数字仪表电源设计

基于RN7302的简易电力仪表设计阳燊【期刊名称】《《科技视界》》【年(卷),期】2019(000)016【总页数】2页(P45,21)【关键词】RN7302; RS-485; SN75HVD3082E【作者】阳燊【作者单位】桂林电子科技大学广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】TM9330 前言智能电网中最重要的一个环节是需要采集电力的基本信息，如电压电流、有功功率及无功功率等。

目前市场上常用的电力基本信息采集方式多数均是经过电阻分压、分流或者直接利用电流互感器或者电压互感器先获得小的模拟信号，然后再通过运放进行小信号的处理，最终利用A/D模块进行模/数转换。

该方案需求器件多，寿命短，占用MCU资源，又很难做到小体积。

针对此，本文根据科技的高速发展，利用目前市场上成熟的集成芯片RN7302进行简易、小体积的仪表设计。

1 系统概述本文设计的基于RN7302的简易仪表可以概括为四个模块，分别为电源模块、计量模块、RS-485模块及MCU模块。

电源模块主要为整个仪表系统提供电能；计量模块是采用RN7302芯片，进行电压、电流的采集，同时完成其他电能参数的记录，比如：有功功率、无功功率、频率以及脉冲等；RS-485模块主要完成各种电力参数的上传，可上传给外置显示器、能源系统等；MCU模块是整个系统的核心，主要是将各种需求参数通过RS-485进行上传，并可预留各种需求功能模块。

2 硬件电路设计电源模块比较成熟，常用的便是AMS1117稳压芯片，结合成本、工作环境等按需选择既可。

本文重点是对计量模块、RS-485模块以及MCU模块进行设计。

2.1 计量模块本电路为锐能微三相计量芯片RN7302应用电路，该电路能够满足大部分电参数的测量需求，适用三相四线/三相三线系统。

相对于运放/AD采样电路来说，软件实现简单，对MCU的资源要求较低。

2.2 RS-485通信模块RS-485通信模块我们选择的是TI的低功耗半双工的SN75HVD3082E通信芯片。

中华人民共和国国家标准电力装置电测量仪表装置设计规范Code for design of electrical measuring device of power systemGB／T 50063-2017主编部门：中国电力企业联合会批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部施行日期：2017年7月1日中华人民共和国住房和城乡建设部公告第1435号住房城乡建设部关于发布国家标准《电力装置电测量仪表装置设计规范》的公告现批准《电力装置电测量仪表装置设计规范》为国家标准，编号为GB／T50063-2017，自2017年7月1日起实施。

原国家标准《电力装置的电气测量仪表装置设计规范》GB／T 50063-2008同时废止。

本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。

中华人民共和国住房和城乡建设部2017年1月21日前言根据中华人民共和国住房和城乡建设部《关于印发2014年工程建设标准规范制订修订计划的通知》(建标[2013]169号)的要求，规范修订组进行了广泛的调查研究，认真总结了原规范执行以来的经验，在广泛征求有关设计、管理及运行单位意见的基础上，修订本规范。

本规范共分9章和3个附录。

主要技术内容包括：总则，术语和符号，电测量装置，电能计量，计算机监控系统的测量，电测量变送器，测量用电流、电压互感器，测量二次接线，仪表装置安装条件等。

本规范修订的主要技术内容是：1 扩大了规范适用范围，增加了并网型风力发电、光伏发电等项目。

2 补充了相应的术语和符号。

3 增加了并网型风力发电、光伏发电项目的电测量规定。

4 增加了对智能仪表、综合保护及测控装置的测量精度要求。

5 补充及调整了电测量及电能计量的测量图表。

6 增加了测量用电子式电流、电压互感器应用的总体要求。

7 针对发电厂、变电站数字化的要求，补充了相关的电测量适应性规定。

8 增加了特高压直流换流站的电测量规定。

本规范由住房城乡建设部负责管理，由中国电力企业联合会负责日常管理，由中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司负责具体技术内容的解释。

