CN105119587B - 一种磁损自动测试平台及其使用的正弦激励信号源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁损自动测试平台及其使用的正弦激励信号源，其中，磁损自动测试平台包括功率分析仪、上位机、正弦激励信号源、功率放大器等。功率分析仪采集被测磁芯激励电压和频率等信息，并将其监测的电压、电流、功率信号反馈给上位机，上位机根据监测结果实时调节正弦激励信号源，通过功率放大器产生功率信号，使测试磁性工作在期望的范围。正弦激励信号源包括型号为STC89C52的单片机、型号为AD9834的DDS芯片、型号为AD5620的DAC芯片、第一电阻、第二电阻、75MHz的晶振。本发明适用于磁损自动测试平台电路的设计，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁损自动测试平台及其使用的正弦激励信号源。
背景技术
磁性元件作为电气电子设备供电系统的核心，其能否可靠运行直接关系到整个系统的可靠性，对磁芯损耗的有效测量可为磁性元件散热方案设计提供依据。同时磁芯制造商也需要测试磁芯材料的损耗数据保证产品的一致性。因此设计基于正弦激励源的高频磁损测试平台具有重要的工程应用价值。
传统分立器件组成的信号源发生装置存在产生的正弦信号源工作频率不高、分辨率较低、输出的波形精度较差等问题。采用直接数字式合成（DDS）技术产生的波形输出具有较宽的频率范围、相对较高的精度、较小的失真度、较快的转换速度等诸多优点。高频磁芯损耗测试系统可以产生频率、幅值都可调的正弦功率激励信号。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种磁损自动测试平台及其使用的正弦激励信号源，利用上位机监测的磁损测试结果及时修正正弦激励源输出信号，得到闭环可调节的频率和幅值磁损测试平台。本发明通过适时采集功率分析仪的电压和频率信号，上位机为正弦激励信号源给出修正的激励电压和频率值。其特殊之处是构建的闭环磁损测试系统可以得到幅值、频率连续可调的正弦激励波，输出频率范围宽，稳定性好，具有广阔的应用前景。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种磁损自动测试平台，包括依次连接的上位机、正弦激励信号源、功率放大器、被测磁性元件、功率分析仪，上位机与功率分析仪连接，其中，
功率分析仪，用于监测被测磁性元件的一次侧电流、二次侧电压信号、频率和有功功率信息反馈至上位机；
上位机，用于实时接收功率分析仪反馈的信息并进行显示，同时根据功率分析仪反馈的电压和频率信号向正弦激励信号源发送修正指令，具体为：
将反馈的电压和频率信号与预设的电压和频率进行比较，若反馈的电压或频率信号高于预设电压或频率，则上位机向正弦激励信号源发送调低电压或频率的指令，直至误差不大于正弦激励信号源电压或频率调整的最低有效位；若反馈的电压或频率信号低于预设频率，则上位机向正弦激励信号源发送调高电压或频率的指令，直至误差不大于正弦激励信号源电压或频率调整的最低有效位；若反馈的电压或频率信号等于预设电压或频率，则上位机向正弦激励信号源不发送调整电压或频率的指令；
正弦激励信号源，用于根据上位机的控制产生正弦激励信号，并传输至功率放大器；
功率放大器，用于对接收到的正弦激励信号进行功率放大后加载至被测磁性元件。
作为本发明的进一步优化方案，上位机根据功率分析仪反馈的电压信号向正弦激励信号源发送修正指令，具体为：将反馈的电压与预设的电压的误差与设定的误差容限进行比较，若，则上位机向正弦激励信号源发送第一电压修正步长值，第一电压修正步长值是正弦激励信号源电压调整的最低有效位倍数，直至误差不大于正弦激励信号源电压调整的最低有效位；若，上位机向正弦激励信号源发送第二电压修正步长值，第二电压修正步长值是正弦激励信号源电压调整的最低有效位倍数，直至误差不大于正弦激励信号源电压调整的最低有效位；且，第一电压修正步长值大于第二电压修正步长值。
作为本发明的进一步优化方案，正弦激励信号源包括型号为STC89C52的单片机、型号为AD9834的DDS芯片、型号为AD5620的DAC芯片、第一电阻、第二电阻、75MHz的晶振，其中，单片机的第5脚、7脚与上位机连接；单片机的第42脚、43脚、44脚分别和DAC芯片的第7脚、6脚、5脚连接；单片机的第35脚、36脚、37脚分别和DDS芯片的第15脚、14脚、13脚连接；75MHz的晶振和DDS芯片的第8脚连接；第一电阻的一端和DDS芯片的第1脚连接，另一端和DAC芯片的第4脚连接；第二电阻的一端和DDS芯片的第19脚连接，另一端接地。
作为本发明的进一步优化方案，被测磁性元件为采用各类铁氧体、硅钢片磁芯构成的功率磁性器件。
作为本发明的进一步优化方案，预设的电压为被测磁性元件的磁芯激励所需的电压。
