲常数为MC =3200i m p /(k W h)。

548 江南大学学报(自然科学版) 第8卷图2 电能计量程序流程F ig .2 Flow of energy m easure4 功率软件校表电能表的计量精度除了取决于自身的品质外,还取决于对电能表的校准[7 8],在本设计中虽然采用双变比电流互感器,缩小了电流检测误差,但是为了使计量精度更优化,校表同样必不可少。

在设计中,计量芯片ATT7022B 内部结构中具有完整的全数字校表电路,即支持软件校表,经过校正的电能表,有功精度可高达0.2S 级,无功精度2级。

功率校正主要分比差校正和角差校正两部分。

比差校正主要是对互感器的比差进行修正,互感器比差的非线性在高精度计量时是不可忽视的。

ATT7022B 可以将比差进行分段补偿,ATT7022B 提供寄存器Ireg chg ,可以根据电流大小设置补偿分段区域(见图3),根据实际应用需要设置Ireg chg 。

当Iregchg 设定之后,需要对这个区域分别进行比差校正。

如果将Iregchg 设为0,则说明在整个电流区域内使用一次比差补偿,这时只需要根据误差对功率增益0/1进行设置即可[6]。

同比差修正类似,角差修正也采用分段修正,ATT7022B 最多可以提供5个角差补偿区域。

实际应用中角差的补偿并不需要将电流区域分为5段,在1S 级或者0.5S 级表应用时只需分成两段补偿即可达到要求。

角差校正是在比差修正之后,比差校正在功率因数1.0时进行,角差校正在0.5L 时进行。

图3 比差校正F ig .3 R atio E rror Correct ion功率因数为1.0时电流软件校正,读电流寄存器的值A 、B 、C 分别为0x7A04B =499787,0x7B00C =503820,0x79E03=499203。

经有效值计算I r ms =I i 210/223=I u /213,则电能表上的电流读数分别为61.0、61.5、60.9A;电流校正值为I gain =I r /I r ms -1。

同时需要读取合相电流值,校表时I r 用26倍的标准表的电流值代入计算,即I r =1.5 26=96。

在运行时,微处理器将读出的电流有效值做除以26的操作。

则A 相电流校正值I gain =96/61-1=0.573770>0,即将I gain =I N T (I ga in 223)=0x49714B 写入校表寄存器26H 中。

B 相和C 相方法相同,寄存器地址分别为27H 和28H 。

功率因数为1.0时电压软件校正,读电压寄存器的值A 、B 、C 分别为0x2A80B4=2785460,0x2ADF02=2809602,0x2AE0A1=2810017,有效值计算U r ms =V n 210/223=V u /213,则电压读数分别为340.02、342.97、343.02V,电压校正值为U gain =U r /U r ms -1。

其中,U r 为标准表的读数。

因开启谐波电压测试功能,校表时U r 的值用2倍的标准表的电压值代入计算。

在运行时,微处理器应将读出的电压有效值做除以2操作。

将A 相电压校正值U gain =I N T (U gain 223)=0x 25A 326写到校表寄存器1B H 中。

B 相和C 相方法相同,寄存器地址分别为1C H 和1DH 。

5 实验结果为了验证本电能表全量程精确计量的的可行549第5期屈百达等:基于ATT7022B 提高三相电能表的精度性,计量采用三相四线制工作方式,双变比电流互感器为30A/5mA、6A/5mA,以A相计量电路为例,通过对三相标准源的输出进行测试,将AT89C55从ATT7022B的A相有功功率寄存器R-Pa读取的数值进行计算和显示,并与三相标准源提供的数值比较,实现对计量数据有效性和真实性的评估(见表1)。

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ATT7022B

ATT7022B

ATT7022B的硬件电路抗干扰设计作者：窦群来源：《电子世界》2013年第06期【摘要】ATT7022B是三相电能表中广泛使用的精度高且功能强的专用计量芯片，它集成了七路二阶sigma-delta ADC，其中三路用于三相电压采样，三路用于三相电流采样，还有一路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样，与单片机配合使用十分方便。

本文将详细介绍在实际运用ATT7022B作为电能计量芯片使用中需要注意的硬件部分抗干扰设计。

【关键词】ATT7022B；采样；抗干扰ATT7022B是珠海炬力集成电路设计有限公司生产的一款精度高且功能强的多功能防窃电基波谐波三相电能专用计量芯片。

它集成了七路二阶sigma-delta ADC，其中三路用于三相电压采样，三路用于三相电流采样，还有一路可用于零线电流或其他防窃电参数的采样，输出采样数据和有效值。

ATT7022B能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复费率多功能电能表的需求，因此该芯片得到了广泛的应用[1]。

