一種程控交流恒流源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種程控交流恒流源系統(tǒng)，包括恒流源電路模塊，其單片機(jī)控制單元輸出控制DC?AC全橋逆變電路的兩路互補的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，并對兩路脈寬調(diào)制驅(qū)動信號進(jìn)行時序控制，AC?DC轉(zhuǎn)換模塊輸出連接DC?AC全橋逆變電路，DC?AC全橋逆變電路輸出連接濾波電路；升流變壓器將濾波電路輸出的高壓小電流降壓增流后供給負(fù)載電路；調(diào)壓式自耦變壓器處于恒流源電路模塊與升流變壓器之間，主要通過改變調(diào)壓式自耦變壓器次級線圈匝數(shù)來控制脈寬驅(qū)動信號的占空比在20％~80％；及用于檢測負(fù)載電路電流大小的電流反饋電路模塊。本發(fā)明的程控交流恒流源系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快和精度高的優(yōu)點。
【專利說明】
一種程控交流恒流源系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電源系統(tǒng)，確切的說是程控交流恒流源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002 ] 恒流源又叫電流源、穩(wěn)流源，是一種標(biāo)準(zhǔn)50HZ的高精度交流穩(wěn)流電源。在低壓電器中的熱繼電器、智能斷路器等出廠檢驗時，需要以恒定的工頻交變電流(中國為50Hz)進(jìn)行測試。傳統(tǒng)傳統(tǒng)的測試采用功率變壓器串聯(lián)大功率電阻，根據(jù)負(fù)載電阻進(jìn)行調(diào)壓，得到相應(yīng)測試電流，存在精度差和調(diào)節(jié)速度慢等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明發(fā)明目的:為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種響應(yīng)速度快和精度高的程控交流恒流源系統(tǒng)。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
一種程控交流恒流源系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機(jī)，可用于設(shè)定輸出至負(fù)載回路中的電流值；
恒流源電路模塊，經(jīng)交流-直流-交流變換后輸出恒流交流電，其包括AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、DC-AC全橋逆變電路、濾波電路以及單片機(jī)控制單元，單片機(jī)控制單元輸出控制DC-AC全橋逆變電路的兩路互補的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，單片機(jī)控制單元對兩路脈寬調(diào)制驅(qū)動信號進(jìn)行時序控制，脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比D調(diào)整范圍為20%?80%，所述AC-DC轉(zhuǎn)換模塊輸出連接DC-AC全橋逆變電路，DC-AC全橋逆變電路輸出連接濾波電路，濾波電路輸出端輸出恒流交流電；
調(diào)壓升流電路模塊，包括調(diào)壓式自耦變壓器和升流變壓器，調(diào)壓式自耦變壓器的初級線圈連接濾波電路的輸出端，調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈連接升流變壓器的初級線圈，升流變壓器的次級線圈接入負(fù)載電路，調(diào)壓式自耦變壓器對應(yīng)配合有調(diào)壓控制裝置，調(diào)壓控制裝置與單片機(jī)控制單元通訊連接，單片機(jī)控制單元具有判斷脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比D的占空比判斷模塊，
