集成电路功能范文

关键词：用电信息采集系统；线损分析；供售电量计算；配电分析

作者简介：叶宇统（1977-），男，浙江宁波人，宁波电力局，助理工程师。（浙江宁波315032）

中图分类号：TM726文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）29-0222-02

用电信息采集系统能够对计量装置进行在线监测，同时实时、准确、完整地采集用户负荷、电压和电量等重要信息，从而为电力企业经营管理各环节的分析和决策提供支撑，提升企业对市场变化的反应能力和客户服务质量。[1]基于此，本文对用电信息采集系统线损及配电分析子系统进行研究，确保系统能够具有更加灵活的部署方式和可伸缩性，力求满足不同的部署模式和未来3～5年电力企业业务发展的需要。

一、用电信息采集系统线损及配电分析子系统的结构设计

1.系统逻辑架构的分析

系统在逻辑上分为采集设备层、通信信道层和主站层三个层次，通过接口的方式，系统与营销应用系统和其他应用系统进行接口。[2]具体说来：

（1）采集设备层。作为系统的信息底层，采集设备层负责收集和提供整个系统的原始用电信息，其又可以分为计量设备子层和终端子层，对于低压集抄部分可能有多种形式，包括集中器+电能表和集中器+采集器+电能表等。计量设备层实现用电计量等功能；终端子层实现用户计量设备的信息、处理和冻结有关数据并与上层主站进行交互。

（2）通信信道层。作为采集设备层和主站的纽带，通信信道层提供了各种可用的无线和有线通信信道，为终端和主站的信息交互提供链路基础。目前采用的通信信道主要有GPRS/CDMA无线公网、光纤专网和230MHz无线专网。

（3）主站层。主站层又分为业务应用、数据采集、控制执行、前置通信调度和数据库管理等部分，其中业务应用实现系统各种应用业务逻辑；数据采集实现采集终端的用电信息和协议解析；控制执行实现带控制功能的终端执行有关的控制操作；前置通信调度对各种与终端的远程通信方式进行通信的管理和调度等。

2.系统安全防护的分析

作为营销管理业务应用系统基础数据源的提供者，用电信息采集系统线损及配电分析子系统的安全性和保密性至关重要，因此要采用各种先进技术，如防火墙技术、虚拟交换网络、加密技术和网络管理技术等，在系统的各个层面加以防范，并加强系统日常运行管理中的规范管理。

系统安全防护体系建设要遵循如下策略：[3]使用逻辑强隔离设备对信息内外网间进行隔离；信息系统要实现等级保护为基本出发点进行安全防护体系建设，并参照国家等级保护基本要求对安全防护措施进行设计；信息系统划分为主机、边界、网络和应用等四个层次进行安全防护设计。

二、用电信息采集系统线损及配电分析子系统的功能模块设计

用电信息采集系统线损及配电分析子系统由线损分析模块、供售电量计算模块和配电分析模块构成，其功能模块图如图1所示：

1.供售电量计算的设计

供售电量计算模块包括以下两个部分：

（1）线路供电量计算：实现对线路关口表供电量、变压器电能表供电量的计算；计算完成后将结果存入到数据库中；设置定时任务进行自动计算。

（2）台区供售电量计算：实现对线路所包含低压电能表售电量的计算；实现对线路所包含低压电能表供电量的计算；计算完成后将结果存入到数据库中；设置定时任务进行自动计算。

