一种宽频升流器电源的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种宽频升流器电源，它包括整流滤波模块、逆变滤波模块、用于核心控制的单片机、D/A转换模块、用于调制宽频大电流输出的脉宽调制稳压电路模块、反馈连接在单片机与升流器输入端之间用于采集升流器输入电压的电压取样电路、反馈连接在单片机与升流器输出端之间用于采集升流器输出电流的电流取样电路，所述的脉宽调制稳压电路模块输出端与逆变滤波器模块输入端相电连接。本发明采用单片机，基于脉宽调制稳压控制，一方面调节升流器的输出电流，达到升流的效果，另一方面通过将升流器的输入电压反馈及升流器输出电流反馈，实现稳流的目的，其比传统的升流器工作效率高，输出电流稳定，测量精度高，频率范围宽，重复性好。
【专利说明】一种宽频升流器电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化控制及高压测试设备领域，具体涉及一种宽频升流器电源。
【背景技术】
[0002]电磁式电流互感器是电力系统中的关键设备，长年运行在电网中，电源谐波对电磁式电流互感器危害极大，谐波电流使电流互感器的铜耗增加，加速其老化或损坏，会严重影响设备的正常运行，甚至会发生十分危险的爆炸现象。如果能够对电磁式电流互感器施加不同频率的电流，分析电流互感器在不同频率下的误差特性，进而分析谐波对电流互感器的危害，并加以预防，则可避免造成更严重的后果。
[0003]升流器也叫大电流发生器，在电力系统中，技术人员往往采用升流器来检验电流互感器，即将升流器接入工作电源，通过调整调压器输出电压以获得试验所需的大电流。由于受技术限制，升流器输出电流往往不够稳定，且输出频率范围较窄，往往达不到较好的检验效果。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种可提供宽频输入信号且能够调节并稳定升流器输出电流的升流器电源。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种宽频升流器电源，它包括用于将交流AC电压输入信号转换为直流电压输出的整流滤波模块、与所述的整流滤波模块输出端相电连接用于将直流电压信号转换为设定频率交流信号的逆变滤波模块，所述的逆变滤波器模块输出端与升流器相电连接，所述的升流器与待测电流互感器相电连接，它还包括用于核心控制的单片机、与所述的单片机输出端相电连接的D/A转换模块、与所述的D/A转换模块输出端相电连接用于调制宽频大电流输出的脉宽调制稳压电路模块、反馈连接在所述的单片机与升流器输入端之间用于采集升流器输入电压的电压取样电路、反馈连接在所述的单片机与升流器输出端之间用于采集升流器输出电流的电流取样电路，所述的脉宽调制稳压电路模块输出端与所述的逆变滤波器模块输入端相电连接。
[0006]优化地，所述的脉宽调制稳压电路模块为SPWM调制，其主要由三角波发生电路、正弦调制波发生电路以及比较器组成。
[0007]优化地，所述的D/A转换模块包括用于共同调节和控制脉宽调制稳压电路模块输出波形脉宽和频率的DDS电路和D/A电路。
[0008]优化地，所述的逆变滤波模块为IGBT驱动逆变滤波模块。
[0009]优化地，它还包括用于电压、电流显示的液晶显示器。
[0010]优化地，所述的单片机基于PID算法实现所述的升流器升流、稳流的控制。
[0011]由于采用上述技术方案，本发明的有益效果:本发明采用单片机，并基于脉宽调制稳压控制，一方面调节升流器的输出电流，达到升流的效果，另一方面通过将升流器的输入电压反馈及升流器输出电流反馈，实现稳流的目的。其比传统的升流器工作效率高，输出电流稳定，测量精度高，频率范围宽，重复性好。本发明升流电源能直接输出30Hz?2500Hz、O?150V的正弦波电压，除了用于电流互感器的谐波测试试验外，还能在用于其它需要使用变频调压电源的试验场合使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]附图1为本发明升流器电源原理框图；