DCS仪表供电设计规范1. 引言DCS（分布式控制系统）是现代工业自动化控制系统中的关键组成部分。

在DCS中，仪表供电是保证仪表正常运行的前提条件。

本文档旨在制定DCS仪表供电设计规范，保证DCS仪表的稳定可靠供电，提高系统的可用性和安全性。

2. 设计原则DCS仪表供电设计应遵循以下原则：2.1 可靠性供电系统应具备高可靠性，能够在各种异常情况下保持供电稳定。

供电系统应具备备份能力，能够快速切换到备用电源或备用电路。

2.2 安全性供电系统应符合相关的安全标准，避免电气火灾、触电等安全事故的发生。

应采用合适的保护装置，如过载保护、短路保护等，以确保供电系统的安全性。

2.3 可维护性供电系统应易于维护和检修，减少系统停机时间。

应对供电系统进行定期检查和预防性维护，并做好记录和统计工作。

3. 设计要求3.1 输入电源DCS仪表供电系统应接入稳定可靠的电源。

输入电源的电压应符合仪表的额定电压要求，并具备一定的余量。

3.2 电源稳定性供电系统应提供稳定的电源给仪表。

输出电压应在额定工作范围内波动较小，以确保仪表正常运行。

3.3 电源过载保护供电系统应具备过载保护功能。

当供电系统超过额定负载时，应采取措施切断电源，避免电源受损或仪表发生故障。

3.4 电源短路保护供电系统应具备短路保护功能。

当供电系统发生短路时，应迅速切断电源，以避免电流过大引发灾害事故。

3.5 电源备份供电系统应具备备份能力。

在主要电源故障或停电情况下，能够快速切换到备用电源或备用电路，以保证DCS仪表的供电连续性。

3.6 防雷保护供电系统应具备防雷保护措施。

应采取合适的防雷设备，如避雷针、引流线等，以降低雷电对供电系统的损害。

3.7 维护和检修供电系统应易于维护和检修。

应留有足够的工作空间和通道，方便维修人员进行检修和更换设备。

4. 设计方案4.1 输入电源设计输入电源应选择稳定可靠的电源供应商，并遵循相关的电气安全标准。

输入电源线路应采用足够的截面积，以降低线路电阻和电压降，确保仪表供电稳定。

设计要求本文设计的开关电源将作为智能仪表的电源，最大功率为10 W。

为了减少PCB的数量和智能仪表的体积，要求电源尺寸尽量小并能将电源部分与仪表主控部分做在同一个PCB 上。

考虑10W的功率以及小体积的因素，电路选用单端反激电路。

单端反激电路的特点是：电路简单、体积小巧且成本低。

单端反激电路由输入滤波电路、脉宽调制电路、功率传递电路(由开关管和变压器组成)、输出整流滤波电路、误差检测电路(由芯片TL431及周围元件组成)及信号传递电路(由隔离光耦及电阻组成)等组成。

本电源设计成表面贴装的模块电源，其具体参数要求如下：输出最大功率：10W输入交流电压：85～265V输出直流电压／电流：+5V，500mA；+12V，150mA；+24V，100mA纹波电压：≤120mV单端反激式开关电源的控制原理所谓单端是指TOPSwitch-II系列器件只有一个脉冲调制信号功率输出端一漏极D。

反激式则指当功率MOSFET导通时，就将电能储存在高频变压器的初级绕组上，仅当MOSFET关断时，才向次级输送电能，由于开关频率高达100kHz，使得高频变压器能够快速存储、释放能量，经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。

这也是反激式电路的基本工作原理。

而反馈回路通过控制TOPSwitch器件控制端的电流来调节占空比，以达到稳压的目的。

TOPSwitch-Ⅱ系列芯片选型及介绍TOPSwitch-Ⅱ系列芯片的漏极(D)与内部功率开关器件MOSFET相连，外部通过负载电感与主电源相连，在启动状态下通过内部开关式高压电源提供内部偏置电流，并设有电流检测。

控制极(C)用于占空比控制的误差放大器和反馈电流的输入引脚，与内部并联稳压器连接，提供正常工作时的内部偏置电流，同时也是提供旁路、自动重起和补偿功能的电容连接点。

源极(S)与高压功率回路的MOSFET的源极相连，兼做初级电路的公共点与参考点。

内部输出极MOSFET的占空比随控制引脚电流的增加而线性下降，控制电压的典型值为5.7 V，极限电压为9 V，控制端最大允许电流为100 mA。

简易数字显示交流毫伏表摘要：本系统由高级模拟器件、CPLD，可实现具有自动量程转换功能的真有效值测量、交流频率测量和标准幅度可控的正弦波输出等功能。

测量部分具有高输入阻抗（R ≥2M,C<2.5pF），宽频带范围（10 HZ-5M HZ）,宽电压范围（1mV-250V）,高精度（有效值≤１％，频率<10-6）的优越性能。