2.线损分析的设计

作为整个系统和核心模块之一，线损分析模块包括以下三个部分：

（1）线路高压损失率：根据线路关口供电量和变压器电能表供电量计算线路高压线损失率，将计算结果保存到数据库中。

（2）台区低压损失率：根据变压器电能表供电量和台区售电量计算台区低压损失率，将计算结果保存到数据库中。

（3）线路综合损失率：根据线路关口供电量和线路售电量计算线路综合线损率，将计算结果保存到数据库中。

3.配电分析的设计

配电分析模块包括以下几个部分：

（1）线路负荷率：根据线路当天平均功率和最大功率来计算线路当天负荷率，将计算结果保存到数据库中。

（2）线路利用率：根据线路当天最大功率和线路下所带变压器额定容量之和计算线路利用率，将计算结果保存到数据库中。

（3）线路同时率：根据线路当天最大功率和最大功率时刻线路下所带变压器功率之和计算出线路同时率，将计算结果保存到数据库中。

（4）变电所母线不平衡率：根据变电所母线入母线电量和出母线电量计算出变电所母线不平衡率，将计算结果保存到数据库中。

（5）变压器负荷率：根据变压器当天最大功率和平均负荷计算出线路负荷率，将计算结果保存到数据库中。

（6）变压器利用率：根据变压器当天最大功率和变压器额定容量计算出变压器利用率，将计算结果保存到数据库中。

（7）变压器三相电流不平衡率：根据变压器三相电流值计算出最大三相电流不平衡率，将计算结果保存到数据库中。

（8）变压器电压合格率：根据变压器三相电压越限情况计算变压器电压合格率，将计算结果保存到数据库中。

三、用电信息采集系统线损及配电分析子系统的数据库表设计

用电信息采集系统线损及配电分析子系统所用到的数据库表主要有8张，如表1所示。

（1）关口计量表日电量统计表（GATEWAY_DAY_ENERGY）用于存储线路关口计量表日电量数据，包括代表时间、计量点名称、关口计量表四相电能示值、所属变电站、四相电量等信息。

（2）电能表日电量统计表（METER_DAY_ENERGY）用于存储公变、专变电能表日电量数据，包括代表时间、电能表标志、公变专变标志、四相电量、电能表四相电能示值和所属台区等信息。

（3）台区日售电量统计表（TG_DAY_ENERGY）用于存储台区日售电量数据，包括代表时间、台区名称、台区售电量、台区供电量和公变专变标志等信息。

（4）线路高压线损率日统计表（LL_HV_DAY_STAT）用于存储线路高压线损率日数据，包括起始时间、线路名称、终止时间、调整供电量、线路供电量、公变供电量、线路合计供电量、专变售电量、调整售电量、线路损失电量、线路售电量合计、线路高压损失率和理论线损率等信息。

（5）线路综合线损率日统计表（LL_COM_DAY_STAT）用于储存线路综合线损率日数据，包括起始时间、线路名称、终止时间、调整供电量、线路供电量、线路合计供电量、公变售电量、公变供电量、公变线损电量、调整售电量、专变售电量、线路综合损失电量、线路综合损失率等信息。

（6）台区线损率日统计表（TG_LL_DAY_STAT）用于存储台区线损率日数据，包括起始时间、台区名称、终止时间、台区抄见供电量、损失电量、合计供电量、调整供电量、结算售电量、调整售电量、合计售电量、公变专变标志、有损线损率等信息。

（7）线路配电指标统计表（LINE_DISTRIBUTION）用来存储线路配电指标统计数据，包括代表日期、线路名称、线路负荷率、线路同时率、线路利用率、母线不平衡率和母线标志等。

（8）变压器配电指标统计表（TRANS_DISTRIBUTION）用于存储变压器配电指标统计数据，包括代表日期、变压器名称、变压器负荷率、变压器三相电流不平衡率、变压器利用率和变压器电压合格率等。

四、用电信息采集系统线损及配电分析子系统的测试

系统测试分为黑盒测试和白盒测试。黑盒测试又称为功能性测试，是根据软件实现的功能作为测试的唯一依据设计测试用例，而不考虑软件编程的具体实现；白盒测试又称为结构性测试，是根据程序实现来设计测试用例。[4]

1.系统功能测试

系统功能测试包括后台定时计算程序功能测试和前台页面展示功能测试。后台定时计算功能测试包括电网拓补结构导入功能测试、台区低压损失率计算功能测试、台区供售电量计算功能测试、线路高压损失率计算功能测试、变电所母线不平衡率计算功能测试、线路供电量计算功能测试、线路综合损失率计算功能测试、线路利用率计算功能测试、变压器负荷率计算功能测试、变压器三相电流不平衡率计算功能测试、线路同时率计算功能测试、线路负荷率计算功能测试、变压器利用率计算功能测试、变压器电压合格率计算功能测试等内容。前台页面展示功能测试包括与计算结果对应的各个展示页面的测试。

2.系统集成测试

系统集成测试包括页面响应速度测试、后台程序执行速度测试、WebService服务接口执行速度测试等内容。

3.系统测试的结果

系统测试结果见表2。

从测试结果可以可知，系统与数据库服务器、应用服务器在各项性能测试中均表现正常；系统与数据库服务器、应用服务器对各请求的响应正确；数据库服务器在连接数较多和数据量基数较大的情况下会造成性能的下降。

五、小结

本文所构建的用电信息采集系统线损及配电分析子系统包括线损分析、供售电量计算和配电分析三个模块。通过这三个模块功能的实现，电力企业配电网运行人员能够对配电线路、变压器不平衡等运行数据进行及时分析，配合线路损耗变压器损耗的异常波动，对配电线路和变压器的运行方式进行及时调整，从而提高配电线路和变压器的寿命，也提高负荷分配的合理性。

参考文献：

[1]傅士冀，夏水斌，李帆.湖北电力用户用电信息采集系统建设的思考[J].湖北电力，2008，（12）.

