CN114062741B - 一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法，本发明包括：处理器单元、隔离驱动单元、MOS驱动单元、恒流负载单元、稳压单元、过热保护单元；所述隔离驱动单元、处理器单元、温度采集单元由直流电源供电；所述处理器单元通过导线与隔离驱动单元电性输入连接，所述隔离驱动单元通过导线与MOS驱动单元电性输入连接，所述MOS驱动单元通过导线与稳压单元电性输出连接，所述MOS驱动单元通过导线与所述恒流负载单元电性输入连接，所述过热保护单元通过PCB耦合方式与恒流负载单元连接。本发明通过处理器单元控制驱动单元，从而控制恒流负载单元产生方波包络特性的具备特征频率的可实现低压台区采集设备拓扑关系识别的微小拓扑信号。

Description

一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法

技术领域

本发明涉及拓扑信号技术领域，尤其涉及一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法。

背景技术

拓扑识别技术是推进数据化配电网建设的必要技术基础。拓扑识别技术包括大数据法和信号注入法，其中信号注入法的实现包括两个部分，一是拓扑信号解析，二是拓扑信号发生。本发明属于信号注入法中拓扑信号的发生，现有的拓扑信号发生方法主要是采用工频畸变法和恒阻调制法，例如公开号为CN113114304A公开的一种基于载波通信的拓扑信号产生方法，网关终端通过载波通信向拓扑信号识别装置和拓扑信号发生装置发送拓扑信号产生指令，拓扑信号发生装置根据网关终端发送的指令产生拓扑信号，产生的拓扑信号为电流信号，即是采用工频畸变法，在工频电力线上控制投切负载生产几十安培的特征电流；例如公开号为CN113113911A公开的一种具备拓扑识别功能的智能量测开关及拓扑识别方法，采用拓扑是被电流发生模块产生拓扑识别电流信号，计量模块采集拓扑识别电流信号并进行分析以得到对应所处拓扑位置，最终得到低压配电网拓扑结构，并实时在线监测配电网拓扑结构的变化，即是采用恒阻调制法，在工频电力线上PWM控制投切阻性负载，产生正弦包络的特征电流，该方法产生的拓扑电流随工频电压波动而变化。

目前，在用户多的重载地区，电路复杂且拓扑信号的发生极易受工频电压波动的影响，信号不稳定，影响载波通讯；且拓扑信号发送装置在工作时，易造成温升，导致电路损坏以及信号通讯不稳。

发明内容

本发明旨在解决现有拓扑信号的发生极易受工频电压波动影响造成信号不稳，且不具备过热保护的问题，提供一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法，能够在工频电力线发生特征频率具备编码信息的拓扑信号，且拓扑信号为幅值恒定的方波包络，不受工频电压波动的影响，频率可设定，同时，具备过热保护的功能，实现闭环控制，信号更稳定。

为实现上述目的，本发明提供一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法，其中，所述方波包络型微小拓扑信号发生系统包括：处理器单元、隔离驱动单元、MOS驱动单元、恒流负载单元、稳压单元、过热保护单元；

所述隔离驱动单元、处理器单元、温度采集单元由直流电源供电；

所述处理器单元通过导线与隔离驱动单元电性输入连接，所述隔离驱动单元通过导线与MOS驱动单元电性输入连接，所述MOS驱动单元通过导线与稳压单元电性输出连接，所述MOS驱动单元通过导线与所述恒流负载单元电性输入连接，所述过热保护单元通过PCB耦合方式与恒流负载单元连接。

进一步地，所述处理器单元包括处理器D1；

所述处理器D1的11引脚接上电复位电路；

所述处理器D1的14、15引脚接时钟电路；

所述处理器D1的6、7、13引脚接滤波电路；

所述处理器D1的12、24引脚与隔离驱动单元连接；

所述处理器D1的17、18引脚与温度采集单元连接。

进一步地，所述上电复位电路包括：第一电阻R5和第一电容C1，所述处理器D1的11引脚分别与第一电阻R5和第一电容C1的一端连接，所述第一电阻R5的另一端与直流电源连接，所述第一电容C1的另一端接地。

