CN106093493A - 一种程控交流恒流源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种程控交流恒流源系统，包括恒流源电路模块，其单片机控制单元输出控制DC‑AC全桥逆变电路的两路互补的脉宽调制驱动信号，并对两路脉宽调制驱动信号进行时序控制，AC‑DC转换模块输出连接DC‑AC全桥逆变电路，DC‑AC全桥逆变电路输出连接滤波电路；升流变压器将滤波电路输出的高压小电流降压增流后供给负载电路；调压式自耦变压器处于恒流源电路模块与升流变压器之间，主要通过改变调压式自耦变压器次级线圈匝数来控制脉宽驱动信号的占空比在20％~80％；及用于检测负载电路电流大小的电流反馈电路模块。本发明的程控交流恒流源系统具有响应速度快和精度高的优点。

Description

一种程控交流恒流源系统

技术领域

本发明涉及电源系统，确切的说是程控交流恒流源系统。

背景技术

恒流源又叫电流源、稳流源，是一种标准50HZ的高精度交流稳流电源。在低压电器中的热继电器、智能断路器等出厂检验时，需要以恒定的工频交变电流（中国为50Hz）进行测试。传统传统的测试采用功率变压器串联大功率电阻，根据负载电阻进行调压，得到相应测试电流，存在精度差和调节速度慢等问题。

发明内容

本发明发明目的：为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种响应速度快和精度高的程控交流恒流源系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种程控交流恒流源系统，其特征在于：包括上位机，可用于设定输出至负载回路中的电流值；

恒流源电路模块，经交流-直流-交流变换后输出恒流交流电，其包括AC-DC转换模块、DC-AC全桥逆变电路、滤波电路以及单片机控制单元，单片机控制单元输出控制DC-AC全桥逆变电路的两路互补的脉宽调制驱动信号，单片机控制单元对两路脉宽调制驱动信号进行时序控制，脉宽调制驱动信号的占空比D调整范围为20％~80％，所述AC-DC转换模块输出连接DC-AC全桥逆变电路，DC-AC全桥逆变电路输出连接滤波电路，滤波电路输出端输出恒流交流电；

调压升流电路模块，包括调压式自耦变压器和升流变压器，调压式自耦变压器的初级线圈连接滤波电路的输出端，调压式自耦变压器的次级线圈连接升流变压器的初级线圈，升流变压器的次级线圈接入负载电路，调压式自耦变压器对应配合有调压控制装置，调压控制装置与单片机控制单元通讯连接，单片机控制单元具有判断脉宽调制驱动信号的占空比D的占空比判断模块，

设所述调压式自耦变压器的初级线圈匝数为N1，调压式自耦变压器的初级电压为U1，调压式自耦变压器的初级电流为I1，调压式自耦变压器的次级线圈匝数为Nx，升流变压器的初级线圈匝数为N2，升流变压器的初级电压为U2，升流变压器的初级电流为I2，升流变压器的次级线圈匝数为N3，升流变压器的次级电压为U3，上位机设定电流为I3，负载电路回路中的阻抗为R，

U3=I3*R，U2=（N2/N3）*U3，

U1=（N1/Nx）*U2=[(N1*N2)/(Nx*N3)]*(I3*R)，式中N1，N2，N3，R为定值，根据以上方程式可知U1反比Nx，

又U1∝D，可知Nx反比D，

所述单片机控制单元读取上位机设定电流以及根据占空比判断模块的值，从而驱动调压控制装置控制调压式自耦变压器的次级线圈匝数，在D<20%时，控制所述调压控制装置选择控制调压式自耦变压器的次级线圈至低匝数，当D>80%，调压控制装置选择控制调压式自耦变压器的次级线圈至高匝数；

电流反馈电路模块，用于检测负载电路的电流大小，包括置于负载电路回路中的电流检测互感器，恒流源电路模块还包括有连接电流检测互感器的A/D采集电路，A/D采集电路连接单片机控制单元的输入接口。

通过采用上述技术方案，恒流源电路模块采用脉宽调制控制，完成AC-DC-AC变换，通过DC-AC全桥逆变电路获得高精度、高压小电流，恒流源电路模块输出的高压小电流降压增流后供给负载电路，调压式自耦变压器设于恒流源电路模块与升流变压器中间，单片机控制单元判断脉宽调制驱动信号的占空比D，根据方程式关系控制所述Nx的值，即驱动所述调压控制装置选择控制调压式自耦变压器的次级线圈匝数，控制脉宽调制驱动信号的占空比≥20%，保证低压大电流的失真度<1%；通过控制脉宽调制驱动信号的占空比≤80%，避免逆变电路过流，从而保证输出电流无失真，保证高输出精度。

优选的，所述调压控制装置包括调压控制器电机驱动单元以及驱动电机，单片机控制单元与调压控制器电机驱动单元通讯连接，调压控制器电机驱动单元控制驱动电机调整所述调压式自耦变压器的次级线圈匝数。

优选的，所述电流检测互感器具有多个电流档位，电流检测互感器配有选择控制电流检测互感器的电流档位的档位控制器，单片机控制单元根据上位机设定的电流值，向档位控制器输出选择控制电流检测互感器的电流档位的档位信号。

