CN206991157U - 一种基于dds调节的外脉冲触发同步谐波功率源 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，解决了现有的谐波功率源只能单台使用而无法与多台其他仪器同步工作且不能任意定义触发时刻的技术问题。本实用新型实施例包括：DSP、DDS、数模转换器、功率放大器；DSP包括波形输出RAM、波形控制RAM、定时器、PI调节器；波形输出RAM、数模转换器、功率放大器依次连接，DDS的输出端连接于波形输出RAM与数模转换器之间，DDS的输入端与波形控制RAM连接；定时器的输入端用于获取外部脉冲，定时器的输出端与PI调节器连接，PI调节器还与波形控制RAM连接。

Description

一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源

技术领域

本实用新型涉及电测仪器仪表技术领域，尤其涉及一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源。

背景技术

通常，电网的电流信号，从一次导线通过电流互感器后变为5A或1A额定二次电流，送到电能表或谐波电能表配合电压测量用于计量。但是传统电流互感器测试由于一次电流大，单台仪器无法进行测试，造成了一次互感器的谐波一直无法得到考核的问题。同时，若需要对各种谐波情况下的电能进行精确的测试，需要谐波功率源能和外部仪表同步工作，才能精确比较标准电能表和被检电能表的电能误差。

一般单相或三相谐波功率源采用的技术有三种，一种是通过DSP(或其他处理器)通过控制D/A输出，实现波形输出，一种是使用FPGA控制D/A输出，还有一种是通过DMA控制D/A的输出，三种的D/A输出均在内部的时钟控制下输出，并且内部的时钟是从DSP和FPGA的主时钟分频而来。无法接受外部的同步脉冲的控制。

综上，现有的单相或三相谐波功率源有两个缺点：一个就是只能单台设备使用，不能通过外部的同一脉冲触发实现多谐波功率源的同步输出；另一个是不能类似示波器一样定义触发的时刻。因此，亟需一种可实现任意定义的触发时刻的谐波功率源，且可用于多台仪器的级联，以实现与外部仪表的同步测试。

实用新型内容

本实用新型实施例公开了一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，解决了现有的谐波功率源只能单台使用而无法与多台其他仪器同步工作且不能任意定义触发时刻的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，包括：

DSP、DDS、数模转换器、功率放大器；

DSP包括波形输出RAM、波形控制RAM、定时器、PI调节器；

波形输出RAM、数模转换器、功率放大器依次连接，DDS的输出端连接于波形输出RAM与数模转换器之间，DDS的输入端与波形控制RAM连接；

定时器的输入端用于获取外部脉冲，定时器的输出端与PI调节器连接，PI调节器还与波形控制RAM连接。

可选地，波形输出RAM包括第一波形输出RAM、第二波形输出RAM；

数模转换器包括第一数模转换器、第二数模转换器；

功率放大器包括电流功率放大器、电压功率放大器；

第一波形输出RAM、第一数模转换器、电流功率放大器依次连接；

第二波形输出RAM、第二数模转换器、电压功率放大器依次连接。

可选地，还包括：第一同步串口和第二同步串口；

第一波形输出RAM与第一数模转换器之间还连接有第一同步串口；

第二波形输出RAM与第二数模转换器之间还连接有第二同步串口；

DDS的输出端连接于第一同步串口与第一数模转换器之间及第二同步串口与第二数模转换器之间。

可选地，第一波形输出RAM与第一同步串口之间通过DMA总线连接；

第二波形输出RAM与第二同步串口之间通过DMA总线连接。

可选地，DSP还包括有分频器；

定时器还与分频器连接。

可选地，还包括第一晶体，分频器与第一晶体连接，用于对第一晶体的频率分频输出。

可选地，还包括第二晶体，DDS还与第二晶体连接，用于对第二晶体的频率分频输出。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供了一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，包括：DSP、DDS、数模转换器、功率放大器；DSP包括波形输出RAM、波形控制RAM、定时器、PI调节器；波形输出RAM、数模转换器、功率放大器依次连接，DDS的输出端连接于波形输出RAM与数模转换器之间，DDS的输入端与波形控制RAM连接；定时器的输入端用于获取外部脉冲，定时器的输出端与PI调节器连接，PI调节器还与波形控制RAM连接。本实施例中通过增加设置DDS和PI调节器，将定时器所接收的外部脉冲通过PI调节器的调节控制输出至DDS，并经DDS的频率分频输出用于驱动波形输出RAM的驱动波形，使得波形输出RAM自动将波形经数模转换器输出至功率放大器上，实现波形的连续输出，通过PI调节器与DDS的配合，实现了谐波功率源的在外部脉冲的控制下进行同步输出，可用于多台谐波功率源的在同一外脉冲控制下并联输出，扩大电流输出的范围，也可以配合其他的仪器实现同步测量和控制功能，解决了现有的谐波功率源只能单台使用而无法与多台其他仪器同步工作且不能任意定义触发时刻的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源的一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源的另一个实施例的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种DDS的具体结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源的具体控制过程示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，解决了现有的谐波功率源只能单台使用而无法与多台其他仪器同步工作且不能任意定义触发时刻的技术问题。