可满足多方位的需要。

关键词：静电计频率计高频放大真有效值1.系统方案选择与论证1.1设计要求设计并制作一个简易数字显示的交流毫伏表，示意图如图-1所示。

图-1 简易数字显示交流毫伏表示意图1.1.1基本要求（1）电压测量a、测量电压的频率范围100Hz～500KHz。

b、测量电压范围100mV～100V（可分多档量程）。

c、要求被测电压数字显示。

d、电压测量误差±5%±2个字。

e、输入阻抗≥1MΩ，输入电容≤50pF（本项可不做测试，在电路设计中给予保证）f、具有超量程自动闪烁功能。

（2）设计并制作该仪表所需要的直流稳压电源。

1.1.2发挥部分（1）将测量电压的频率范围扩展为10Hz～1MHz。

（2）将测量电压的范围扩展到10mV～200V。

（3）交流毫伏表具有自动量程转换功能。

（5）其他。

1.2系统基本方案及框图根据题目要求及适当的发挥，我们的硬件电路主要包括输入信号的有效值测量、输入信号的频率测量。

其中前两者构成一个测量系统。

测量系统包括：信号调理模块、A/D，D/A模块、信号真有效值转换模块、CPLD频率测试模块、算法控制器模块、键盘显示模块、语音播报及打印模块、电源模块等。

图-3所示。

为实现各模块的功能，分别作了几种不同的设计方案并进行了论证，我们选取了较好的方案实现。

图-3 测量系统框图1.2.1各模块方案选择和论证（1）有效值测量部分：方案一：用分立元件搭焊高频放大电路，用精密整流电路测量输入信号的真有效值。

这种方案成本较低。

但是这种电路结构复杂，调试困难，精度低，温漂大，稳定度低。

摘要--------------------------------------------------------2 1.数字电压表的简介------------------------------------------31.1数字电压表的发展--------------------------------------31.2数字电压表的分类--------------------------------------42.设计的目的------------------------------------------------53.设计的内容及要求------------------------------------------54.数字电压表的基本原理--------------------------------------54.1数字电压表各模块的工作原理----------------------------54.2数字电压表各模块的功能--------------------------------54.3数字电压表的工作过程----------------------------------65.实验器材--------------------------------------------------76.电路设计实施方案------------------------------------------76.1.实验步骤---------------------------------------------76.2各个模块设计------------------------------------------86.2.1 基准电压模块-----------------------------------86.2.2 3 1/2位A/D电路模块---------------------------106.2.3 字形译码驱动电路模块--------------------------126.2.4 显示电路模块----------------------------------136.2.5 字位驱动电路模块------------------------------167.总结-----------------------------------------------------17 参考文件---------------------------------------------------18 附录-------------------------------------------------------19本文介绍了一种简易数字电压表的设计。

化工仪表供电设计规范化工仪表的供电在化工装置中极其重要，其供电设计应符合《石油化工仪表供电设计规范》（SH/T3082）的要求，相关规定如下。

一、仪表电源的配置1、对电源的一般要求（1）仪表电源容量，应按仪表及控制系统的用电量总和的1.2~1.5倍确定。

（2）为了降低UPS的容量，某些项目的仪表电源可按不同要求分别采用不间断电源和普通电源。

（3）当两种电源同时采用时，不能将两种电源并联运行。

2、普通电源（1）下列几种情况下，仪表电源可采用普通电源。

01、无高温高压、无爆炸危险的小生产装置及公用工程系统。

02、采用气动仪表且未设置安全仪表系统的生产装置。

03、一般的分析监视系统。

（2）供给仪表的普通电源应是供给生产装置或单元的同等电源。

（3）仪表电源采用普通电源时，电气供电可采用单回路或双回路。

3、不间断电源（1）下列几种情况下，仪表电源宜采用不间断电源。

01、大、中型石化生产装置、重要公用工程系统及辅助生产装置。

02、高温高压、有爆炸危险的生产装置。

03、设置较多、较复杂信号联锁系统的生产装置。

04、采用DCS、PLC、SIS等的生产装置。

05、石化装置中连续生产过程的控制仪表系统、重要公用显示仪表。

06、重要的在线分析仪表（如：参与控制、安全联锁）。

07、大型压缩机、泵的监控系统。

（2）仪表电源采用的不间断电源装置应为静止型。

二、仪表供电系统设计1、供电系统设计原则（1）供电系统设计应根据生产装置要求制定合理、安全可靠的供电设计方案。

（2）供电系统设计应满足下列要求。

01、仪表及控制系统的供电，应按电源种类（普通电源或交流不间断电源和直流不间断电源）分别独立配电，不得混用配电柜（箱）或开关箱。

02、仪表电源系统应按电气专业的标准、规范设置保护措施和接地。

（3）安全仪表系统的供电应满足下列要求。

01、重要安全仪表系统的电源单元，应考虑冗余措施。

02、电磁阀电源电压宜采用24V（特殊需要时可用48V）直流电或220V交流电，且应考虑以下要求。