通过采用上述技术方案，提高电流反馈电路模块对负载电路中的电流检测精度。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明具体实施例程控交流恒流源系统结构原理图；

图2为本发明具体实施例恒流源电路模块结构原理图。

具体实施方式

如图1和图2，本发明公开的一种程控交流恒流源系统，包括上位机、恒流源电路模块、调压升流电路模块以及电流反馈电路模块；

所述上位机，可用于设定输出至负载回路中的电流值；对应电流值的设定技术为现有技术，为人机交互操作，达到编辑存储设定的电流值；

所述恒流源电路模块，经交流-直流-交流变换后输出恒流交流电，其包括AC-DC转换模块、DC-AC全桥逆变电路、滤波电路以及单片机控制单元，AC-DC转换模块为现有技术，用于将交流转换成直流电，DC-AC全桥逆变电路为现有技术，用于将直流转换成正负调制脉宽波形输出，滤波电路为现有技术，用于滤去正负调制脉宽波形的调制波得到标准的交流电流，所述AC-DC转换模块输出连接DC-AC全桥逆变电路，DC-AC全桥逆变电路输出连接滤波电路，滤波电路输出端输出恒流交流电；单片机控制单元输出控制DC-AC全桥逆变电路的两路互补的脉宽调制驱动信号，单片机控制单元对两路脉宽调制驱动信号进行时序控制，脉宽调制驱动信号保证对管Q1，Q4导通的同时对管Q2，Q3关断，对管Q2，Q3导通的同时对管Q1，Q4关断，从而在VS1、VS2两端产生正负调制脉宽波形，其中R1为电流采样电阻，供单片机控制单元采样电流值保证恒流输出，为防止DC-AC全桥逆变电路的同一桥臂上两个开关器件同时导通，对两互补的脉宽调制驱动信号进行时序控制，在互补的脉宽调制驱动信号之间加入一个死区时间，而死区时间的存在将导致DC-AC全桥逆变电路输出产生基波电流损失、低次谐波增加、输出电流畸变等死区效应，从而使得DC-AC全桥逆变电路输出的波形失真度增大，影响恒流源电路模块输出的初始恒流交流电精度，将脉宽调制驱动信号的占空比D调整范围控制为20％~80％，能够有效减少因死区时间而造成低次谐波增加对正弦波的影响，保证输出正弦波的谐波失真度小于1%，并保证DC-AC全桥逆变电路正常工作；

所述调压升流电路模块，包括调压式自耦变压器T2和升流变压器T1，调压式自耦变压器T2的初级线圈连接滤波电路的输出端，调压式自耦变压器T2的次级线圈连接升流变压器的初级线圈，升流变压器T1的次级线圈连接负载电路，调压式自耦变压器对应配合有调压控制装置，调压控制装置与单片机控制单元通讯连接，单片机控制单元具有判断脉宽调制驱动信号的占空比D的占空比判断模块，占空比获得为单片机控制单元内部控制变量；根据本恒流源系统，具有如下方程式：

设所述调压式自耦变压器T2的初级线圈匝数为N1，调压式自耦变压器T2的初级电压为U1，调压式自耦变压器T2的初级电流为I1，调压式自耦变压器T2的次级线圈匝数为Nx，升流变压器T1的初级线圈匝数为N2，升流变压器T1的初级电压为U2，升流变压器T1的初级电流为I2，升流变压器T1的次级线圈匝数为N3，升流变压器T1的次级电压为U3，电流值设定模块设定电流为I3，负载电路回路中的阻抗为R，

U3=I3*R，U2=（N2/N3）*U3，

U1=（N1/Nx）*U2=[(N1*N2)/(Nx*N3)]*(I3*R)，式中N1，N2，N3，R为定值，根据以上方程式可知U1反比Nx，

又U1∝D，可知Nx反比D，

所述单片机控制单元读取上位机的设定电流，以及根据占空比判断模块的值，从而驱动调压控制装置控制调压式自耦变压器T2的次级线圈匝数，在D<20%时，控制所述调压控制装置控制调压式自耦变压器T2的次级线圈降低匝数，保证低压大电流的失真度<1%，当D>80%，调压控制装置控制调压式自耦变压器T2的次级线圈提高匝数，避免DC-AC全桥逆变电路中mos管电流过大。根据方程式关系控制所述Nx的值，即驱动所述调压控制装置选择控制调压式自耦变压器T2的次级线圈匝数，从而达到自动控制脉宽调制驱动信号的占空比D在20％~80％，从而保证输出电流无失真，保证高输出精度，避免占空比D大于80％导致mos管电流过大的问题。该补偿方式简单易行。其实质上也提供了一种恒流源的波形失真补偿方法，在构建上述恒流源模型后，根据方程式实现自动补偿，实现高精度输出。