[2]王大伟.从技术和管理角度分析线损管理[J].工程技术，2009，（17）.

集成电路功能范文

1前言

北京广播器材厂在TBH-522型150kW短波发射机的1A8A4音频通路板中，大量运用了LF353NJFET输入型双运放集成电路。音频通路板的主要作用是把从发射机PSM小盒的输入输出板来的音频信号进行初期处理，以利于后期的A/D变换处理。初期处理是将音频信号和一个直流和一个超音频三角波叠加，复合成一个复合信号输出至1A8A6（快速变换器单元）。它还包含有末级帘栅压控制电路、浮动载波电路、2.25MHz时钟发生电路及快速变换器基准电压产生电路等。LF353N集成电路在音频通路板中大部分应用于电压跟随器和信号放大器。

2介绍LF353N集成电路

LF353NJFET输入型双运放集成电路是把两个通用型运算放大器集成在一个单片上，其特点是：具有增益高，共模抑制比高、共模范围宽、补偿简单、工作稳定，两运放之间温度稳定性好等特点。两运放在各自的输入、输出，电源及校正电容引出端，使用方便。可广泛用于各种模拟运算器，有源滤波器，波形发生器，数据放大器等大量使用运放的场合。

LF353N工作稳定，适用于具有很高放大倍数的电路单元。在实际工作电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。LF353N的内部电路设计简洁，此类电路设计在目前的功率运算放大器集成电路设计中大量使用：输入放大级是由两只P沟道JFET组成的共源极差分电路，并且用镜像恒流源做负载来提高增益；在输入差分放大级和主电压放大级之间是一个由射极跟随器构成的电流放大级，用来提高主电压放大级的输入阻抗和共源极差分电路的负载增益；主电压放大级是一个简单的单级共射极放大电路，为了保证放大器的稳定性，在主电压放大级的输出端到输入差分放大级的输出端加入了一个电容补偿网络，跟补偿电容并联的二极管保证单级共射极放大电路构成的主电压放大级不进入饱和状态工作；输出电流放大级是NPN和PNP构成的互补射极跟随器，两个100Ω的电阻用来稳定输出电流放大级的静态电流，200Ω的电阻用来限制输出短路电流。其电路结构图如图1所示。

3LF353N在TBH-522型150kW短波发射机中的运用

LF353NJFET输入型双运放集成电路作为线路驱动器主要用在音频信号的控制通路中，如图2。在电路中输入a信号为发射机的音频+直流+三角波的复合信号，在送到U3-LF353N集成电路的3脚“+输入”之前，加了一个允许输入控制，当发射机在正常工作且有功率输出后b信号工作指令低电平，Q16工作在截止状态，信号通过U3射级跟随器送到U2-LM393N比较器的负输入端，开始对a信号进行比较。当音频+直流+三角波的复合信号峰值超过9.2Vp-p时，比较器U2动作，输出低电平，发射机进行切顶的流程，触发降功率电路自动降功率，另一路送到RS触发器，在没有复位信号的时候，点亮面板的降功率指示灯，同时这个指示灯在降功率结束后依然点亮，需要人工复位后才熄灭。当发射机在非正常时工作或者没有功率输出的情况下，b信号工作指令为高电平，Q16导通，将送到U3射级跟随器的a信号接地，确保U2比较器的“-输入”端不受a信号的影响。

4LF353N电路故障时在TBH-522型150kW短波发射机中的现象和处理方法

4.1发射机切顶指示故障灯常亮

故障现象：发射机在停机检修后试机，发现过荷保护及PSM控制装置小盒的切顶故障灯常亮，复位后故障等依然常亮。关断发射机的灯丝和风水电源后，将整机低压电源断电1分钟，重新加低压电源后切顶故障消失，等过5、6分钟后故障灯又出现。

