微机保护装置的采用压-频变换(VFC)数据采集系统

微机保护装置的采用压-频变换（VFC）数据

采集系统

微机爱护装置的模数转换系统一般采纳：逐次靠近式A/D；压-频转换（VFC）。

VFC在我国微机爱护中广泛应用：主要是由于VFC具有抗干扰力量强，同CPU接口简洁而易于实现多CPU共享VFC等优点。VFC适用于涉及工频量爱护原理的爱护装置。

一、VFC转换器的基本原理：

VFC转换基本原理：积分型A/D转换方式称为计数式A/D转换方式。计数式模数转换系统中常用的两种实现方法：

（1）电压—时间型（V-⊿t型）：用待转换的电压U掌握时间间隔⊿t，使⊿t正比于输入电压U，而计数脉冲频率不变，在⊿t时间间隔内，计数脉冲的数字代表了输入电压的大小。由于电压时间型A/D变换芯片转换速度慢，且转换时间随输入电压变化，不宜用于微机爱护。（2）电压-频率型（V-F型）：用待转换的电压U掌握计数脉冲的频率，使脉冲频率正比于电压U，而计数间隔不变，则计数结果也代表输入电压的大小。在微机爱护中采纳的计数式模数转换电路是电压频率变换式。

二、利用VFC进行A/D转换：

如下是VFC型数据采集系统示意图：

图1 VFC型数据采集系统示意图

采纳逐次靠近式A/D方式的变换过程中，CPU要使S/H、MPX、A/D 三个芯片之间掌握协调好，而且A/D芯片结构较简单，不适于多CPU 数据共享。模数变换也可以使用VFC型的变换方式，VFC型的模数转换是将电压模拟量变换为一串，脉冲信号的频率正比于模拟信号在一段时间内的面积。然后由计数器对数字脉冲计数，供CPU读入。VFC 型数据采集系统示意图如上。

1. VFC型数据采集系统示意图：

当输入电压uin=0时，对应输出信号是频率为250kHz的等幅等宽的脉冲波。

当输入信号是交变信号时，经VFC变换后输出的信号是被uin交变信号调制了等幅脉冲调频波。由于VFC的工作频率远高于工频50Hz，故就某一瞬间而言，沟通信号频率几乎不变，所以VFC在这一瞬间变换输出的波形是一连串频率不变的数字脉冲波。

则VFC的功能是将输入电压变换成一连串重复频率正比于输入电压的等幅脉冲波。而且VFC芯片的中心频率越高，其转换的精度也就越高。

但由于VFC方式具有滤除高次谐波的特点，故VFC方式不适合于不失真地反映输入信号中的高频重量的场合。

图2 VFC型数据采集系统示意图

2. VFC采纳光隔电路易实现数据采集系统与微机系统的隔离：

经VFC变换后是数字脉冲波，故采纳光隔电路简单实现数据采集系

统与微机系统的隔离，有利于提高抗干扰力量。

VFC输出的频率信号是数字脉冲量。该数字脉冲输入光隔芯片的快速发光二极管时，对应每一个脉冲发出一个光脉冲，当光脉冲照耀在光隔芯片内输出放大器的快速光敏三级管基极时，三极管的基极电流突然增大，三极管马上导通，使输出放大器输出一个同相脉冲。

由于发光二极管及光敏三极管均具有快速响应特性，因此能适用VFC输出的高频脉冲要求。所以光隔芯片的输入与输出波形完全相同，几乎没有相位移动。

光电耦合电路在电路上输入与输出既无电的联系，也无磁的联系，起到了极好的抗干扰及隔离作用。

3. 爱护装置采纳VFC为微机爱护带来的优点：

工作稳定，线性好，精度高，而电路非常简洁。

抗干扰力量强（无电联系、无磁联系）。

同CPU接口简洁，VFC的工作可不需CPU掌握。

可以很便利地实现多CPU共享一套VFC变换。

三、VFC方式的特点

VFC方式具有如下特点：

1. 采纳逐次靠近式A/D芯片构成的数据采集系统经A/D转换的结果可直接用于微机爱护中的数字运算，而在采纳VFC芯片构成的数据采集系统中，由于计数器采纳了减速法计数器，所以每次采样中断从计数器读出的计数值与模拟信号没有对应关系。

2. 逐次靠近式A/D数据采集系统的精度与A/D芯片的位数有关，一

经确定硬件辨别率固定。VFC式数据采集系统，数据的计算精度除了与VFC芯片的最高转换频率有关外，还与软件中的计算间隔有关（计算机间隔越长辨别率越高）

3. A/D式芯片构成的数据采集系统对瞬时的高频干扰信号敏感；而VFC芯片构成的数据采集系统具有平滑高频干扰的作用，采样间隔越大，平滑越明显。在需要提取高次谐波时，假如采纳VFC式数据采集系统，采样频率不应过低。

4. A/D式数据采集系统不便于数据共享和光电隔离；VFC式数据采集系统便于实现模拟系统与数字系统的隔离，便于实现多个单片机共享同一路转换结果。

5. 采纳A/D式数据采集系统至少应设有两个中断（采样中断、A/D 转换结束中断），多个模拟信号共享一个A/D芯片时，要考虑数据处理占用采样中断的时间；VFC式数据采集系统中可只设一个采样中断，软件在采样中断中的任务是锁存计数器，并读取计数器的值后存到循环存储区。