电流反馈电路模块，用于检测负载电路的电流大小，包括置于负载电路回路中的电流检测互感器T3，恒流源电路模块包括连接电流检测互感器的A/D采集电路，A/D采集电路连接单片机控制单元的输入接口。本具体实施例中，占空比的获得由单片机控制单元直接读取获得，其启动为软启动，为防止启动时占空比过大，输出电流过大而导致逆变全桥MOS过载，设置启动时占空比在较小值，如8%（或可以更小），将电流反馈电路模块获得的电流值与上位机设定的电流直进行比较，当采集到的电流值小于设定电流值，增大占空比，直至采集到的电流值与上位机设定电流值相等，若占空比增大80%还不相等，调压控制装置驱动调压式自耦变压器次级线圈至高匝数，调整到输出电流与设定值相等，同时保持占空比在20%~80%；当输出电流大于设定值，由于启动占空比小于20%，所以首先调压式自耦变压器的次级线圈至低匝数切换，保持占空比在20%~80%，然后调整占空比，直至采集到的电流值与上位机设定电流值相等。具有响应速度快的优点。

本具体实施例中，调压控制装置包括调压控制器电机驱动单元以及驱动电机M，单片机控制单元与调压控制器电机驱动单元通讯连接，调压控制器电机驱动单元控制驱动电机M调整所述调压式自耦变压器的次级线圈匝数，驱动电机M驱动滑动开关实现匝数控制，达到控制上述占空比D在20％~80％。当然也可采用接触器的方式进行控制。

为提高负载检测的可靠性，所述电流检测互感器T3具有多个电流，采用相应的四个档位设计，档位开关为KM1、KM2、KM3、KM4，电流检测互感器T3配有选择控制电流检测互感器T3的电流的档位控制器，单片机控制单元根据电流值设定模块设定的电流值，向档位控制器输出选择控制电流检测互感器T3的电流的档位信号。

本发明的恒流系统，恒流源电路模块经脉宽调制输出，之后配调压升流电路模块达到对负载输出大量程恒定交变电流，具有电流精度高和响应速度快的优点，有效满足智能断路器中互感器出厂检验。

Claims (3)

1.一种程控交流恒流源系统，其特征在于：包括上位机，可用于设定输出至负载回路中的电流值；

恒流源电路模块，经交流-直流-交流变换后输出恒流交流电，其包括AC-DC转换模块、DC-AC全桥逆变电路、滤波电路以及单片机控制单元，单片机控制单元输出控制DC-AC全桥逆变电路的两路互补的脉宽调制驱动信号，单片机控制单元对两路脉宽调制驱动信号进行时序控制，脉宽调制驱动信号的占空比D调整范围为20％~80％，所述AC-DC转换模块输出连接DC-AC全桥逆变电路，DC-AC全桥逆变电路输出连接滤波电路，滤波电路输出端输出恒流交流电；

调压升流电路模块，包括调压式自耦变压器和升流变压器，调压式自耦变压器的初级线圈连接滤波电路的输出端，调压式自耦变压器的次级线圈连接升流变压器的初级线圈，升流变压器的次级线圈接入负载电路，调压式自耦变压器对应配合有调压控制装置，调压控制装置与单片机控制单元通讯连接，单片机控制单元具有判断脉宽调制驱动信号的占空比D的占空比判断模块，

设所述调压式自耦变压器的初级线圈匝数为N1，调压式自耦变压器的初级电压为U1，调压式自耦变压器的初级电流为I1，调压式自耦变压器的次级线圈匝数为Nx，升流变压器的初级线圈匝数为N2，升流变压器的初级电压为U2，升流变压器的初级电流为I2，升流变压器的次级线圈匝数为N3，升流变压器的次级电压为U3，上位机设定电流为I3，负载电路回路中的阻抗为R，

U3=I3*R，U2=（N2/N3）*U3，

U1=（N1/Nx）*U2=[(N1*N2)/(Nx*N3)]*(I3*R)，式中N1，N2，N3，R为定值，根据以上方程式可知U1反比Nx，

又U1∝D，可知Nx反比D，

所述单片机控制单元读取上位机设定电流以及根据占空比判断模块的值，从而驱动调压控制装置控制调压式自耦变压器的次级线圈匝数，在D<20%时，控制所述调压控制装置选择控制调压式自耦变压器的次级线圈至低匝数，当D>80%，调压控制装置选择控制调压式自耦变压器的次级线圈至高匝数；

电流反馈电路模块，用于检测负载电路的电流大小，包括置于负载电路回路中的电流检测互感器，恒流源电路模块还包括有连接电流检测互感器的A/D采集电路，A/D采集电路连接单片机控制单元的输入接口。

2.根据权利要求1所述程控交流恒流源系统，其特征在于：所述调压控制装置包括调压控制器电机驱动单元以及驱动电机，单片机控制单元与调压控制器电机驱动单元通讯连接，调压控制器电机驱动单元控制驱动电机调整所述调压式自耦变压器的次级线圈匝数。

3.根据权利要求1或2所述程控交流恒流源系统，其特征在于：所述电流检测互感器具有多个电流档位档位，电流检测互感器配有选择控制电流检测互感器的电流档位档位的档位控制器，单片机控制单元根据上位机设定的电流值，向档位控制器输出选择控制电流检测互感器的电流档位的档位信号。