请参阅图1，本实用新型实施例中提供的一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源的一个实施例包括：

DSP 12、DDS 10、数模转换器6、功率放大器7；

DSP 12包括波形输出RAM 4、波形控制RAM 8、定时器3、PI调节器15；

波形输出RAM 4、数模转换器6、功率放大器7依次连接，DDS 10的输出端连接于波形输出RAM 4与数模转换器6之间，DDS 10的输入端与波形控制RAM 8连接；

定时器3的输入端用于获取外部脉冲，定时器3的输出端与PI调节器15连接，PI调节器15还与波形控制RAM 8连接。

本实施例中通过增加设置DDS 10和PI调节器15，将定时器3所接收的外部脉冲通过PI调节器15的调节控制输出至DDS 10，并经DDS 10的频率分频输出用于驱动波形输出RAM 4的驱动波形，使得波形输出RAM 4自动将波形经数模转换器6输出至功率放大器7上，实现波形的连续输出，通过PI调节器15与DDS 10的配合，实现了谐波功率源的在外部脉冲的控制下进行同步输出，可用于多台谐波功率源的在同一外脉冲控制下并联输出，扩大电流输出的范围，也可以配合其他的仪器实现同步测量和控制功能，解决了现有的谐波功率源只能单台使用而无法与多台其他仪器同步工作且不能任意定义触发时刻的技术问题。

请参阅图2，本实用新型实施例中提供的一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源的一个实施例包括：

DSP 12、DDS 10、第一数模转换器6a、第二数模转换器6b、电流功率放大器7a、电压功率放大器7b、第一晶体1、第二晶体11；

其中DSP 12内置有第一波形输出RAM(RAM1)4a、第二波形输出RAM(RAM2)4b、波形控制RAM(RAM3)8以及第一同步串口(SPORT1)5a、第二同步串口(SPORT2)5b、第三同步串口(SPORT3)9。

DDS 10的输入端通过第三同步串口9与波形控制RAM 8连接，用于接收波形控制RAM 8的控制输出。DDS 10的另一输入端还与第二晶体11(频率为20M)连接，DDS 10为一个高分辨率的频率分频器，可以直接把第二晶体11的频率进行任意分频输出，频率输出值fout＝1/(N)*fin，N的范围为1到(232-1)的任意值,fin为第二晶体11的信号输出，当DSP12在PI调节器15的控制下和外部的脉冲输入到达同步时，波形控制RAM 8的值会基本保持稳定。

具体的，本实用新型中的DSP可以使用ADSP-BF609Blackfin处理器，该处理器内置了第一波形输出RAM 4a、第二波形输出RAM 4b、波形控制RAM 8、第一同步串口5a、第二同步串口5b、定时器3、分频器2、PI调节器15。分频器2与外部的第一晶体1连接，同时，分频器2还与定时器3连接，用于提供频率；定时器3的一端接收外部脉冲，另一端与PI调节器15连接，PI调节器15的另一端与波形控制RAM 8连接，用于通过波形控制RAM 8及第三同步串口9控制DDS 10输出驱动波形。此外，第一数模转换器6a和第二数模转换器6b可使用AD554516Bit D/A转换芯片。

电压功率放大器7b通过使用串联负反馈实现，可实现交直流输出且带宽大于1MHz，工作电源+/-200V可实现交流100V的输出，电流功率放大器7a的最大输出电流15A，可实现交直流10A的输出。

本实用新型中的DDS 10可使用AD9852芯片实现，具体结构如图3所示，DDS 10可实现按第三同步串口9的频率设定值把第二晶体11的时钟分频为设定的时钟频率输出到第一同步串口5a的SCLK1、第二同步串口5b的SCLK2上。

为了便于理解，以下将结合具体应用例对本实用新型实施例中的基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源的工作原理进行具体的说明。

本实用新型实施例中，由DSP 12设定第一波形输出RAM 4a的波形数据通过第一同步串口5a在外部时钟SCLK1的控制下，自动把第一波形输出RAM 4a的波形数据，通过第一数模转换器6a输出到电流功率放大器7a上，实现谐波电流波形的输出。第一波形输出RAM 4a的波形数据将自动按顺序循环输出到第一数模转换器6a上，实现波形的连续输出。同时，由DSP 12设定第二波形输出RAM 4b的波形数据通过第二同步串口5b在外部时钟SCLK2的控制下，自动把第二波形输出RAM 4b的波形数据，通过第二数模转换器6b输出到电压功率放大器7b上，实现谐波电压波形的输出。第二波形输出RAM 4b的波形数据将自动按顺序循环输出到第二数模转换器6b上，实现波形的连续输出。