进一步地，所述时钟电路包括：第一晶振XL1、第一负载电容C6和第二负载电容C7；所述处理器D1的14、15引脚分别与所述第一晶振XL1的两端连接，所述第一负载电容C6的一端与第一晶振XL1的一端连接，所述第一负载电容C6的另一端接地；所述第二负载电容C7的一端与第一晶振XL1的另一端连接，所述第二负载电容C7的另一端接地。

进一步地，所述滤波电路包括：第一滤波电容C5，所述第一滤波电容C5的一端与处理器D1的7引脚连接，所述第一滤波电容C5的另一端接地。

进一步地，所述隔离驱动单元包括第一开关管VT3、保护电路、受控电源电路和第一光耦D2；

所述第一开关管VT3为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与保护电路连接，所述NPN三级管的发射极接地，所述NPN三极管的集电极与第一光耦D2的2引脚连接；

所述第一光耦D2的1引脚接受控电源电路，所述第一光耦D2的3引脚与MOS驱动单元连接，所述第一光耦D2的4引脚与稳压单元连接。

进一步地，所述受控电源电路包括：第二开关管V1、第一上拉电阻R2、第二限流电阻R8和第三限流电阻R3；

所述第二开关管V1为PMOS管，所述PMOS管的源极与第三限流电阻R3的一端连接，所述第三限流电阻R3的另一端接直流电源；所述PMOS管的漏极与第一光耦D2的1引脚连接；所述PMOS管的栅极分别与第一上拉电阻R2和第二限流电阻R8的一端连接，所述第一上拉电阻R2的另一端接直流电源，所述第二限流电阻R8的另一端接处理器D1的12引脚。

进一步地，所述保护电路包括：第一下拉电阻R13、第一隔直电容C4、第二下拉电阻R14和第一限流电阻R11；

所述第一隔直电容C4的一端与处理器D1的24引脚连接，所述第一隔直电容C4的一端与第一下拉电阻R13的一端连接，所述第一下拉电阻R13的另一端接地；所述第一隔直电容C4的另一端与第二下拉电阻R14的一端连接，所述第二下拉电阻R14的另一端接地；所述第一隔直电容C4的另一端与第一限流电阻R11连接，所述第一限流电阻R11的另一端与第一开关管VT3的基极连接。

进一步地，所述MOS驱动单元包括第三开关管VT2、第四开关管VT4和MOS加速驱动电路；

所述第三开关管VT2为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与第四限流电阻R9的一端连接，所述NPN三极管的集电极与稳压单元连接，所述NPN三极管的发射极分别与第四开关管和MOS加速驱动电路的一端连接，所述MOS加速驱动电路的另一端与恒流负载单元连接；

所述第四开关管VT4为PNP三极管，所述PNP三极管的发射极与NPN三极管的发射极连接，所述PNP集电极接地，所述PNP三极管的基极与第五限流电阻R12的一端连接，所述第五限流电阻R12的另一端与第四限流电阻R9的另一端连接，所述第五限流电阻R12的另一端与第三下拉电阻R15的一端连接，所述第三下拉电阻R15的另一端接地；

进一步地，所述MOS加速驱动电路包括：第一晶体二极管D3、第六限流电阻R10和第七限流电阻R17；

所述第一晶体二极管D3的一端与第三开关管VT2的一端连接，所述第一晶体二极管D3的另一端与第七限流电阻R17的一端连接，所述第七限流电阻R17的另一端与第六开关管的一端连接；所述第六电流电阻的一端与第三开关管VT2的一端连接，所述第六电流电阻的另一端与第六开关管的一端连接。

进一步地，所述恒流负载单元包括第六开关管Q1；

所述第六开关管Q1为NMOS管，所述NMOS管的栅极与MOS驱动单元连接，所述NMOS管的源极与稳压单元连接，所述NMOS管的漏极与第一反馈电阻R16的一端连接，所述第一反馈电阻R16的另一端接地。

进一步地，所述稳压单元包括第五开关管VT1；

所述第五开关管VT1为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与稳压二极管V2的一端连接，所述稳压二极管V2的另一端接地；所述NPN三极管的发射极分别与隔离驱动单元、MOS驱动单元以及储能电容C2的一端连接，所述储能电容C2的另一端接地；所述NPN三极管的集电极分别与第八限流电阻R4、第九限流电阻R1以及第一滤波电容C3的一端连接，所述第八限流电阻R4的另一端与NPN三极管的基极连接，所述第九限流电阻R1的另一端与恒流负载单元连接，所述第一滤波电容C3的另一端接地。