故障处理：根据故障现象，可以判断为3种原因，首先是过荷保护及PSM控制装置小盒逻辑错误，更换后小盒后加电故障依然存在；跟换PSM控制小盒A4音频通路板，故障依然存在；用三用表测量PSM控制小盒A4音频通路板集成电路U2-LM393N的5、6、7脚电压，5脚为9.2V，6脚为13.1V，7脚输出为0.13V，说明U2工作正常，比较器的“-输入端”大于“+输入端”，输出为低电平；测量U3-LF353N的1、2、3脚电压，3脚为0.1V，2脚为13.1V，1脚输出为13.1V，说明U2工作不正常，射级跟随器的输出电压应该等于输入电压；跟换一个LF353N集成电路后测量，故障依然不真常；测量其供电电源，8脚为15.1V，4脚为0.17V，4脚供电不正常，应该是-15V负电源；往前测量A4音频通路板的-15V电源通路，测量稳压集成电路U20-7915CT的1、2、3脚的电压，1脚为0V，2脚为0.17V，3脚输出为0.17V，说明U20的输入电源不正常；测量PSM控制小盒的低压电源板，发现稳压管U2-CW7924CK的输出为0V，正常工作为-24V。更换PSM控制小盒的低压电源板后，发射机工作正常。

故障分析：为了更好的判断故障，在检修间搭起了PSM控制小盒的平台，将U3-LF353N的一脚和2脚跳开与管座的连接，单独将集成电路1脚与2脚连在一起，并通过1kΩ的电阻接地，断开PSM控制小盒的低压电源板的-24V后测量，发现切顶的故障信号又出现。查找该集成电路的参数，LF353N的供电是共模输入电压相等的正电源负电源，当负共模电压波动在3V的负电源时，放大器工作在正常放大模式；当负共模输入电压失调，即超过了规定的共模电压的门限，无论是输入是多少，运放将迫使输出到一个高状态，可能导致一个反转的输出阶段。而当共模供电电压恢复正常时，锁存器解锁，因次允许输入信号正常输入，从而LF353N运算放大器工作在在一个正常的运行模式。

维护和改进方法：首先应将原来的PSM控制小盒的低压电源板进行改进，将电压的输出进行监测，用表针或数字表头来指示电压，能减少判断故障的时间；第二是将LF353N集成电路更换成LF353P，经过测试，LF353P在负电源供电电压变化超过门限时，输入电压只要大于负电源电压，输出电压等于输入电压，避免了判断集成电路故障的时间。当发射机开机时，由于切顶故障会动作发射机降功率，所以在加功率时必须功率复位或者按手动升功率，发射机功率才能恢复到正常状态。

4.2发射机播出时切顶指示故障灯常闪亮

发射机播出时切顶指示故障灯常闪亮，发射机降功率。出现此类故障有两种情况：一是当调制器功率模块损坏超过8块时，（载波功率正常时开通20块，100%调制时开通40块，）为了保证100%调制信号的正常输出，需要将发射机的功率自动降低，载波开通模块数减少，调制开通模块也相应减少，满足100%调制时发射机输出射频信号的波形不发射畸变。第二种是当a信号过大，超过载波电平9.2V时，发射机切顶动作，降低发射机功率，保证调幅信号的正常输出，确保高末电子管的屏级电压不过压保护或者过流保护。

5总结

我们通过描述LF353N的工作状态和性能，和在TBH-522型150kW短波发射机中的运用和引起的故障描述，提高我们对LF353N集成电路的认识，增强对其在TBH-522型150kW短波发射机中的作用，提高我们对TBH-522型150kW短波发射机的维护能力。

参考文献

[1]黄晓兵等编著.TBH-522型150kW短波发射机维护手册[M].北京：新闻出版广电总局无线局出版，2005.

[2]郭宝玺编著.大功率新型短波发射机射放技术[M].北京：新闻出版广电总局无线局出版，2012.

集成电路功能范文篇3

【关键词】车身控制器；电路设计；信号控制

引言

集总式BCM对车身用电器的电路实现主要包括输入信号调理电路、基于微控制器（MCU）的数据采集和控制电路、基于FPGA的逻辑运算电路、功率输出电路和通信接口电路。以下将结合各个方面分别详细介绍。

1.BCM的总体电路设计

根据集总式BCM的功能需求，需要采集多种开关量信号和模拟量信号，经过逻辑运算，决定功率输出状态，并将此状态通过CAN总线传送给CAN总线仪表，从而显示给司机，同时要求实现功率输出电路的智能故障诊断。图1显示了集总式BCM的系统电路原理图，其中A/D电路还包括对传感器信号的采集。

如图1所示，FPGA主要实现逻辑和时序控制（PWM输出和转向灯时序），MCU完成模拟信号（模拟量输入和诊断反馈量）的采集和CAN通信功能。功率输出采用智能高边功率开关，带有过流、过压保护功能，且具有输出状态诊断功能。MCU与FPGA间通过数据和控制总线进行通信，用于车速和PWM脉宽数据、开关量状态等的信息交互。