ATT7022B封装为44脚QFP形式，外围硬件电路主要包括电源，电压及电流模拟输入、脉冲输出及SPI通信接口等电路。

首先介绍芯片管脚定义及管脚外围电路元器件的选择。

图1所示，管脚12、18、34、41为电源引脚，正常工作电源电压应保持在5V±5%；管脚33、39为内核电源3V输出引脚。

以上6个管脚在设计时都应外接10μF电容并联0.1μF电容进行去耦。

管脚5为基准电压2.4V引脚，可以外接。

为保证测量精度，此管脚外接10μF电容并联0.1μF电容时应尽量靠近管脚处，走线粗短，远离其它信号线，且两个电容均不可省去，电容的接地点应与采样信号的地线尽可能短的连在一起。

管脚8，15为模拟电路（即ADC和基准源）的接地参考点AGND引脚；管脚23、44为数字地GND引脚。

ATT7022校表遇到问题，绕了一大圈才发现的低级错误

ATT7022校表遇到问题，绕了一大圈才发现的低级错误

ATT7022校表遇到问题，绕了一大圈才发现的低级错误最近在用ATT7022C做一款三相电流表，校表遇到问题。

1.使用校表值为0，读出电压值为320V，实际电压输入值为220V，按照数据手册计算220/320=0.6875然后再减去1等于-0.3125，因为是小于0所以按照手册要求要乘2的23次方加上2的24次方最好算出校表值为14155776写入以后重新读取电压值还是显示320，查找不出是为什么！2.我的ADC增益寄存器值为0，按照手册那就是没有打开增益。

