光电隔离SPI接口冲击分压器.pdf

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1、化工自动化及仪表第43卷光电隔离SPl接口冲击分压器孙丞(上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240)摘要冲击电压试验是电气设备尤其是电力设备必不可少的绝缘试验项目，冲击电压的测量方法有很多，冲击分压器是其中比较常见的一种。冲击分压器是否可靠关系到电力系统的安全与正常工作。同时，冲击分压器也在电机定子电气性能检验中有所应用，用于电机定子匝阎绝缘项目的冲击电压峰值和波前时间的测量。本设计根据需要选定符合标准且具有经济性的数字电位器和光耦元件，设计出具有光电隔离SPI接口的冲击分压器。关键词冲击分压器SPISTM32F103VET6电路

2、板设计中图分类号TH89文献标识码A文章编号1000—3932(2016)12．1310．04随着对电力系统稳定运行重视程度的日益提高，我国越来越重视冲击电压分压器的研究、设计和检测。随着电力行业标准《冲击分压器校准规范》的颁布，关于冲击分压器诸如适用范围、测量误差分析及校准条件解读等内容也给出了明确的规范¨1，从一个侧面提高了我国冲击分压器设计的规范性和安全性。邬昌峰等设计制作了一种电阻分压器。这种新型分压器使用CuSO。溶液，含有两级脉冲，CuSO。溶液作为第1级的高压臂，外屏蔽罩使用了特殊的模式¨3。郭晓阳等根据试验需要，研制了一种特殊

3、的电阻分压器，该分压器基于无感玻璃釉电阻，在陶瓷管上涂抹了玻璃釉，具有较低的分布电感、功率容量大、可油侵及价格便宜等特点¨。。冲击电压产生的波形可以分为雷电冲击型和通断冲击型，有着1．2～250．0¨s的标准波前时间和50～25001山s的波尾时间。一个雷电冲击的间隔时间是1．67倍的波前时间，这个波形是在30％一90％最大值之间的一个通常波形”。。波尾时间乃是当电压降到峰值一半时的时间与原始时间L之间的间隔。波前时间和波尾时间的标准公差分别是20％和30％Ho。为了达到上述冲击电压的分压标准，笔者采用具有经济性和实用性特点的器材，借助自主设

4、计的电路板和ARM开发板STM32F103VET6完成冲击变压器的整体设计。采用光电隔离SPI接口进行通信具有信息传递实时、准确、抗干扰能力强的特点。1硬件设计1．1总体设计思路由于本设计需要完成的目标为对输入的冲击电压进行分压处理，通过对数字电位器的电阻调整，从而改变低压臂的输出值，使输出值稳定在0．85～0．95V的区间内，而数字电位器的控制则通过开发板STM32F103VET6以SPI接口的形式实现。系统的总体设计思路如图1所示。图1系统总体设计硬件系统需要实现的功能有：能够对高压臂输入的冲击电压进行分压；能够将低压臂的电压值正确输出；

5、能够对STM32开发板输入的控制信号实现光电隔离，从而提高稳定性。收稿日期：2016—10-27(修改稿)嗲徊第12期孙丞．光电隔离SPI接口冲击分压器1．2开发环境与元器件选择在进行电路图绘制和PCB板设计的过程中，采用了AhiumDesigner10进行开发。1。2．1数字电位器选择使用了MCP41010芯片，其中存在一个SPI接口，这也是选择该芯片的重要考虑因素之一。同时MCP41010完整的控制逻辑和滑刷电位器也能满足本实验的需求∞]。1．2．2光耦元件本试验用到的是光耦的光电隔离作用。电子设备信号和电力传输线可经受电压浪涌、静电放电

6、、射频传输诱导、开关脉冲(尖峰)和电源扰动。典型的光隔离器只能调节已发出输出端的能量流‘引。光隔离器的物理布局主要取决于所期望的隔离电压。额定小于几千伏装置具有平面的(或夹层)结构⋯。传感器芯片被直接安装在封装的引线框架上(通常为六针或四脚双列直插式封装)并覆盖有玻璃或透明塑料的片材哺1。为了尽量减少光的损失，传感器的有用吸收光谱必须在LED上，这几乎总是与在近红外的输出频谱相匹配一]。该光通道被制作的尽可能薄以达到期望的击穿电压。例如，额定为3．75kV电压和1kV／Ws的瞬变，清聚酰亚胺片的Av．ago的ASSR-300系列厚度只有0．0

7、8mm。1．3绘制电路图为了达到在高压臂输入为2～5V的冲击电压条件下，能够将低压臂的输出控制在0．85～0．95V范围内的要求，需要将数字电位器与STM32开发板连接，通过开发板的SPI接口传输控制信号，从而使得数字电位器的电阻值根据需要而改变，进而完成分压功能。为此，便产生了如图2所示的电路绘制思路。眵，、分压器电路L／官网新增固件库中也没有找到这款芯片，笔者根据MCP41010的管脚设定，在新建的Schlib文件中自行绘制了这一个元件。由于STM32ADC模块的输入上限为3．3V，为了保证STM32的安全性，高压臂电阻选择了10kQ，光

8、耦电路的电阻选择中，根据输入输出特性，在发光二极管端和接收端分别采用了510fl和2kQ的电阻。各端口采用了NetLabel的连接形式，使得同一个作用域的接口连接在