进一步地，所述过热保护单元包括温度采集芯片U1、第二上拉电阻R6、第三上拉电阻R7；

所述温度采集芯片U1的1引脚接直流电源；

所述温度采集芯片U1的2、3引脚接处理器单元；

所述温度采集芯片U1的4引脚接地；

所述第二上拉电阻R6的一端与温度采集芯片U1的3引脚连接，另一端接直流电源；

所述第三上拉电阻R7的一端与温度采集芯片U1的2引脚连接，另一端接直流电源。

进一步地，所述方波包络型微小拓扑信号发生系统还包括整流单元；

所述整流单元包括整流桥BR1，所述整流桥BR1的1、2引脚与交流电源连接，所述整流桥BR1的3引脚与稳压单元连接，所述整流桥BR1的4引脚接地。

进一步地，所述的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统的发生方法，包括以下步骤：

S1、所述处理器单元产生特征频率的PWM弱电信号；

S2、所述隔离驱动单元接收所述PWM弱电信号，将所述PWM信号进行弱电到强电的转换，得到PWM转换信号；

S3、所述MOS驱动单元接收S2中的PWM转换信号，输出至恒流负载单元，并驱动所述恒流负载单元；

S4、所述恒流负载单元接收S3中的PWM转换信号，并进行处理，最终得到能够在工频电力线上发生周期性变化的方波包络型拓扑信号。

本发明的上述技术方案中，该方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法包括：处理器单元、隔离驱动单元、MOS驱动单元、恒流负载单元、稳压单元、过热保护单元；所述隔离驱动单元、处理器单元、温度采集单元由直流电源供电；所述处理器单元通过导线与隔离驱动单元电性输入连接，所述隔离驱动单元通过导线与MOS驱动单元电性输入连接，所述MOS驱动单元通过导线与稳压单元电性输出连接，所述MOS驱动单元通过导线与所述恒流负载单元电性输入连接，所述过热保护单元通过PCB耦合方式与恒流负载单元连接。本发明通过该系统可实现当交流电源波动时，所述恒流负载单元第六开关管Q1工作在恒流区，恒流负载单元所产生的拓扑信号的电流幅值恒定不变。

在本发明中，所述方波包络型微小拓扑信号发生系统内自带过热保护单元，具备温度采集和反馈的功能，当恒流负载单元连续工作导致发热超过设定的高温阀值时，自动关闭电路，保证系统的安全运行。

在本发明中，在用户多的重载地区，通过恒流负载单元产生方波包络型拓扑信号，可实现电压在宽范围内都能实现拓扑信号幅值的恒定，不受工频电压波动的影响。

在本发明中，所述方波包络型微小拓扑信号发生系统内各单元之间形成闭环控制，所产生的拓扑信号更稳定，工作更可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法的电路原理图；

图3为本发明实施例提供的过热保护单元过热保护的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1，根据本发明的一方面，本发明提供一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法，其中，一种方波包络型微小拓扑信号发生系统包括：处理器单元、隔离驱动单元、MOS驱动单元、恒流负载单元、稳压单元、过热保护单元；所述隔离驱动单元、处理器单元、温度采集单元由直流电源供电；所述处理器单元通过导线与隔离驱动单元电性输入连接，所述隔离驱动单元通过导线与MOS驱动单元电性输入连接，所述MOS驱动单元通过导线与稳压单元电性输出连接，所述MOS驱动单元通过导线与所述恒流负载单元电性输入连接，所述过热保护单元通过PCB耦合方式与恒流负载单元连接。

具体地，在本实施例中，所述处理器单元包括处理器D1；所述处理器D1采用低功耗的MSP430F253处理器；所述处理器D1的11引脚接上电复位电路；所述上电复位电路包括：第一电阻R5和第一电容C1，所述处理器D1的11引脚分别与第一电阻R5和第一电容C1的一端连接，所述第一电阻R5的另一端与直流电源连接，所述第一电容C1的另一端接地。当所述处理器单元通电时，第一电容C1两端相当于短路，处理器D1的11引脚为RST引脚，所述RST引脚为高电平，电源通过第一电阻R5对第一电容C1充电，RST引脚电压慢慢下降为低电平，处理器单元正常工作，即实现处理器上电复位的功能。

