原標(biāo)題：UHF局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)方案

基于iML7831 VCOM 放大器+iML2911 GVCOM 放大器實(shí)現(xiàn)UHF局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)方案

引言

局部放電（Partial Discharge, PD）是電力設(shè)備絕緣故障的主要原因之一，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有重要影響。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在提高電力設(shè)備運(yùn)行可靠性方面的重要性日益凸顯。本文介紹基于iML7831 VCOM放大器和iML2911 GVCOM放大器實(shí)現(xiàn)UHF局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)方案。

1. 系統(tǒng)概述

UHF局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于監(jiān)測(cè)電力設(shè)備中的局部放電信號(hào)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，防止重大事故的發(fā)生。該系統(tǒng)包括天線、前端放大器、濾波器、數(shù)據(jù)采集和處理單元等部分。本文重點(diǎn)介紹系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)方案，包括主控芯片選擇及其在設(shè)計(jì)中的作用。

2. 關(guān)鍵器件介紹

2.1 iML7831 VCOM 放大器

iML7831 是一款高性能的VCOM放大器，具有以下主要特點(diǎn)：

• 高增益帶寬積（GBWP）：800 MHz

• 低噪聲：2.5 nV/√Hz

• 低失真：0.0003%

• 寬供電電壓范圍：+2.7V 至 +5.5V

在UHF局部放電檢測(cè)中，iML7831可用于初級(jí)信號(hào)放大，由于其低噪聲和高增益帶寬積，能夠有效地放大微弱的局部放電信號(hào)，同時(shí)保持較低的噪聲水平。

2.2 iML2911 GVCOM 放大器

iML2911是一款高精度GVCOM放大器，具有以下主要特點(diǎn)：

• 高增益：100 dB

• 寬帶寬：10 MHz

• 低輸入偏置電流：1 pA

• 高共模抑制比（CMRR）：120 dB

iML2911用于二級(jí)放大，以進(jìn)一步放大初級(jí)放大器輸出的信號(hào)。高增益和高共模抑制比確保了信號(hào)的高精度放大和共模噪聲的有效抑制。

3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)框架

框架包括：

• 天線：用于接收局部放電產(chǎn)生的UHF信號(hào)

• 初級(jí)放大器（iML7831）：放大接收到的微弱信號(hào)

• 濾波器：濾除噪聲和不必要的頻段

• 二級(jí)放大器（iML2911）：進(jìn)一步放大信號(hào)

• ADC：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)

• 主控芯片：數(shù)據(jù)采集和處理

3.2 天線設(shè)計(jì)

天線用于接收局部放電信號(hào)。由于局部放電產(chǎn)生的信號(hào)頻率范圍在300 MHz到3 GHz之間，因此需要設(shè)計(jì)寬帶天線以覆蓋這一頻段。常用的天線類型包括單極子天線、偶極子天線和環(huán)形天線。

3.3 信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)

信號(hào)放大電路由初級(jí)放大器（iML7831）和二級(jí)放大器（iML2911）組成。

• 初級(jí)放大器（iML7831）：由于接收到的信號(hào)非常微弱，初級(jí)放大器需要具有高增益和低噪聲特性。iML7831的高增益帶寬積和低噪聲特性使其成為理想選擇。放大電路設(shè)計(jì)需注意輸入匹配和電源去耦，以保證信號(hào)的完整性。

• 濾波器：在初級(jí)放大后，信號(hào)進(jìn)入濾波器電路，濾波器用于濾除不必要的頻段噪聲。根據(jù)實(shí)際情況，可以選擇帶通濾波器設(shè)計(jì)，以覆蓋局部放電信號(hào)的主要頻段。

• 二級(jí)放大器（iML2911）：經(jīng)過濾波后的信號(hào)再進(jìn)入二級(jí)放大器。iML2911的高增益和高共模抑制比確保了信號(hào)的進(jìn)一步放大和噪聲抑制。

3.4 ADC 和主控芯片

信號(hào)經(jīng)過二級(jí)放大后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。ADC選擇需考慮采樣率和分辨率，通常選擇采樣率為100 MSPS或更高的ADC以確保信號(hào)的完整采集。主控芯片用于數(shù)據(jù)的采集和處理，常用的主控芯片包括以下幾種：

• STM32系列微控制器：具有高性能和豐富的外設(shè)接口，適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和傳輸。

• FPGA：適用于高性能并行數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的信號(hào)處理算法。

4. 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

4.1 初級(jí)放大電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中需要注意以下幾點(diǎn)：

• 輸入阻抗匹配：為了最大化信號(hào)傳輸效率，需設(shè)計(jì)合適的輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。

• 電源去耦：采用去耦電容以濾除電源噪聲，保證放大器工作穩(wěn)定性。

• 增益設(shè)置：通過選擇合適的反饋電阻來設(shè)置放大器增益。

4.2 濾波器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中需要根據(jù)實(shí)際的信號(hào)頻段選擇帶通濾波器的中心頻率和帶寬。

4.3 二級(jí)放大電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中需要注意以下幾點(diǎn)：

• 高增益設(shè)置：通過選擇合適的反饋和輸入電阻來設(shè)置高增益。

• 共模抑制：通過優(yōu)化PCB布局和屏蔽措施來提高共模抑制能力。

4.4 ADC 和主控電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中需要考慮以下幾點(diǎn)：

• 高速數(shù)據(jù)采集：選擇高采樣率的ADC并優(yōu)化信號(hào)路徑。

• 實(shí)時(shí)處理：選擇性能強(qiáng)大的主控芯片并實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理算法。

5. 結(jié)論

本文介紹了基于iML7831 VCOM放大器和iML2911 GVCOM放大器的UHF局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端設(shè)計(jì)方案。通過合理的器件選擇和電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微弱局部放電信號(hào)的高效放大和處理，為電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)提供了可靠的技術(shù)支持。未來可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的靈敏度和可靠性，以更好地滿足實(shí)際應(yīng)用需求。