CN112039323B - 一种基于d类功放的三相程控源 - Google Patents

一种基于d类功放的三相程控源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于D类功放的三相程控源，包括壳体组件，所述壳体组件内部设有输出信号直流分量处理电路和电压电流信号控制电路。上述技术方案通过电压电流幅值输出控制电路配合电压和电流信号采样反馈电路，设计方法成本低、精度高且操作简单，无需高稳定的固定供电电压，输出电压和电流由MCU输出信号精确控制，电压电流输出范围宽，谐波失真小。

Description

一种基于D类功放的三相程控源
技术领域
本发明涉及电力电表领域，尤其涉及一种基于D类功放的三相程控源。
背景技术
三相程控源在电力行业中应用广泛，随着市场经济发展，土地价格升高，导致办公场地越来越紧凑化，加上电力行业业务的急速发展，设计人员出差越来越频繁等因素，市场急需一种体积小巧、便于携带、操作简单、精度高、谐波失真小的三相程控源。
有资料显示，现有的程控源设计方法复杂繁琐，导致产品要么体积庞大，无法小型化便携化，要么体积虽小，但是控制精度不高、谐波失真度高。
中国专利文献CN104734527A公开了一种“三相程控交流电源装置”。包括：不控整流电路、逆变电路、交流LC滤波电路、被测逆变器、人机界面、隔离驱动电路、主控单元、升压电路、隔离反馈电路，其特征是：不控整流电路输入市电后将交流电变为脉动的直流电，经电解电容滤波后成为直流电，再连接到Boost升压电路，通过Boost升压电路连接到三相全桥逆变电路，再由三相全桥逆变电路输出到交流LC滤波电路后到被测逆变器和隔离反馈电路，隔离反馈电路采用霍尔JCE-L25P电压采样电路和霍尔JCE25-TSNP电流采样电路，采集的电压和电流反馈到主控单元，由主控单元产生的PWM控制信号通过隔离驱动电路产生的PWM驱动信号驱动逆变电路，主控单元与人机界面连接。上述技术方案控制精度不高、谐波失真度高，难以有效应用到正常工作中。
发明内容
本发明主要解决原有的程控源设计方法复杂繁琐，体积大的技术问题，提供一种基于D类功放的三相程控源，通过电压电流幅值输出控制电路配合电压和电流信号采样反馈电路，设计方法成本低、精度高且操作简单，无需高稳定的固定供电电压，输出电压和电流由MCU输出信号精确控制，电压电流输出范围宽，谐波失真小。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括壳体组件，所述壳体组件内部设有输出信号直流分量处理电路和电压电流信号控制电路。
作为优选，所述的壳体组件包括壳体，所述壳体上设有显示屏、RS232接口、以太网接口和若干控制按钮。显示屏用于显示三相程控源工作状态，控制按钮用于实现对电流、电压、相位、频率、功率表的试验和检定的控制。
作为优选，所述的输出信号直流分量处理电路包含一个积分电路和一个减法器电路。D类功放的输出信号接积分电路，将信号中含有的直流信号成分输入到减法器电路的输入端，MCU输出的控制信号与直流信号成分这两个输入经减法运算后成为基准信号，该信号再输入给D类功放进行信号控制。
作为优选，所述的积分电路与D类数字功放芯片输出端A_VOUT相连，输出端A_VOUT经过电阻R1、电阻R5接地的同时，经过电阻R1、电阻R2与芯片U4A的引脚2相连，同时电阻R2经过电容C10与电阻R4相连，芯片U4A的引脚1经过电阻R4与减法器电路相连，芯片U4A的引脚3接地，芯片U4A的引脚4与负电源相连的同时经过电容C8接地，芯片U4A的引脚8与正电源相连的同时经过电容C6接地。
作为优选，所述的减法器电路包括芯片U5B，芯片U5B的引脚5与积分电路输出端相连，芯片U5B的引脚6经过电阻R19接地，芯片U5B的引脚4与负电源相连，芯片U5B的引脚7输出的同时经过电阻R20、电阻R19接地，芯片U5B的引脚8与正电源相连。
作为优选，所述的输出信号直流分量处理电路还包括芯片U5A，芯片U5A的引脚1经过电阻R15与芯片U5B的引脚5相连，芯片U5A的引脚2经过电阻R17与输入端相连，同时经过电阻R18与芯片U5A的引脚1相连，芯片U5A的引脚3与输入端相连，芯片U5A的引脚4与负电源相连的同时经过电容C20接地，芯片U5A的引脚8与与正电源相连的同时经过电容C11接地。
作为优选，所述的电压电流信号控制电路包括正弦波电路、正弦波中心点平移电路和低通滤波电路。MCU产生PWM信号，由PWM信号来控制正弦波信号，将正弦波信号通过中心点平移形成正负电压的正弦波信号，低通滤波器滤除高频信号得到需要的正弦波信号。
作为优选，所述的正弦波电路输入端与MCU输出端相连，MCU输出的PWM波形PWM_IOA经过N沟道MOS管Q26、电阻R182与正弦波中心点平移电路的输入端相连，芯片U54一端接地，另一端经过电阻R280与正电源相连。