具体地，在本实施例中，所述处理器D1的14、15引脚接时钟电路；所述时钟电路包括：第一晶振XL1、第一负载电容C6和第二负载电容C7；所述处理器D1的14、15引脚分别与所述第一晶振XL1的两端连接，所述第一负载电容C6的一端与第一晶振XL1的一端连接，所述第一负载电容C6的另一端接地；所述第二负载电容C7的一端与第一晶振XL1的另一端连接，所述第二负载电容C7的另一端接地。通过所述时钟电路为处理器D1提高外部时钟，提供高频脉冲，经过分频处理后，成为处理器D1外部时钟，作为各单元协调工作的控制信号，如果没有所述时钟电路来产生时钟驱动处理器D1，则无法完成工作。

具体地，在本实施例中，所述处理器D1的6、7、13引脚接滤波电路；所述滤波电路包括：第一滤波电容C5，所述第一滤波电容C5的一端与处理器D1的7引脚连接，所述第一滤波电容C5的另一端接地。所述滤波电路用于滤除电源的高频噪声，保证电源稳定。

具体地，在本实施例中，所述处理器D1的12、24引脚与隔离驱动单元连接；所述处理器单元通过产生特征频率的PWM信号，控制所述隔离驱动单元；所述处理器D1的17、18引脚与温度采集单元连接，所述处理器D1的17、18引脚形成IIC接口，通过所述IIC接口与过热保护单元连接，通过所述过热保护单元定时采集系统温度并反馈至所述处理器D1，以实现过热保护的功能。

具体地，在本实施例中，所述隔离驱动单元包括第一开关管VT3、保护电路、受控电源电路和第一光耦D2；所述第一开关管VT3为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与保护电路连接，所述NPN三级管的发射极接地，所述NPN三极管的集电极与第一光耦D2的2引脚连接；所述第一光耦D2的1引脚接受控电源电路，所述第一光耦D2的3引脚与MOS驱动单元连接，所述第一光耦D2的4引脚与稳压单元连接，所述处理器单元处于弱电系统，所述恒流负载单元处于强电系统，通过所述隔离驱动单元将接收的PWM信号进行弱电压到强电压的转化，实现弱电电路到强电电路的转换与衔接。

具体地，在本实施例中，所述受控电源电路包括：第二开关管V1、第一上拉电阻R2、第二限流电阻R8和第三限流电阻R3；所述第二开关管V1为PMOS管，所述PMOS管的源极与第三限流电阻R3的一端连接，所述第三限流电阻R3的另一端接直流电源；所述PMOS管的漏极与第一光耦D2的1引脚连接；所述PMOS管的栅极分别与第一上拉电阻R2和第二限流电阻R8的一端连接，所述第一上拉电阻R2的另一端接直流电源，所述第二限流电阻R8的另一端接处理器D1的12引脚。通过所述第二开关管V1、第一上拉电阻R2、第二限流电阻R8和第三限流电阻R3组成受控电源，提高系统在非工作状态时的抗干扰能力。所述处理器D1的12引脚为GPIO引脚，所述处理器D1通过GPIO引脚与受控电源电路连接，用于控制所述隔离驱动单元电源的开启和关闭。通过所述受控电源电路可实现电路的双重保护，处理器单元产生具有特征频率的PWM信号，只有在受控电源电路处于正常工作状态时，PWM信号才会有效，防止处理器单元进入异常状态，从而产生误动作，误触发产生拓扑信号，。

具体地，在本实施例中，所述保护电路包括：第一下拉电阻R13、第一隔直电容C4、第二下拉电阻R14和第一限流电阻R11；所述第一隔直电容C4的一端与处理器D1的24引脚连接，所述第一隔直电容C4可防止在处理器单元出现异常或死机时，误触发拓扑信号；所述第一隔直电容C4的一端与第一下拉电阻R13的一端连接，所述第一下拉电阻R13的另一端接地；所述第一隔直电容C4的另一端与第二下拉电阻R14的一端连接，所述第二下拉电阻R14的另一端接地，通过所述第一下拉电阻R13和第二下拉电阻R14可保证电路在不受控的情况下，有一个稳定的低电平；所述第一隔直电容C4的另一端与第一限流电阻R11连接，所述第一限流电阻R11的另一端与第一开关管VT3的基极连接，所述第一限流电阻R11起保护电路作用，防止电流过大而损害电路元件。通过所述保护电路可避免各电路在异常状况下，造成电路的损害以及信号的异常。