另一方面，本发明提供以一种正弦激励信号源，包括型号为STC89C52的单片机、型号为AD9834的DDS芯片、型号为AD5620的DAC芯片、第一电阻、第二电阻、75MHz的晶振，其中，单片机的第42脚、43脚、44脚分别和DAC芯片的第7脚、6脚、5脚连接；单片机的第35脚、36脚、37脚分别和DDS芯片的第15脚、14脚、13脚连接；75MHz的晶振和DDS芯片的第8脚连接；第一电阻的一端和DDS芯片的第1脚连接，另一端和DAC芯片的第4脚连接；第二电阻的一端和DDS芯片的第19脚连接，另一端接地。
作为本发明的进一步优化方案，单片机的第5脚、7脚与上位机连接，用于与上位机进行通信。
作为本发明的进一步优化方案，单片机通过三线制SPI串口和DAC芯片连接。
作为本发明的进一步优化方案，单片机通过三线制SPI串口和DDS芯片连接。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明具有测试时间快，波形输出具有较宽的频率范围、较高的精度、较小的失真度、等诸多优点。通过监测被测磁性元件一次侧电流和二次侧电压，及时调整正弦激励源信号，保证磁性元件工作在期望的磁感应强度和频率。通过上位机构成的闭环监控控制，有利于防止测试时间过长引起磁性元件发热影响测量精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是正弦激励信号源的示意图。
图3是本发明的优选实施例实现的正弦激励信号源输出的典型激励信号，其中，（a）是f=3kHz，U OUT=200mV的正弦波，（b）是f=30kHz，U OUT=400mV的正弦波，（c）是f=300kHz，U OUT=600mV的正弦波。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明一种磁损自动测试平台如图1所示，包括依次连接的上位机、正弦激励信号源、功率放大器、被测磁性元件、功率分析仪，上位机与功率分析仪连接。本发明中，上位机是电脑，其运行磁损自动测试平台软件，上位机与功率分析仪通信，反馈测量的电压、电流、频率和功率等被测磁性元件信息；正弦激励信号源接收上位机的控制指令，产生期望的激励正弦源信号的幅值和频率；功率放大器接受正弦激励信号源信号，产生功率放大信号；功率分析仪监测磁性元件的一次侧电流和二次侧电压信号，并将所监测的电压、电流、频率和功率等信息反馈给上位机，为上位机调节正弦激励源信号提供判断依据，并在界面上显示相关测量信息。
上位机根据功率分析仪反馈的电压和频率信号向正弦激励信号源发送修正指令，具体为：
将反馈的电压和频率信号与预设的电压和频率进行比较，若反馈的电压或频率信号高于预设电压或频率，则上位机向正弦激励信号源发送调低电压或频率的指令，直至误差不大于正弦激励信号源电压或频率调整的最低有效位；若反馈的电压或频率信号低于预设频率，则上位机向正弦激励信号源发送调高电压或频率的指令，直至误差不大于正弦激励信号源电压或频率调整的最低有效位；若反馈的电压或频率信号等于预设电压或频率，则上位机向正弦激励信号源不发送调整电压或频率的指令。
进一步地，上位机根据功率分析仪反馈的电压信号向正弦激励信号源发送修正指令，具体为：将反馈的电压与预设的电压的误差与设定的误差容限进行比较，若，则上位机向正弦激励信号源发送第一电压修正步长值，第一电压修正步长值是正弦激励信号源电压调整的最低有效位倍数，直至误差不大于正弦激励信号源电压调整的最低有效位；若，上位机向正弦激励信号源发送第二电压修正步长值，第二电压修正步长值是正弦激励信号源电压调整的最低有效位倍数，直至误差不大于正弦激励信号源电压调整的最低有效位；且，第一电压修正步长值大于第二电压修正步长值。
如图2所示了本发明的优选实例正弦激励信号源设计的最主要的波形产生模块。主要由STC89C52单片机、AD9834和AD5620组成。其中上位机通过STC89C52的5脚和7脚相连接通信；STC89C52的42脚、43脚、44脚分别和AD5620的7脚、6脚、5脚连接；STC89C52的35脚、36脚、37脚分别和AD9834的15脚、14脚、13脚连接；75MHz的晶振信号接AD9834的8脚；电阻Rset的上端接AD9834的1脚，电阻Rset的下端接AD5620的4脚；电阻R的上端接AD9834的19脚，电阻R的下端接地。单片机采用三线制SPI串口与AD9834和AD5620连接。单片机写入控制字控制输出频率和波形类型，即可获得输出频率可调的正弦波。其中AD9834内部的相位累加器位数N为28，外部基准时钟信号fmclk为75MHz。相位累加器Y一般都不是整数，大部分情况下是一个近似值。如要得到频率为30kHz的正弦波，相位累加器Y的值近似为107374，十六进制数为0X1A36E。由于频率寄存器是28位宽，可以交替写入频率寄存器0的LSB和MSB。在AD9834控制寄存器写入控制字后，输出引脚IOUT便可输出30kHz的正弦波信号。理论上，AD9834输出的正弦波频率分辨率可达0.28Hz。AD5620-1是一个12位单通道的低功耗输出DAC芯片，其内置1.25V的基准电压。单片机STC89C52通过三线制串口连接AD5620，产生控制信息控制其产生输出电压VDAC。AD5620的输出电压VDAC通过FS ADJUST端口输入到AD9834中，实现输出正弦波形的幅值可调。