3.我往电压校正寄存器里面写入其他值，读出值会产生变化，照理说校表应该是有写进去了。

下面附上电压采集电路和我的驱动程序/**************************写ATT7022********************/void WR_ATT7022(u8 reg_addr,u32 wr_data){u8 i;ATT7022_CS=1;ATT7022_SCLK=0;reg_addr|=0x80; //最高位写1表示写命令ATT7022_CS=0;for(i=0;i<8;i++) //写入命令字{ATT7022_SCLK=1;if(reg_addr&0x80)ATT7022_DIN=1;else ATT7022_DIN=0;reg_addr<<=1;ATT7022_SCLK=0;}for(i=0;i<24;i++) //写入数据{ATT7022_SCLK=1;if(wr_data&0x80)ATT7022_DIN=1;else ATT7022_DIN=0;wr_data<<=1;ATT7022_SCLK=0; //Delay5us();}ATT7022_CS=1;}/*********************初始化ATT7022*********************/ void ATT7022_Init(){ATT7022_REST=0;delay_ms(20);ATT7022_REST=1;ATT7022_CS=1;ATT7022_SCLK=1;ATT7022_DIN=1;ATT7022_DOUT=1;delay_s(1);}/**************************读ATT7022********************/ u32 RD_ATT7022(u8 reg_addr){u8 i;u32 att7022_rdbuf; //数据读取缓存att7022_rdbuf=0;ATT7022_CS=1;ATT7022_SCLK=0;reg_addr&= 0x7f; //最高位写0表示读命令ATT7022_CS=0;for(i=0;i<8;i++) //写入命令字{ATT7022_SCLK=1;if(reg_addr&0x80)ATT7022_DIN=1;else ATT7022_DIN=0;reg_addr<<=1;ATT7022_SCLK=0;}ATT7022_SCLK=0;Delay5us();for(i=0;i<24;i++) //存储数字{ATT7022_SCLK=1;att7022_rdbuf<<=1;if(ATT7022_DOUT)att7022_rdbuf=att7022_rdbuf|0x01;ATT7022_SCLK=0;}ATT7022_CS=1;return att7022_rdbuf;}/********************读取三相参数值**********************/void RD_ATT7022_Three_Phrase_Dat() //芯片数据读出后根据计算公式进行换算{//float a,b,c,d;u32 value_tmp;u32 toal_value;if(Protection_Work_State==Protection_Failure)return;value_tmp=RD_ATT7022(r_Pt);if(value_tmp>8388608)value_tmp=value_tmp-16777216;value_tmp=(value_tmp/256); //2的（23-17）次方2的6次方64T_phrase_Pt=(u16)value_tmp; //合相有功功率value_tmp=RD_ATT7022(r_St);if(value_tmp>8388608)value_tmp=value_tmp-16777216;value_tmp=(value_tmp/64)*100;T_phrase_St=(u16)value_tmp; //合相视在功率toal_value=0;value_tmp=(RD_ATT7022(r_URmsa)/8192.0); //读各相电压有效值,除以2的13次方A_phrase.r_UR=(u32)value_tmp;toal_value=value_tmp;value_tmp=(RD_ATT7022(r_URmsb)/8192.0);B_phrase.r_UR=(u32)value_tmp;toal_value=toal_value+(value_tmp);value_tmp=(RD_ATT7022(r_URmsc)/8192.0);C_phrase.r_UR=(u32)value_tmp;toal_value=toal_value+(value_tmp);toal_value=toal_value/3;T_phrase.r_UR=(u32)toal_value;value_tmp=((RD_ATT7022(r_IRmsa)&0x7fffff)/8192.00*0.05) *10; //读取各相电流有效值A_phrase.r_IR=(u32)value_tmp;toal_value=value_tmp;//a=value_tmp;value_tmp=((RD_ATT7022(r_IRmsb)&0x7fffff)/8192.00*0.05) *10;B_phrase.r_IR=(u32)value_tmp;toal_value=toal_value+(value_tmp);//b=value_tmp;value_tmp=((RD_ATT7022(r_IRmsc)&0x7fffff)/8192.00*0.05) *10;C_phrase.r_IR=(u32)value_tmp;value_tmp=((RD_ATT7022(r_IRmst)&0x7fffff)/8192.00*0.05)* 10;T_phrase.r_IR=(u32)(value_tmp/3);// T_phrase.r_IR=(u32)toal_value;// c=value_tmp;////toal_value=toal_value+(value_tmp);// toal_value=toal_value/3;value_tmp=RD_ATT7022(r_Pft); //读取合相功率因数if(value_tmp>8388608)value_tmp=value_tmp-16777216;value_tmp=(value_tmp/8388608);T_phrase_Ptf=(u16)value_tmp;value_tmp=RD_ATT7022(r_Freq); //读取电网工作频率T_Phrase_Freq=(u16)(value_tmp/8192);value_tmp=RD_ATT7022(r_Ept); //读取合相有功电能T_Phrase_Ep=(u16)value_tmp;value_tmp=RD_ATT7022(0x3f);//读漏电流Leak_Current_Value=(u16)value_tmp;}void ATT7022_CLR() //清除校表数据{u8 i;WR_ATT7022(0xc3,0x000000); //清除软件数据WR_ATT7022(0xc9,0x000000); //较表数据写使能WR_ATT7022(0x20,0x000022); //写入脉冲常数3200 WR_ATT7022(0x1e,0x000000); //比差补偿区域设置WR_ATT7022(0x02,0x000000); //相位补偿区域设置1 WR_ATT7022(0x03,0x000000); //相位补偿区域设置2 WR_ATT7022(0x04,0x000000); //相位补偿区域设置3 WR_ATT7022(0x05,0x000000); //相位补偿区域设置4WR_ATT7022(0x2A,0x000000); //设置合相能量叠加模式WR_ATT7022(0x86,0x000000); //A相功率增益0WR_ATT7022(0x89,0x000000); //A相功率增益1WR_ATT7022(0x87,0x000000); //B相功率增益0WR_ATT7022(0x8A,0x000000); //B相功率增益1WR_ATT7022(0x88,0x000000); //C相功率增益WR_ATT7022(0x8B,0x000000); //0相功率增益1for(i=0x0c;i<0x1a;i++)WR_ATT7022(i,0x000000);//区域相位校正WR_ATT7022(0x1B,14155776); //三相电压校正WR_ATT7022(0x1C,0x000000);WR_ATT7022(0x1D,0x000000);WR_ATT7022(0x26,0x000000); //三相电流校正WR_ATT7022(0x27,0x000000);WR_ATT7022(0x28,0x000000);WR_ATT7022(0x3f,0x000000);WR_ATT7022(0x2c,0x000000); //第七路ADC使能// WR_ATT7022(0xb0,0x5678); //电路相序检测使能// WR_ATT7022(0xae,0x3584);WR_ATT7022(0xc9,0x000001); //关闭校表使能WR_ATT7022(0xc6,0x000011); //读电参数使能}求大神指教，到底是软件的问题还是硬件的问题，帮我解决了话，我有重谢！。