設(shè)所述調(diào)壓式自耦變壓器的初級線圈匝數(shù)為NI，調(diào)壓式自耦變壓器的初級電壓為Ul，調(diào)壓式自耦變壓器的初級電流為II，調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈匝數(shù)為Nx，升流變壓器的初級線圈匝數(shù)為N2，升流變壓器的初級電壓為U2，升流變壓器的初級電流為12，升流變壓器的次級線圈匝數(shù)為N3，升流變壓器的次級電壓為U3，上位機(jī)設(shè)定電流為13，負(fù)載電路回路中的阻抗為R，
U3=I3*R，U2=(N2/N3)*U3，
1]1=(附/他)*1]2=[01_2)/(他_3)]*(13噸)，式中附小2，吧，1?為定值，根據(jù)以上方程式可知Ul反比Nx，
又Ul^D，可知Nx反比D，
所述單片機(jī)控制單元讀取上位機(jī)設(shè)定電流以及根據(jù)占空比判斷模塊的值，從而驅(qū)動調(diào)壓控制裝置控制調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈匝數(shù)，在D〈20%時，控制所述調(diào)壓控制裝置選擇控制調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈至低匝數(shù)，當(dāng)D>80%，調(diào)壓控制裝置選擇控制調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈至高匝數(shù)；
電流反饋電路模塊，用于檢測負(fù)載電路的電流大小，包括置于負(fù)載電路回路中的電流檢測互感器，恒流源電路模塊還包括有連接電流檢測互感器的A/D采集電路，A/D采集電路連接單片機(jī)控制單元的輸入接口。
[0005]通過采用上述技術(shù)方案，恒流源電路模塊采用脈寬調(diào)制控制，完成AC-DC-AC變換，通過DC-AC全橋逆變電路獲得高精度、高壓小電流，恒流源電路模塊輸出的高壓小電流降壓增流后供給負(fù)載電路，調(diào)壓式自耦變壓器設(shè)于恒流源電路模塊與升流變壓器中間，單片機(jī)控制單元判斷脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比D，根據(jù)方程式關(guān)系控制所述Nx的值，即驅(qū)動所述調(diào)壓控制裝置選擇控制調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈匝數(shù)，控制脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比彡20%，保證低壓大電流的失真度〈1%;通過控制脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比<80%，避免逆變電路過流，從而保證輸出電流無失真，保證高輸出精度。
[0006]優(yōu)選的，所述調(diào)壓控制裝置包括調(diào)壓控制器電機(jī)驅(qū)動單元以及驅(qū)動電機(jī)，單片機(jī)控制單元與調(diào)壓控制器電機(jī)驅(qū)動單元通訊連接，調(diào)壓控制器電機(jī)驅(qū)動單元控制驅(qū)動電機(jī)調(diào)整所述調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈匝數(shù)。
[0007]優(yōu)選的，所述電流檢測互感器具有多個電流檔位，電流檢測互感器配有選擇控制電流檢測互感器的電流檔位的檔位控制器，單片機(jī)控制單元根據(jù)上位機(jī)設(shè)定的電流值，向檔位控制器輸出選擇控制電流檢測互感器的電流檔位的檔位信號。
[0008]通過采用上述技術(shù)方案，提高電流反饋電路模塊對負(fù)載電路中的電流檢測精度。
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明具體實施例程控交流恒流源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2為本發(fā)明具體實施例恒流源電路模塊結(jié)構(gòu)原理圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖1和圖2，本發(fā)明公開的一種程控交流恒流源系統(tǒng)，包括上位機(jī)、恒流源電路模塊、調(diào)壓升流電路模塊以及電流反饋電路模塊；
所述上位機(jī)，可用于設(shè)定輸出至負(fù)載回路中的電流值;對應(yīng)電流值的設(shè)定技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，為人機(jī)交互操作，達(dá)到編輯存儲設(shè)定的電流值；