作为优选，所述的正弦波中心点平移电路包括芯片U8B，所述芯片U8B的正极输入端与正弦波电路输出端相连，芯片U8B的负极输入端经过电阻R84与正极相连，同时经过电阻R85与电阻R80相连，芯片U8B的正极端与正电源相连的同时经过电容C112接地，芯片U8B的负极端与负电源相连的同时经过电容C113接地，芯片U8B的输出端与低通滤波电路相连。
作为优选，所述的低通滤波电路包括芯片U7A，芯片U8B的输出端经过电阻R80、电阻R81与芯片U7A的正极输入端相连的同时经过电容C32接地，芯片U7A的负极输入端经过电阻R83接地的同时经过电阻R82y与U7B的正极输入端相连，芯片U7A的正极端与正电源相连的同时经过电容C28接地，芯片U7A的负极端与负电源相连的同时经过电容C33接地，芯片U7A的输出端与芯片U7B的正极输入端相连，电阻R80经过电容C31与U7B的正极输入端相连；U7B的负极输入端及U7B的输出端与IOA相连，芯片U7B的正极端与正电源相连的同时经过电容C28接地，芯片U7B的负极端与负电源相连的同时经过电容C33接地。
本发明的有益效果是：
1.设计方法成本低、精度高且操作简单。
2.无需高稳定的固定供电电压，适用范围广。
3.输出电压和电流由MCU输出信号精确控制，电压电流输出范围宽，谐波失真小。
附图说明
图1是本发明的三相程控源一种主视图。
图2是本发明的输出信号直流分量处理电路。
图3是本发明的电压电流信号控制电路。
图中1壳体,2显示屏，3RS232接口，4以太网接口，5控制按钮。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种基于D类功放的三相程控源，如图1所示，包括壳体组件，壳体组件内部设有输出信号直流分量处理电路和电压电流信号控制电路。壳体组件包括壳体1，所述壳体1上设有显示屏2、RS232接口3、以太网接口4和若干控制按钮5。显示屏用于显示三相程控源工作状态，控制按钮用于实现对电流、电压、相位、频率、功率表的试验和检定的控制。
如图2所示，输出信号直流分量处理电路包含一个积分电路和一个减法器电路。积分电路与D类数字功放芯片输出端A_VOUT相连，输出端A_VOUT经过电阻R1、电阻R5接地的同时，经过电阻R1、电阻R2与芯片U4A的引脚2相连，同时电阻R2经过电容C10与电阻R4相连，芯片U4A的引脚1经过电阻R4与减法器电路相连，芯片U4A的引脚3接地，芯片U4A的引脚4与负电源相连的同时经过电容C8接地，芯片U4A的引脚8与正电源相连的同时经过电容C6接地。
减法器电路包括芯片U5B，芯片U5B的引脚5与积分电路输出端相连，芯片U5B的引脚6经过电阻R19接地，芯片U5B的引脚4与负电源相连，芯片U5B的引脚7输出的同时经过电阻R20、电阻R19接地，芯片U5B的引脚8与正电源相连。
输出信号直流分量处理电路还包括芯片U5A，芯片U5A的引脚1经过电阻R15与芯片U5B的引脚5相连，芯片U5A的引脚2经过电阻R17与输入端相连，同时经过电阻R18与芯片U5A的引脚1相连，芯片U5A的引脚3与输入端相连，芯片U5A的引脚4与负电源相连的同时经过电容C20接地，芯片U5A的引脚8与与正电源相连的同时经过电容C11接地。
如图3所示，电压电流信号控制电路包括正弦波电路、正弦波中心点平移电路和低通滤波电路。正弦波电路输入端与MCU输出端相连，MCU输出的PWM波形PWM_IOA经过N沟道MOS管Q26、电阻R182与正弦波中心点平移电路的输入端相连，芯片U54一端接地，另一端经过电阻R280与正电源相连。
正弦波中心点平移电路包括芯片U8B，所述芯片U8B的正极输入端与正弦波电路输出端相连，芯片U8B的负极输入端经过电阻R84与正极相连，同时经过电阻R85与电阻R80相连，芯片U8B的正极端与正电源相连的同时经过电容C112接地，芯片U8B的负极端与负电源相连的同时经过电容C113接地，芯片U8B的输出端与低通滤波电路相连。
低通滤波电路包括芯片U7A，芯片U8B的输出端经过电阻R80、电阻R81与芯片U7A的正极输入端相连的同时经过电容C32接地，芯片U7A的负极输入端经过电阻R83接地的同时经过电阻R82y与U7B的正极输入端相连，芯片U7A的正极端与正电源相连的同时经过电容C28接地，芯片U7A的负极端与负电源相连的同时经过电容C33接地，芯片U7A的输出端与芯片U7B的正极输入端相连，电阻R80经过电容C31与U7B的正极输入端相连；U7B的负极输入端及U7B的输出端与IOA相连，芯片U7B的正极端与正电源相连的同时经过电容C28接地，芯片U7B的负极端与负电源相连的同时经过电容C33接地。