具体地，在本实施例中，所述MOS驱动单元包括第三开关管VT2、第四开关管VT4和MOS加速驱动电路；所述第三开关管VT2为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与第四限流电阻R9的一端连接，所述NPN三极管的集电极与稳压单元连接，所述NPN三极管的发射极分别与第四开关管和MOS加速驱动电路的一端连接，所述MOS加速驱动电路的另一端与恒流负载单元连接；所述第四开关管VT4为PNP三极管，所述PNP三极管的发射极与NPN三极管的发射极连接，所述PNP集电极接地，所述PNP三极管的基极与第五限流电阻R12的一端连接，所述第五限流电阻R12的另一端与第四限流电阻R9的另一端连接，所述第五限流电阻R12的另一端与第三下拉电阻R15的一端连接，所述第三下拉电阻R15的另一端接地，通过所述MOS驱动单元驱动所述恒流负载单元进行PWM信号的接收与处理，最终产生具有特征频率的方波包络性微小拓扑信号。

具体地，在本实施例中，所述MOS加速驱动电路包括：第一晶体二极管D3、第六限流电阻R10和第七限流电阻R17；所述第一晶体二极管D3的一端与第三开关管VT2的一端连接，所述第一晶体二极管D3的另一端与第七限流电阻R17的一端连接，所述第七限流电阻R17的另一端与第六开关管的一端连接；所述第六电流电阻的一端与第三开关管VT2的一端连接，所述第六电流电阻的另一端与第六开关管的一端连接。通过所述MOS加速驱动电路可实现MOS驱动单元的快速开启或关闭，以得到更高的频率响应，同时加速驱动所述恒流负载单元第六开关管Q1开关切换的时间。

具体地，在本实施例中，所述恒流负载单元包括第六开关管Q1；所述第六开关管Q1为NMOS管，所述NMOS管的栅极与MOS驱动单元连接，所述NMOS管的源极与稳压单元连接，所述NMOS管的漏极与第一反馈电阻R16的一端连接，所述第一反馈电阻R16的另一端接地。当所述MOS驱动单元输出高电平时，通过所述第一反馈电阻R16在工频电力线上动作，所述第六开关管Q1进入恒流状态从而产生具有特征频率的方波包络型微小拓扑信号。

具体地，在本实施例中，所述稳压单元包括第五开关管VT1；所述第五开关管VT1为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与稳压二极管V2的一端连接，所述稳压二极管V2的另一端接地；所述NPN三极管的发射极分别与隔离驱动单元、MOS驱动单元以及储能电容C2的一端连接，所述储能电容C2的另一端接地，所述储能电容C2在工频过零点附近为第五开关管VT1提供工作电源，所述储能电容C2保证在电源波动的情况下，提供一个稳定的能量；所述NPN三极管的集电极分别与第八限流电阻R4、第九限流电阻R1以及第一滤波电容C3的一端连接，所述第八限流电阻R4的另一端与NPN三极管的基极连接，所述第九限流电阻R1的另一端与恒流负载单元连接，所述第一滤波电容C3的另一端接地，通过所述第一滤波电容，滤除高频噪声干扰。，通过所述稳压单元，在交流电系统中产生一个稳定的内部直流电源，供MOS驱动单元动作。

具体地，在本实施例中，所述过热保护单元包括温度采集芯片U1、第二上拉电阻R6、第三上拉电阻R7；所述温度采集芯片U1的1引脚接直流电源；所述温度采集芯片U1的2、3引脚接处理器单元；所述温度采集芯片U1的4引脚接地；所述第二上拉电阻R6的一端与温度采集芯片U1的3引脚连接，另一端接直流电源；所述第三上拉电阻R7的一端与温度采集芯片U1的2引脚连接，另一端接直流电源，所述第二上拉电阻R6与第七上拉电阻R7，提高过热保护单元的驱动能力。所述温度采集芯片U1采用MAX31875温度芯片，通过IIC接口与所述处理器单元处理器D1实时通信，用于实时检测该系统的温度，并反馈至所述处理器D1，所述过热保护单元的测温范围在-40℃至145℃，精度为1.75℃，采用贴片封装，所述过热保护单元检测NMOS管Q1的温度，设定高温阀值T，当温度高于T时，处理器D1的12引脚输出高电平，停止发送拓扑信号，自动关闭电路，以实现系统的过热保护功能。