[0013]附图2为脉宽调制稳压电路模块原理框图；
[0014]附图3为基于PID算法升流、稳流流程图；
[0015]其中:1、整流滤波模块；2、逆变滤波模块；3、升流器；4、被测样品；5、单片机；6、D/A转换模块；7、脉宽调制稳压电路模块；8、电压取样电路；9、电流取样电路；10、显示器。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合具体实施例对本发明技术方案做详细的介绍:
[0017]如图1所示的升流器电源，其包括整流滤波模块1、逆变滤波模块2、单片机5、D/A转换模块6、脉宽调制稳压电路模块7、电压取样电路8、电流取样电路9，其中，整流滤波模块I输入端与AC交流电相连接，其输出端与逆变滤波模块2相电连接，逆变滤波模块2的输出端与升流器3相连接，当需要对被测样品4即电流互感器进行检验师，将升流器3输出端与被测样品4相接。单片机5、D/A转换模块6、脉宽调制稳压电路模块7输出端依次相电连接，且脉宽调制稳压电路模块7输出端与逆变滤波模块2输入端相连接，从而，单片机5、D/A转换模块6、脉宽调制稳压电路模块7、逆变滤波模块2、升流器3以及被测样品4形成主控制电路。电压取样电路8反馈连接在单片机5与升流器3输入端之间，电流取样电路9反馈连接在单片机5与升流器3输出端之间。
[0018]本实施例中，逆变滤波模块2 米用 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)驱动，脉宽调制稳压电路模块7采用SPWM调制技术。具体工作原理为:
[0019]交流AC电压信号经整流滤波模块I后变为直流信号，输出给IGBT脉宽调整逆变滤波模块2，单片机5根据设定要求将数字控制信号输出至D/A转换模块6，经D/A转换模块6转换后的模拟控制信号进入SPWM脉宽调制稳压电路模块7，脉宽调制电路产生可改变频率的SPWM波，频率范围在30Hz?2500Hz，并输出给IGBT脉宽调整逆变滤波模块2，该信号经IGBT驱动，再经过桥式逆变、隔离变压以及滤波输出至升流器3，升流器3即可实现宽电流的输出从而对被测电流互感器等进行检测。在升流器电源运行过程中，单片机5还会根据电压取样电路8输出的升流器输入电压反馈信号以及电流取样电路9输出的升流器输出电流反馈信号进行升流器的稳流控制。具体控制原理如下:
[0020]首先，基于SPWM脉宽调制实现宽频输出的控制。如图2所示，其采用模拟电路构成三角波载波电路和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻进行输出高低电平的转换，从而生成SPWM波。DDS (直接数字式频率合成器)电路和D/A控制电路调节正弦波的频率和幅度，调节SPWM波的脉宽和频率。SPWM合成部分是用正弦波与三角波进行比较，正弦波大于三角波的部分，输出为正脉冲，小于部分输出负脉冲，合成的SPWM波进IGBT驱动。[0021]对升流、稳流的控制，本实施例采用PID算法。图3是用PID算法实现升流、稳流的流程图。升流器最终输出的稳定电流I。依赖于D/A输出的直流电压，而该电压由单片机给D/A电路输入一个16位二进制数X所决定。从理论上讲，在系统的硬件参数确立以后，对每一个设定的高压I。，其对应的D/A输入X也应该确定。
[0022]PID算法升流和稳流阶段，每一次递增Λ X的值由PID算法计算。
[0023]假如系统设定输出电流值为1s ;实际控制过程中输出电流采样值为;前两次输出电流采样值分别为则可计算差值为:
[0024]ei = 1s-1oi ；
[0025]Aei = e1-e1-l = 1i^1-1oi ；
[0026]Δ 2ei = Δ ei_ Δ ei_l = 2Ι0Η-Ι0?-Ι0?_2。
[0027]由PID算法可计算出:
[0028]Δ Xj+Ι = Δ Xj+K ( Δ ei+Iei+D Δ 2ei)。