基于ATT7022b的多功能电能表实现

基于ATT7022b的多功能电能表实现

ｏ ｉｈ ａ ｈ ｒ ｗ ｒ ｆ － ｈ ｓ ｌｉ ｕ ｃ ｉｎ ｍｅｅ ｎ ｗ ｏ ｎ ｗｈ ｃ ａ ｄ ａ ｅ ｏ ｐ ａ ｅ ｍｕ ｔ ｆ ｎ ｔ ｔｒａ ｄ ｔ ｏ ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｉ ｔｒ ｃ ｆ ｎｒ ｒ ｄ ａ ｄ ＲＳ一４ ５ ａ ｅｌ ｓ ｋ ｙ ｆ ３ － ｏ ｎ ｃ ｔ ｎ ｅ ｆ ｅ ｏ ｆ ｅ ｎ ｏ ａ ｉ ａ ８ ｓ ｗ ｌ ａ ｅ ｓｏ ｈ ｒ ｗａｅ ｗｅ ｅｐ ｏ ｉ ｅ ｈ ｅ ｍａｎ ｐ ｏ ｒ ｍ ｎ ｈ ｏ ｆ ｅ ｅ ｖｎ ａ ａ ｅ ｎ ＤＬ Ｔ 一６ ５ ｐ ｏｏ ｏ ｅ ｅ ｐ ｔ ｏ ｗａｄ，ｔ ｅａ— ａ ｄ ｒ ｒ ｒ ｖｄ ｄ．Ｔ ｉ ｒ ｇａ ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｗ ｏ ｃ ｉｉ ｇ ｆ ｍｅ ｂ ｄ ｏ ／ ｌ ｒ ｒ ｓ ４ ｒ ｔｃ ｌ ｒ ｕ ｒ ｒ ｗ ｆ ｈ ｌ ｇ ｒ ｈ ｆｃ ｌｕ ａｉｎ ｏ ｎ ｒ ｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｍａ ｉ ｄ ｍａ ｄ，ｄ ｇ ｔｌｃ ｌ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｐｉ ａ ｌ ｅ ｅｅ ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎａ ｉｎ ｗ ｒ ｏｉ ｍｓｏ ａｃ ｌｔ ｆｅ ｅ ｇ ｎ ｈ ｘｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｉｉ ａ ｉ ａ ｉ ｈ ｐ ｌ ｂｅ ｒ ｆｒ ｎ ｅ ｆｒｉ ｌ ｍｅ ｔｔ ｅ ｅ ａ ｂ ｏ ｎ ｃ ｏ ｂｏ ｇ ｔ ｐ ｒ ｕ ｈ ．Ｔ ｅ ｐ ｅ ｉ ｏ ｆ ｃｉ ｅ ａ ｄ ｒ ａ ｔ ｅｐ ｗ ｒｉ ｐ ｏ ｏ０ ５ Ｓａ ｄ １ ０ Ｓ ｕ ｈ ｒ ｃｓ ｎ ｏ ｔ ｎ ｅ ｃ ｉ ｏ ｅ ｒ ｒｔ ． ｎ ． ，ｗｈ ｃ ｐ ｔ ｍｏ ｅ ｒ ｅ ｏ ｎ ｓａ ａ ｄ ｄ ｉ ａ ｖ ｖ ｓ ｉ ｉ ｈ ｉ ｕ Ｏ ｓ ｄ ｌｃ ｔｒ ｎ ａ ｄ ｉ ｗ ｒ ｅ ｉ ｉ
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基于电量芯片ATT7022B的动态无功补偿器

基于电量芯片ATT7022B的动态无功补偿器

基于电量芯片ATT7022B 的动态无功补偿器郭英俊1,蔡田芳2,张艳会1(1.山东煤矿机电装备安全检测中心,山东枣庄 277101;2.枣庄学院物理与电子工程系,山东枣庄 277160)摘 要 介绍了电能计量芯片ATT7022B 和TI 公司生产的MSP430F449,并结合在油井用动态无功补偿器项目中对各项电力参数采集的应用,给出了MSP430F449和A TT7022B 的硬件接口和软件编程实现方法,利用该设计能够很好地测量各项电力参量,极大地减小了计算上的误差和设计复杂性。

关键词 A TT7022B MSP430中图分类号TN715 文献标识码 B基于ATT7022B 芯片的设计旨在使设计方案合理,成为性价比较好的产品,特别是在测量范围方面有所突破。

电流测量范围为0~500A,可实现多个量程之间的自动平滑切换,且三相四线或三相三线可人工转换;测量精度达到0.2和0.5级;测量的采样频率为3.2kHz -25.6kHz,并能根据要求从键盘输入互感比、盘转数和测定转数,并能随时修正,以及从液晶屏上实时显示误差百分比、三相电压、三相电流、相位、功率因数、向量图、功率和电能等参数。

根据用电负荷情况,通过复合开关控制电容器组的自动投、切,实现无功功率的动态补偿。

1 动态无功补偿器的硬件设计1.1 工作原理ATT7022B 首先通过6通道16位ADC 模数转换电路来对输入电流和电压信号进行采样,转换后的数字量再经过24位DSP 数字信号处理以完成全部三相电能参数的运算,同时将结果保存在相应的寄存器中并通过SPI 口与MCU 进行数据交换,DSP 模块同时还生成有功 无功电能脉冲输出CF 1 CF 2,可用于现场校表。

ATT7022B 在设计中已考虑到校表的方便性,采用全数字校表,只需适当修改校表寄存器即可实现校表功能。

1.2 硬件设计动态无功补偿器由单片机、电量芯片、信号检测模块、输出控制模块、复合开关、电容器组、键盘及LCD 显示模块、存储模块、远程通讯模块和电源模块组成,结构如图1所示。