摘要：針對可編程交流電源中輸出信號質量分析的需要，本文設計了一種基于DSP的可編程交流電源輸出信號質量分析系統。該系統以電源輸出的電壓、電流信號為測試對象，實時分析電源的電壓/電流有效值、電壓/電流峰值因素、視在功率、有功功率、功率因素、基頻、諧波等參數，并將分析結果傳送給電源控制模塊和顯示模塊，實現整個可編程交流電源系統的閉環控制和人機交互。該系統可以方便地嵌入到可編程交流電源中，并通過串口與其它模塊相連。

　　前言

　　近年來，電力電子技術發展迅速，電源在社會生產、生活中應用日益廣泛，電源的種類越來越多，例如：UPS電源、PWM逆變電源、變頻電源、可編程電源等，并且用戶對電源輸出信號的性能指標要求也越來越高。因此，對電源輸出信號的質量進行實時監測是十分必要的。

　　目前，新型數字電源要求設備自帶可以實時檢測輸出信號質量的功能，特別是高精度的可編程交流電源還要求根據輸出的信號質量優劣情況實時調整內部驅動，精密調控輸出信號參數。可編程交流電源是指某些功能或者參數可以通過計算機軟件編程進行控制的電源^[1-2]，可以便捷地模擬各種供電狀態、供電失真，可以方便地進行電力特性測量與分析，廣泛應用在研發、生產等領域^[3-4]。但可編程交流電源輸出信號形式靈活，頻率、幅度、相位可變，這就給電源的輸出信號質量分析帶來困難，需要性能強大的信號質量分析系統。本文針對這一具體問題，設計一種基于DSP的電源信號分析系統，實時對可編程交流電源的輸出信號進行監測，利用DSP處理器強大的數字運算能力，對數據采集模塊送來的數字信號進行計算分析，得到電壓/電流有效值、電壓/電流峰值因素、視在功率、有功功率、功率因素、基頻、諧波等參數，并將處理后的數據通過串口傳輸給系統的控制模塊和顯示模塊，實現整個可編程交流電源系統的閉環控制和人機交互。

　　信號質量分析系統硬件設計

　　信號質量分析系統的硬件結構如圖1所示，主要由電壓、電流提取電路，信號調理電路，低通濾波電路，AD轉換電路及DSP處理器組成。

　　數據采集模塊

　　數據采集模塊包括電壓、電流提取電路，信號調理電路，低通濾波電路及AD轉換電路。其中，電壓、電流提取電路是對電源輸出信號作適當取樣，可以由電壓、電流互感器完成^[5]。電壓、電流互感器分別選用高精度的電壓互感器HPT205NBJ-1、電流互感器HCT206NB^[6]，分別將被測電壓、電流轉換成后級電路適合的小電壓信號，實現強電到弱電的轉換。電壓、電流提取電路采集的電源輸出信號再經過信號調理電路進行比例放大、限幅等預處理，得到比較適合的幅值供后級電路進一步處理。

　　在AD轉換之前還必須進行抗混疊濾波。抗混疊濾波器一般選用低通濾波器，濾掉高次諧波成分。低通濾波器的截止頻率要根據應用場合的不同，適當的選取。例如，本文涉及的可編程交流電源輸出信號的頻率為15Hz~2500Hz，因此，應該在AD轉換器前設計一個截止頻率為2500Hz的低通濾波器。

　　AD轉換器可選用高精度的AD轉換器AD7690^[7]。AD7690是18位AD轉換器，數字輸出可輸出負值。若信號的輸入方式為差分輸入，并且參考電壓設置為4.096V，則理論上能分辨出的最小電壓為 31.25 mV，電壓分辨率較高。此外，AD7690最高采樣頻率可達到400kHz，能夠滿足本設計的需求。AD轉換器的實際采樣頻率由DSP控制。

　　DSP處理器

　　DSP處理器是整個信號分析模塊的核心，主要負責AD轉換器的控制和數據的計算處理。本設計中選用TI公司的TMS320F28335數字信號處理器^[8]。TMS320F28335是TI公司推出的高性能浮點型數字信號處理器，最高工作頻率150MHz，集成浮點運算單元，可以直接處理浮點型數據，運算能力非常卓越。

　　DSP收集到AD轉換器傳送的數據后進行運算處理，并將處理后的數據保存到擴展的存儲器中，以供隨時查詢和調用。DSP也可以將處理后的數據通過串口傳輸給系統的控制模塊和顯示模塊，實現整個可編程交流電源系統的閉環控制和人機交互。

　　算法分析

　　如圖2所示，DSP接收到數據采集模塊傳送來的電壓、電流數據后，分別進行時域參數的分析和頻域參數的分析，得到電壓有效值、電流有效值、電壓峰值因素、電流峰值因素、視在功率、有功功率、功率因素及基波、諧波、相位等參數。

　　時域分析

　　電壓有效值：