所述恒流源電路模塊，經(jīng)交流-直流-交流變換后輸出恒流交流電，其包括AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、DC-AC全橋逆變電路、濾波電路以及單片機(jī)控制單元，AC-DC轉(zhuǎn)換模塊為現(xiàn)有技術(shù)，用于將交流轉(zhuǎn)換成直流電，DC-AC全橋逆變電路為現(xiàn)有技術(shù)，用于將直流轉(zhuǎn)換成正負(fù)調(diào)制脈寬波形輸出，濾波電路為現(xiàn)有技術(shù)，用于濾去正負(fù)調(diào)制脈寬波形的調(diào)制波得到標(biāo)準(zhǔn)的交流電流，所述AC-DC轉(zhuǎn)換模塊輸出連接DC-AC全橋逆變電路，DC-AC全橋逆變電路輸出連接濾波電路，濾波電路輸出端輸出恒流交流電；單片機(jī)控制單元輸出控制DC-AC全橋逆變電路的兩路互補的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，單片機(jī)控制單元對兩路脈寬調(diào)制驅(qū)動信號進(jìn)行時序控制，脈寬調(diào)制驅(qū)動信號保證對管Ql，Q4導(dǎo)通的同時對管Q2，Q3關(guān)斷，對管Q2，Q3導(dǎo)通的同時對管Ql，Q4關(guān)斷，從而在VSl、VS2兩端產(chǎn)生正負(fù)調(diào)制脈寬波形，其中Rl為電流采樣電阻，供單片機(jī)控制單元采樣電流值保證恒流輸出，為防止DC-AC全橋逆變電路的同一橋臂上兩個開關(guān)器件同時導(dǎo)通，對兩互補的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號進(jìn)行時序控制，在互補的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號之間加入一個死區(qū)時間，而死區(qū)時間的存在將導(dǎo)致DC-AC全橋逆變電路輸出產(chǎn)生基波電流損失、低次諧波增加、輸出電流畸變等死區(qū)效應(yīng)，從而使得DC-AC全橋逆變電路輸出的波形失真度增大，影響恒流源電路模塊輸出的初始恒流交流電精度，將脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比D調(diào)整范圍控制為20%?80%，能夠有效減少因死區(qū)時間而造成低次諧波增加對正弦波的影響，保證輸出正弦波的諧波失真度小于1%，并保證DC-AC全橋逆變電路正常工作；
所述調(diào)壓升流電路模塊，包括調(diào)壓式自耦變壓器T2和升流變壓器Tl，調(diào)壓式自耦變壓器T2的初級線圈連接濾波電路的輸出端，調(diào)壓式自耦變壓器T2的次級線圈連接升流變壓器的初級線圈，升流變壓器Tl的次級線圈連接負(fù)載電路，調(diào)壓式自耦變壓器對應(yīng)配合有調(diào)壓控制裝置，調(diào)壓控制裝置與單片機(jī)控制單元通訊連接，單片機(jī)控制單元具有判斷脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比D的占空比判斷模塊，占空比獲得為單片機(jī)控制單元內(nèi)部控制變量;根據(jù)本恒流源系統(tǒng)，具有如下方程式:
設(shè)所述調(diào)壓式自耦變壓器T2的初級線圈匝數(shù)為NI，調(diào)壓式自耦變壓器T2的初級電壓為U1，調(diào)壓式自耦變壓器T2的初級電流為II，調(diào)壓式自耦變壓器T2的次級線圈匝數(shù)為Nx，升流變壓器Tl的初級線圈匝數(shù)為N2，升流變壓器Tl的初級電壓為U2，升流變壓器Tl的初級電流為12，升流變壓器TI的次級線圈匝數(shù)為N3，升流變壓器TI的次級電壓為U3，電流值設(shè)定模塊設(shè)定電流為13，負(fù)載電路回路中的阻抗為R，
U3=I3*R，U2=(N2/N3)*U3，
1]1=(附/他)*1]2=[01_2)/(他_3)]*(13噸)，式中附小2，吧，1?為定值，根據(jù)以上方程式可知Ul反比Nx，
又Ul^D，可知Nx反比D，