[0029]其中AXi+l为要输入D/A的数据增量，AXi为前一次输入D/A的数据增量。在上面的表达式中K、1、D分别为比例系数、积分系数和微分系数，其值的大小根据实际系统的情况调整。
[0030]进入PID算法升压阶段，上式中的AXi的初始值就是前一阶段的ΛΧ。，随着电压的升高递增值AXw越来 越小，升压稳定后该值为O。在PID控制过程中每次递增输入D/A数据X的时间间隔也是一个很重要的参数，这个时间间隔的大小取决于这样三个因素:D/A数据输入到稳定高压输出的迟豫时间、系统的硬件参数和软件所设定的升压时间，其值的大小根据实际系统的情况调整。
[0031]图3为升流、稳流程序框图，程序的一开始计算并给相应的寄存器赋值参数，这些参数是升压过程中所用到的，如Λ X^PID系数K、P、1、D等。开始升流时向D/A输入ΛΧ。，在硬件设计时，将D/A芯片中的寄存器设计成单片机片外数据存储器的单元，因此只要执行访问片外数据存储器指令，就可向D/A芯片传送数据。每次用PID算法计算AXi+1，再输入到D/A中去，输出相应的电流，直到输出电流达到设定电流。在达到电流设定值后任然重复计算Λ Xi+1使输出电流稳定在设定值。
[0032]综上，本发明升流器电源采用SPWM脉宽稳压控制，一方面调节升流器的的输出电流，另一方面，通过升流器的输入电压反馈及升流器输出电流反馈控制实现升流器的稳流，其比传统的升流器工作效率更高，输出电流更稳定，测量精度更高，频率范围更宽。采用本发明技术方案制成的电源仪器还可以增加手动试验和自动测试功能，一机多用。而且，其可采用显示器10操控界面，外置微型打印机等，方便现场检测使用。
[0033]本发明升流器电源能直接输出30Hz~2500Hz、0~150V的正弦波电压，所以除了用于电流互感器(CT)的谐波测试试验外，还能在用于其它需要使用变频调压电源的试验场合使用。
[0034]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种宽频升流器电源，它包括用于将交流AC电压输入信号转换为直流电压输出的整流滤波模块、与所述的整流滤波模块输出端相电连接用于将直流电压信号转换为设定频率交流信号的逆变滤波模块，所述的逆变滤波器模块输出端与升流器相电连接，所述的升流器与待测电流互感器相电连接，其特征在于:它还包括用于核心控制的单片机、与所述的单片机输出端相电连接的D/A转换模块、与所述的D/A转换模块输出端相电连接用于调制宽频大电流输出的脉宽调制稳压电路模块、反馈连接在所述的单片机与升流器输入端之间用于采集升流器输入电压的电压取样电路、反馈连接在所述的单片机与升流器输出端之间用于采集升流器输出电流的电流取样电路，所述的脉宽调制稳压电路模块输出端与所述的逆变滤波器模块输入端相电连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽频升流器电源，其特征在于:所述的脉宽调制稳压电路模块为SPWM调制，其主要由三角波发生电路、正弦调制波发生电路以及比较器组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽频升流器电源，其特征在于:所述的D/A转换模块包括用于共同调节和控制脉宽调制稳压电路模块输出波形脉宽和频率的DDS电路和D/A电路。
4.根据权利要求1所述的一种宽频升流器电源，其特征在于:所述的逆变滤波模块为IGBT驱动逆变滤波模块。
5.根据权利要求1所述的一种宽频升流器电源，其特征在于:它还包括用于电压、电流显示的液晶显示器。
6.根据权利要求1所述的一种宽频升流器电源，其特征在于:所述的单片机基于PID算法实现所述的升流器升流、稳流的控制。
【文档编号】H02M5/40GK103812354SQ201410060491
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】臧涛成, 樊斌, 程新利, 周洪, 刘晓庄, 朱爱敏 申请人:苏州科技学院