具体的，本实用新型中基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源的具体控制过程如图4所示,当设定触发的时刻在第一波形输出RAM 4a或第二波形输出RAM 4b的PTR的位置上和外部的脉冲输入上升沿同步(即电压或电流的波形长度是一样且同步启动，所以PTR的位置和第一波形输出RAM 4a和第二波形输出RAM 4b的存放的波形值有关，其电压和电流会一直保持同步)，DSP 12设定DMA自动把波形从第一波形输出RAM 4a和第二波形输出RAM4b通过第一同步串口5a和第二同步串口5b自动送到第一数模转换器6a和第二数模转换器6b，每隔20ms DSP 12读取定时器3的脉冲上升沿时间T1，读取RAM1 4a的DMA指针DMAPTR1，把DMAPTR1乘以一个D/A的转换时间TConv计为T2,计算程序设定的触发时刻PTR乘以一个D/A的转换时间TConv计为T3，把T3和T2送入第一误差器14的正负端，第一误差器14的输出为T4，T4＝T2-T3，把T1和T4作为PI调节器的误差输入第二误差器13的正负端，第二误差器13输出的差值T5作为DSP 12中的PI算法的误差控制输入端，选择合适的误差放大值P(P由工程经验获得)，把误差放大值P的负数(时间和频率是相反)和T5相乘加上一次DSP 12的设定DDS的频率，作为本次DSP 12设定DDS 10的频率,重复多次后，第一误差器14的输出误差最小，且此时设定触发的时刻在第一波形输出RAM 4a或第二波形输出RAM 4b的PTR的位置和外部脉冲刚好同步。

本实用新型实施例中利用DDS通过32Bit的高分辨率任意分频对第一同步串口5a、第二同步串口5b的SCLK1和SCLK2上的输出速度进行精确的控制，从而控制输出的波形的频率，通过DSP 12的PI算法，保证输出的波形设定值和外部的信号同步。且第一同步串口5a、第二同步串口5b的SCLK1、SCLK2在DDS输出时钟的控制下，RAM的D/A转换的波形的地址指针DMAPTR1和DMAPTR2的递增速度和DDS输出时钟的频率成正比。脉冲检测的定时器上升沿时间(检测到上升沿到读取的时间)加上设定的触发时刻减去RAM的D/A转换的波形的地址指针DMAPTR1和DMAPTR2和一个D/A转换的时间乘积的差值，在每20ms(大约一个周波)，通过读取定时器寄存器和DMA指针寄存器进行比较，当差值为正，通过PI调节器设定合适的误差比例放大值，让DDS的输出频率减慢，当差值为负，通过PI调节器设定合适的误差比例值，让DDS的输出频率增快。

以上对本实用新型所提供的一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，其特征在于，包括：

DSP、DDS、数模转换器、功率放大器；

所述DSP包括波形输出RAM、波形控制RAM、定时器、PI调节器；

所述波形输出RAM、所述数模转换器、所述功率放大器依次连接，所述DDS的输出端连接于所述波形输出RAM与所述数模转换器之间，所述DDS的输入端与所述波形控制RAM连接；

所述定时器的输入端用于获取外部脉冲，所述定时器的输出端与所述PI调节器连接，所述PI调节器还与所述波形控制RAM连接。

2.根据权利要求1所述的基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，其特征在于，所述波形输出RAM包括第一波形输出RAM、第二波形输出RAM；

所述数模转换器包括第一数模转换器、第二数模转换器；

所述功率放大器包括电流功率放大器、电压功率放大器；

所述第一波形输出RAM、所述第一数模转换器、所述电流功率放大器依次连接；

所述第二波形输出RAM、所述第二数模转换器、所述电压功率放大器依次连接。

3.根据权利要求2所述的基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，其特征在于，还包括：第一同步串口和第二同步串口；

所述第一波形输出RAM与所述第一数模转换器之间还连接有所述第一同步串口；

所述第二波形输出RAM与所述第二数模转换器之间还连接有所述第二同步串口；

所述DDS的输出端连接于所述第一同步串口与所述第一数模转换器之间及所述第二同步串口与所述第二数模转换器之间。

4.根据权利要求3所述的基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，其特征在于，所述第一波形输出RAM与所述第一同步串口之间通过DMA总线连接；

所述第二波形输出RAM与所述第二同步串口之间通过DMA总线连接。

5.根据权利要求1所述的基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，其特征在于，所述DSP还包括有分频器；

所述定时器还与所述分频器连接。

6.根据权利要求5所述的基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，其特征在于，还包括第一晶体，所述分频器与所述第一晶体连接，用于对所述第一晶体的频率分频输出。

7.根据权利要求1所述的基于DDS调节的外脉冲触发同步谐波功率源，其特征在于，还包括第二晶体，所述DDS还与所述第二晶体连接，用于对所述第二晶体的频率分频输出。