所述單片機(jī)控制單元讀取上位機(jī)的設(shè)定電流，以及根據(jù)占空比判斷模塊的值，從而驅(qū)動調(diào)壓控制裝置控制調(diào)壓式自耦變壓器T2的次級線圈匝數(shù)，在D〈20%時，控制所述調(diào)壓控制裝置控制調(diào)壓式自耦變壓器T2的次級線圈降低匝數(shù)，保證低壓大電流的失真度〈1%，當(dāng)D>80%，調(diào)壓控制裝置控制調(diào)壓式自耦變壓器T2的次級線圈提高匝數(shù)，避免DC-AC全橋逆變電路中mos管電流過大。根據(jù)方程式關(guān)系控制所述Nx的值，即驅(qū)動所述調(diào)壓控制裝置選擇控制調(diào)壓式自耦變壓器T2的次級線圈匝數(shù)，從而達(dá)到自動控制脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比D在20 %-80%,從而保證輸出電流無失真，保證高輸出精度，避免占空比D大于80 %導(dǎo)致mos管電流過大的問題。該補償方式簡單易行。其實質(zhì)上也提供了一種恒流源的波形失真補償方法，在構(gòu)建上述恒流源模型后，根據(jù)方程式實現(xiàn)自動補償，實現(xiàn)高精度輸出。
[0012]電流反饋電路模塊，用于檢測負(fù)載電路的電流大小，包括置于負(fù)載電路回路中的電流檢測互感器T3，恒流源電路模塊包括連接電流檢測互感器的A/D采集電路，A/D采集電路連接單片機(jī)控制單元的輸入接口。本具體實施例中，占空比的獲得由單片機(jī)控制單元直接讀取獲得，其啟動為軟啟動，為防止啟動時占空比過大，輸出電流過大而導(dǎo)致逆變?nèi)珮騇OS過載，設(shè)置啟動時占空比在較小值，如8%(或可以更小)，將電流反饋電路模塊獲得的電流值與上位機(jī)設(shè)定的電流直進(jìn)行比較，當(dāng)采集到的電流值小于設(shè)定電流值，增大占空比，直至采集到的電流值與上位機(jī)設(shè)定電流值相等，若占空比增大80%還不相等，調(diào)壓控制裝置驅(qū)動調(diào)壓式自耦變壓器次級線圈至高匝數(shù)，調(diào)整到輸出電流與設(shè)定值相等，同時保持占空比在20%?80%;當(dāng)輸出電流大于設(shè)定值，由于啟動占空比小于20%，所以首先調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈至低匝數(shù)切換，保持占空比在20%?80%，然后調(diào)整占空比，直至采集到的電流值與上位機(jī)設(shè)定電流值相等。具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點。
[0013]本具體實施例中，調(diào)壓控制裝置包括調(diào)壓控制器電機(jī)驅(qū)動單元以及驅(qū)動電機(jī)M，單片機(jī)控制單元與調(diào)壓控制器電機(jī)驅(qū)動單元通訊連接，調(diào)壓控制器電機(jī)驅(qū)動單元控制驅(qū)動電機(jī)M調(diào)整所述調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈匝數(shù)，驅(qū)動電機(jī)M驅(qū)動滑動開關(guān)實現(xiàn)匝數(shù)控制，達(dá)到控制上述占空比D在20%?80%。當(dāng)然也可采用接觸器的方式進(jìn)行控制。
[0014]為提高負(fù)載檢測的可靠性，所述電流檢測互感器T3具有多個電流，采用相應(yīng)的四個檔位設(shè)計，檔位開關(guān)為KMl、KM2、KM3、KM4，電流檢測互感器T3配有選擇控制電流檢測互感器Τ3的電流的檔位控制器，單片機(jī)控制單元根據(jù)電流值設(shè)定模塊設(shè)定的電流值，向檔位控制器輸出選擇控制電流檢測互感器Τ3的電流的檔位信號。
[0015]本發(fā)明的恒流系統(tǒng)，恒流源電路模塊經(jīng)脈寬調(diào)制輸出，之后配調(diào)壓升流電路模塊達(dá)到對負(fù)載輸出大量程恒定交變電流，具有電流精度高和響應(yīng)速度快的優(yōu)點，有效滿足智能斷路器中互感器出廠檢驗。
【主權(quán)項】