工作时，A_VOUT是D类数字功放芯片输出的波形，其中含有芯片引起的直流分量，靠这个积分电路滤除，由理想运算放大器的虚短、虚断性质得，(vi-0)/R＝dQ/dt＝C*d(0-vo)/dt,所以vo＝-1/(RC)∫vdt；再使原始信号加上反馈信号，由于是负号，所以其实是减法器，即原始信号减去vo信号，即直流分量被去除。
MCU产生PWM信号，由PWM信号来控制正弦波信号，将正弦波信号通过中心点平移形成正负电压的正弦波信号，低通滤波器滤除高频信号得到需要的正弦波信号。PWM_IOA是MCU输出的PWM波形，通过N沟道MOS管Q26的不断导通产生正弦波信号；正弦波中心点平移电路，由理想运算放大器的虚短、虚断性质得，Vout＝2Vin-2.5v，从而实现正弦波的中心点平移；低通滤波电路的截止频率为Fc＝1/(2PI*R80*C31)＝1/(2*3.1415926*3.3K*33nf)＝1461.5Hz，常态下正弦波频率是50Hz，考虑到20次谐波，将截止频率设置为1461.5Hz。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了积分电路、控制电路、芯片等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种基于D类功放的三相程控源，包括壳体组件，其特征在于，所述壳体组件内部设有输出信号直流分量处理电路和电压电流信号控制电路，所述输出信号直流分量处理电路包含一个积分电路和一个减法器电路，还包括芯片U5A，芯片U5A的引脚1经过电阻R15与芯片U5B的引脚5相连，芯片U5A的引脚2经过电阻R17与输入端相连，同时经过电阻R18与芯片U5A的引脚1相连，芯片U5A的引脚3与输入端相连，芯片U5A的引脚4与负电源相连的同时经过电容C20接地，芯片U5A的引脚8与正电源相连的同时经过电容C11接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于D类功放的三相程控源，其特征在于，所述壳体组件包括壳体(1)，所述壳体(1)上设有显示屏(2)、RS232接口(3)、以太网接口(4)和若干控制按钮(5)。
3.根据权利要求1所述的一种基于D类功放的三相程控源，其特征在于，所述积分电路与D类数字功放芯片输出端A_VOUT相连，输出端A_VOUT经过电阻R1、电阻R5接地的同时，经过电阻R1、电阻R2与芯片U4A的引脚2相连，同时电阻R2经过电容C10与电阻R4相连，芯片U4A的引脚1经过电阻R4与减法器电路相连，芯片U4A的引脚3接地，芯片U4A的引脚4与负电源相连的同时经过电容C8接地，芯片U4A的引脚8与正电源相连的同时经过电容C6接地。
4.根据权利要求3所述的一种基于D类功放的三相程控源，其特征在于，所述减法器电路包括芯片U5B，芯片U5B的引脚5与积分电路输出端相连，芯片U5B的引脚6经过电阻R19接地，芯片U5B的引脚4与负电源相连，芯片U5B的引脚7输出的同时经过电阻R20、电阻R19接地，芯片U5B的引脚8与正电源相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于D类功放的三相程控源，其特征在于，所述电压电流信号控制电路包括正弦波电路、正弦波中心点平移电路和低通滤波电路。
6.根据权利要求5所述的一种基于D类功放的三相程控源，其特征在于，所述正弦波电路输入端与MCU输出端相连，MCU输出的PWM波形PWM_IOA经过N沟道MOS管Q26、电阻R182与正弦波中心点平移电路的输入端相连，芯片U54一端接地，另一端经过电阻R280与正电源相连。
7.根据权利要求6所述的一种基于D类功放的三相程控源，其特征在于，所述正弦波中心点平移电路包括芯片U8B，所述芯片U8B的正极输入端与正弦波电路输出端相连，芯片U8B的负极输入端经过电阻R84与正极相连，同时经过电阻R85与电阻R80相连，芯片U8B的正极端与正电源相连的同时经过电容C112接地，芯片U8B的负极端与负电源相连的同时经过电容C113接地，芯片U8B的输出端与低通滤波电路相连。
8.根据权利要求7所述的一种基于D类功放的三相程控源，其特征在于，所述低通滤波电路包括芯片U7A，芯片U8B的输出端经过电阻R80、电阻R81与芯片U7A的正极输入端相连的同时经过电容C32接地，芯片U7A的负极输入端经过电阻R83接地的同时经过电阻R82y与U7B的正极输入端相连，芯片U7A的正极端与正电源相连的同时经过电容C28接地，芯片U7A的负极端与负电源相连的同时经过电容C33接地，芯片U7A的输出端与芯片U7B的正极输入端相连，电阻R80经过电容C31与U7B的正极输入端相连；U7B的负极输入端及U7B的输出端与IOA相连，芯片U7B的正极端与正电源相连的同时经过电容C28接地，芯片U7B的负极端与负电源相连的同时经过电容C33接地。
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