整个系统的工作流程如下：

使用微控制器MCU的A/D接口功能，采用等比例电阻分压法，采样并将用电器供电电压进行A/D转换，采样电压范围在0-5.0V，并经过限幅电路使得采样电压不超过5V，根据A/D转换结果确定占空比，将占空比数据转换为8位脉冲宽度数据，通过MCU的8位数据线和控制线写入FPGA芯片中的脉冲宽度数据寄存器；

MCU集成CAN控制器，用于发送故障诊断状态报文和其他通讯内容；

在FPGA芯片中，实现多路PWM信号的时序逻辑，PWM信号输出至各路用电器的电源芯片的控制端，即高边智能功率开关；

HS-IPSW提供驱动电流作为用电器的供电电源，其电源输入为蓄电池正极，其控制端接收来自FPGA芯片的PWM控制信号，其输出根据输入的PWM控制信号，工作在开关输出状态，电压波形为PWM波形，使其输出电压等于用电器的额定工作电压。

2.基于MCU的数据采集与控制电路

基于MCU的数据采集与控制电路，主要完成24V供电电压的检测、传感器电压信号检测、功率电路输出状态检测、CAN报文数据的收发及与FPGA电路的信息交互。图1显示了以MCU为中心的模拟信号采集和控制电路原理图。74HC4851是一个模拟信号多路复用器。本设计中，使用了4片74HC4851来完成对32路模拟信号的采集。使用富士通的一款16位单片机MB90F342作为微控制器，该芯片集成了2路CAN控制器、24路A/D转换器，其中2路CAN控制器通过软件配置可实现RS232串口功能，24路A/D转换器通过软件配置可实现普通I/O口功能。本设计中，使用了其中1路CAN控制器和4路A/D转换器。使用1片带2KB的EEPROM的硬件看门狗集成电路帮助MCU程序复位，“喂狗”时间为600ms，该芯片通过SPI总线与MCU通信。图1中，MCU的数据总线、片选和Latch信号用于向FPGA芯片中的脉冲宽度数据寄存器写入数据。使用MCU集成的CAN总线控制器完成将集总式BCM管理开关量状态及处理后的传感器数据发送给仪表显示单元。

3.输入信号调理电路

集总式BCM的输入信号类型包括：开关量、模拟量。信号调理电路根据输入信号的类型采用不同的调理电路，使得输入到MCU和FPGA的信号电平满足各自要求，并起到整形滤波的作用。图2显示了低输入开关量的信号调理电路、高输入开关量的信号调理电路、频率量信号调理电路、模拟电压输入信号调理电路。

从图2频率量信号调理电路中可知，采用低漂集成运算放大器LM2903构成的迟滞比较器来完成对输入频率信号的滤波与整形，其中，Fin1为频率信号输入，Fout为整形后的频率信号输出，Vref为参考电压，在本设计中，取Vref=2V。由运算放大电路的虚短和虚断可知，该迟滞比较器电路的双阈值门限分别为：

其中RS=R1|R2。在式1和2中，VH，VL分别为迟滞比较器的高边阈值和低边阈值，VOL为输出电压的低电平。由图2中的频率量信号调理电路参数和式1、式2可知，VH=3.5V，VL=1.0V，该迟滞比较器的输出为一方波信号，高电平为+5V，低电平为0V，起到很好的滤波和整形作用。

在图2中的模拟电压量信号调理电路部分，模拟电压经电阻分压网络后，输入电压跟随器，再输入到MCU的A/D转换器输入端，测量电压范围为0～32V。采用TVS管MMSZ5232BT1去除输入信号中的过压和浪涌电流，避免对后级电路的损害。将图2中R121以250欧的电阻替换，即可实现对电阻型传感器的信号测量，使电阻型信号转换成电压信号，电阻型信号测量范围为0～500欧，因此，该电路还是一个硬件可配置的电阻或电压信号调理电路。

4.通信接口电路

通信接口电路指CAN总线接口电路，完成CAN总线的物理电平到MCU的TTL电平的转换。R150为CAN总线通信物理层所要求的匹配电阻，D42的型号为NUP2105L，该器件专为高速CAN总线信号设计的双向瞬态电流抑制器（TVS）。ZJYS81R5为一共模电感，共模电感和TVS的组合使用能够提高系统的EMI性能，从而提高系统的可靠性。

5.结语

本文完成了汽车车身控制模块电源管理系统电路的设计，通过总线的控制，完成对车身电器电源的控制，解决车身电器的软启动、软关断和多路信号输出的问题。

参考文献

[1]吴帆.网络架构下的车身中央控制器设计[J].电子产品世界，2006，8.