1.一種程控交流恒流源系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機(jī)，可用于設(shè)定輸出至負(fù)載回路中的電流值； 恒流源電路模塊，經(jīng)交流-直流-交流變換后輸出恒流交流電，其包括AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、DC-AC全橋逆變電路、濾波電路以及單片機(jī)控制單元，單片機(jī)控制單元輸出控制DC-AC全橋逆變電路的兩路互補的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，單片機(jī)控制單元對兩路脈寬調(diào)制驅(qū)動信號進(jìn)行時序控制，脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比D調(diào)整范圍為20%?80%，所述AC-DC轉(zhuǎn)換模塊輸出連接DC-AC全橋逆變電路，DC-AC全橋逆變電路輸出連接濾波電路，濾波電路輸出端輸出恒流交流電； 調(diào)壓升流電路模塊，包括調(diào)壓式自耦變壓器和升流變壓器，調(diào)壓式自耦變壓器的初級線圈連接濾波電路的輸出端，調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈連接升流變壓器的初級線圈，升流變壓器的次級線圈接入負(fù)載電路，調(diào)壓式自耦變壓器對應(yīng)配合有調(diào)壓控制裝置，調(diào)壓控制裝置與單片機(jī)控制單元通訊連接，單片機(jī)控制單元具有判斷脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的占空比D的占空比判斷模塊， 設(shè)所述調(diào)壓式自耦變壓器的初級線圈匝數(shù)為NI，調(diào)壓式自耦變壓器的初級電壓為Ul，調(diào)壓式自耦變壓器的初級電流為II，調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈匝數(shù)為Nx，升流變壓器的初級線圈匝數(shù)為N2，升流變壓器的初級電壓為U2，升流變壓器的初級電流為12，升流變壓器的次級線圈匝數(shù)為N3，升流變壓器的次級電壓為U3，上位機(jī)設(shè)定電流為13，負(fù)載電路回路中的阻抗為R， U3=I3*R，U2=(N2/N3)*U3， 1]1=?1/他)*1]2=[01*吧)/(他*似)]*(13*10，式中~1小2，似，1?為定值，根據(jù)以上方程式可知Ul反比Nx， 又Ul^D，可知Nx反比D， 所述單片機(jī)控制單元讀取上位機(jī)設(shè)定電流以及根據(jù)占空比判斷模塊的值，從而驅(qū)動調(diào)壓控制裝置控制調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈匝數(shù)，在D〈20%時，控制所述調(diào)壓控制裝置選擇控制調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈至低匝數(shù)，當(dāng)D>80%，調(diào)壓控制裝置選擇控制調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈至高匝數(shù)； 電流反饋電路模塊，用于檢測負(fù)載電路的電流大小，包括置于負(fù)載電路回路中的電流檢測互感器，恒流源電路模塊還包括有連接電流檢測互感器的A/D采集電路，A/D采集電路連接單片機(jī)控制單元的輸入接口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述程控交流恒流源系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)壓控制裝置包括調(diào)壓控制器電機(jī)驅(qū)動單元以及驅(qū)動電機(jī)，單片機(jī)控制單元與調(diào)壓控制器電機(jī)驅(qū)動單元通訊連接，調(diào)壓控制器電機(jī)驅(qū)動單元控制驅(qū)動電機(jī)調(diào)整所述調(diào)壓式自耦變壓器的次級線圈匝數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述程控交流恒流源系統(tǒng)，其特征在于:所述電流檢測互感器具有多個電流檔位檔位，電流檢測互感器配有選擇控制電流檢測互感器的電流檔位檔位的檔位控制器，單片機(jī)控制單元根據(jù)上位機(jī)設(shè)定的電流值，向檔位控制器輸出選擇控制電流檢測互感器的電流檔位的檔位信號。
【文檔編號】G01R1/28GK106093493SQ201610533143
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】許海波, 趙升, 吳桂初, 陳沖
【申請人】溫州聚創(chuàng)電氣科技有限公司