本发明的优选实例的具体参数如下：
磁损自动测试平台电路上位机运行的基于Labview软件测试界面；幅值和频率可调的正弦激励信号源主要由STC89C52单片机、AD9834和AD5620组成；功率放大器为KH7500；功率分析仪为NORMA4000CN；被测磁芯为3C90 TN40，线圈匝数N1和N2均为6圈。
如图3所示，本发明的优选实例通过上位机与单片机结合控制AD9834和AD5620芯片，获得带有一定直流偏置的频率、幅值可调正弦波，因此可通过功率放大器放大正弦激励源输出波形并消除直流偏置。图3中（a）、（b）、（c）所示波形分别是频率f为3kHz、30kHz、300kHz，幅值a为200mV、400mV、600mV的正弦信号，其中，1、2标号分别指正弦激励源输出波形和功率放大器输出波形。通过上位机、功率分析仪、功率放大器和正弦激励信号源配合可以实现正弦激励波形频率、幅值可调，满足磁芯测试平台的设计要求。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种磁损自动测试平台，其特征在于，包括依次连接的上位机、正弦激励信号源、功率放大器、被测磁性元件、功率分析仪，上位机与功率分析仪连接，其中，
功率分析仪，用于监测被测磁性元件的一次侧电流、二次侧电压信号、频率和有功功率信息反馈至上位机；
上位机，用于实时接收功率分析仪反馈的信息并进行显示，同时根据功率分析仪反馈的电压和频率信号向正弦激励信号源发送修正指令，具体为：
将反馈的电压和频率信号与预设的电压和频率进行比较，若反馈的电压或频率信号高于预设电压或频率，则上位机向正弦激励信号源发送调低电压或频率的指令，直至误差不大于正弦激励信号源电压或频率调整的最低有效位；若反馈的电压或频率信号低于预设频率，则上位机向正弦激励信号源发送调高电压或频率的指令，直至误差不大于正弦激励信号源电压或频率调整的最低有效位；若反馈的电压或频率信号等于预设电压或频率，则上位机向正弦激励信号源不发送调整电压或频率的指令；
上位机根据功率分析仪反馈的电压信号向正弦激励信号源发送修正指令，具体为：将反馈的电压与预设的电压的误差与设定的误差容限进行比较，若，则上位机向正弦激励信号源发送第一电压修正步长值，第一电压修正步长值是正弦激励信号源电压调整的最低有效位倍数，直至误差不大于正弦激励信号源电压调整的最低有效位；若，上位机向正弦激励信号源发送第二电压修正步长值，第二电压修正步长值是正弦激励信号源电压调整的最低有效位倍数，直至误差不大于正弦激励信号源电压调整的最低有效位；且，第一电压修正步长值大于第二电压修正步长值；
正弦激励信号源，用于根据上位机的控制产生正弦激励信号，并传输至功率放大器；
功率放大器，用于对接收到的正弦激励信号进行功率放大后加载至被测磁性元件。
2.根据权利要求1所述的一种磁损自动测试平台，其特征在于，正弦激励信号源包括型号为STC89C52的单片机、型号为AD9834的DDS芯片、型号为AD5620的DAC芯片、第一电阻、第二电阻、75MHz的晶振，其中，单片机的第5脚、7脚与上位机连接；单片机的第42脚、43脚、44脚分别和DAC芯片的第7脚、6脚、5脚连接；单片机的第35脚、36脚、37脚分别和DDS芯片的第15脚、14脚、13脚连接；75MHz的晶振和DDS芯片的第8脚连接；第一电阻的一端和DDS芯片的第1脚连接，另一端和DAC芯片的第4脚连接；第二电阻的一端和DDS芯片的第19脚连接，另一端接地。
3.根据权利要求1所述的一种磁损自动测试平台，其特征在于，被测磁性元件为采用各类铁氧体、硅钢片磁芯构成的功率磁性器件。
4.根据权利要求1所述的一种磁损自动测试平台，其特征在于，预设的电压为被测磁性元件的磁芯激励所需的电压。
5.根据权利要求2所述的一种磁损自动测试平台，其特征在于，单片机的第5脚、7脚与上位机连接，用于与上位机进行通信。
6.根据权利要求2所述的一种磁损自动测试平台，其特征在于，单片机通过三线制SPI串口和DAC芯片连接。
7.根据权利要求2所述的一种磁损自动测试平台，其特征在于，单片机通过三线制SPI串口和DDS芯片连接。
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