VFC芯片结构及其工作原理

（二） VFC芯片结构及其工作原理

    1．VFC芯片 AD654的结构

AD654芯片是一个单片VFC变换芯片，中心频率为250kHZ。它是由阻抗变换器A、压控振荡器和一个驱动输出级回路构成，其内部结构见图1－15（a入压控振荡器是一种由外加电压控制振荡频率的电子振荡器件，该芯片只需外接一个简单的RC网络，经阻抗变换器A变换输入阻抗可达250MQ。振荡脉冲波经驱动级输出可带   12个TTL负载或光电耦合器件。由于中心频率较高，光隔器件要求具有高速光隔性能。

2．AD654的工作电路

AD654芯片的工作方法可有两种方式，即正端输入和负端输入方式。在保护装置上大多采用负端输入方式。因此4端接地，3端输入信号，见图 1－15（b）。由于 AD654芯片只能转换单极性信号，所以对于交流电压的信号输入，必须有个负的偏置电压，它在3端输入。此偏置电压为一5V，其压控振荡频率与网络电阻的关系如下式式中T；为输入电压，CT为外接振荡电容。可见输出频率入out与输入电压Ui呈线性关系。Rp1用来调整偏置值，使外部输入电压为零时输出频率为250kHZ，从而使输入交流电压的测量范围控制在士5V的峰值内，这也叫做零漂调整。各通道的平衡度及刻度比可用电位器Rp2来调整。R1和C1设计为浪涌吸收回路，不是低通滤过器。   VFC的变换特性与输入交流信号的变换关系见图1－16。通常整套微机保护装置的调整只有Rp1和Rp2可调，并在出厂时都已调好，一般可以不加调整，需要调整时也只要稍做一些微调即可。

 

 

3．VFC的工作原理

当输入电压U；n一0时，由于偏置电压一5V加在输入端3上，输出信号是频率为250kHz的等幅等宽的脉冲波，见图1－17（a）。当输入信号是交变信号时，经VFC变换后输出的信号是被Uin交变信号调制了的等幅脉冲调频波，见图1－17（b）。由于VFC的工作频率远远高于工频 50HZ，因此就某一瞬间而言，交流信号频率几乎不变，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，可见 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。在新型的第三代微机保护中采用VFCll0芯片，该芯片的中心频率为2MHZ，是AD654的8倍，因此变换精度及保护的精工电流都有了较大提高。

 

    4．采样计数

    计数器对 VFC输出的数字脉冲计数值是脉冲计数的累计值，如 CPU每隔一个采样间隔时间Ts读取计数器的计数值，并记作…Rk-1、Rk、Rk+1、…，则在tk一NTs至tk这一段时间内计数器计到的脉冲数为Dk=Rk一R（k－N），如图1－17（b）所示。如果每个脉冲数对应的电压值（伏）为Kb系数，则输入电压Uin可用下式表示

Uin=(Dk—DO)×Kb

    式中Do为250kHz中心频率对应的脉冲常数「见图1－16和图17（a）」。

    增大N值可以提高分辨率和精度，但也增加了采样时间。微机保护可以根据要求，用软件自动改变N值，以兼顾速度和精度。对于1段内故障取N=2以加快保护动作速度为主，Ⅱ Ⅲ段内故障取N=4，以精度为主。

    在保护装置的定值整定清单中，式（1－4）中的Kb常用Up表示电压比例系数，用Ip表示电流比例系数，如附表2－1所示。这些系数是厂家给定并已调整好的，用户不必整定调整。例如 WXH－11的电流变换器并联一个电阻，精确工作电流范围为 0．IIN～20IN时（额定电流为5A），IBL=0．178，并联二个电阻时（详见附图1）IP=0．356。电压比例系数UBL=0．125。

    值得注意的是，式（1－4）表示的Uin 是在tk=2Ts～tk极短时间内的瞬时值，并不是有效值。如要计算有效值还必须对该交变信号连续采样，然后由软件按一定算法（详见第二章软件算法）计算。

    最后还要指出，VFC的A／D变换不适合于不失真地反映输入信号中的高频分量场合，因为这种场合不允许取较大的NTs值，因而精度难以满足要求。