具体地，在本实施例中，参见图3，启动所述处理器单元的时钟电路，所述处理器单元输出PWM信号，经过隔离驱动单元和MOS驱动单元传输至恒流负载单元，过热保护单元通过IIC接口与处理器单元连接，过热保护单元与恒流负载单元PCB耦合方式连接，所述过热保护单元的温度采集芯片U1实时检测高压第六开关管Q1的温度，并通过处理器单元的时钟电路设定时间t，每隔时间t读取恒流负载单元的温度T1，并设定高温阀值T，当温度T1高于T时，处理器D1输出低脉冲的PWM信号，停止产生拓扑信号，以实现系统的过热保护功能。

具体地，在本实施例中，所述方波包络型微小拓扑信号发生系统还包括整流单元；所述整流单元包括整流桥BR1，所述BR1的1引脚为网络N，用于与交流电源零线连接，所述BR1的2引脚为网络L，用于与交流电源火线连接；所述整流桥BR1的3引脚与稳压单元连接，所述整流桥BR1的4引脚接地，交流电源经过所述整流单元整流桥BR1后，输出为脉动直流。

具体地，在本实施例中，所述稳压单元中稳压二极管V2钳位电压为V_Z，所述稳压单元的NPN三极管发射极导通压降为V_BE，稳压单元输出V_DC＝V_Z-V_BE。当整流单元输出脉动直流大于V_Z时，第一滤波电容C3经第九限流电阻R1充电储能，当脉动直流在0至V_Z之间时，第一滤波电容C3放电，因此整个工作过程中，第三开关管VT2一直处于导通状态，稳压单元稳定输出V_DC。

具体地，在本实施例中，当产生拓扑信号时，处理器D1的12引脚输出低电平，控制所述隔离驱动单元第二开关管V1的PMOS管饱和导通，第一光耦D2内部二极管阳极连接到直流电源，此时处理器D1的24引脚输出PWM信号，通过第一隔直电容C4，使得上升沿至高电平第一开关管VT3导通，第一光耦D2内部二极管阴极接地，第一光耦D2内部二极管导通，而在下降沿至低电平第一开关管VT3截止，第一光耦D2截止。

具体地，在本实施例中，当第一光耦D2导通时，第一光耦D2的3引脚为所述MOS驱动单元输出V_DC，此时第三开关管VT2的NPN三极管导通，所述NPN三极管的发射极为所述稳压单元输出V_DC，经第六限流电阻R10驱动所述恒流负载单元第六开关管Q1的NMOS管的导通，经过第一反馈电阻R16，使第六开关管Q1进入恒流状态，所述NMOS管的开启电压为V_Q1gs(th)，此时产生的拓扑信号的电流幅值(V_DC-V_Q1gs(th))/R16，因此所述拓扑信号的幅值为稳定值，不受工频电压波动的影响。

具体地，在本实施例中，本发明提供一种方波包络型微小拓扑信号发生系统及方法，其中，一种方波包络型微小拓扑信号发生方法包括以下步骤：

S1、所述处理器单元产生特征频率的PWM弱电信号；

S2、所述隔离驱动单元接收所述PWM弱电信号，将所述PWM信号进行弱电到强电的转换，得到PWM转换信号；

S3、所述MOS驱动单元接收S2中的PWM转换信号，输出至恒流负载单元，并驱动所述恒流负载单元；

S4、所述恒流负载单元接收S3中的PWM转换信号，并进行处理，最终得到能够在工频电力线上发生周期性变化的方波包络型拓扑信号。

具体地，在本实施例中，所述处理器单元输出高脉冲的PWM弱电信号时，所述隔离驱动单元第一光耦D2导通，MOS驱动单元第三开关管VT2的NPN三极管发射极正偏导通，驱动恒流负载单元第六开关管Q1的NMOS管导通，第一反馈电阻R16产生作用，流过其电流I₁₆增大，当满足下式时第六开关管Q1的NMOS管自动截止，R16×I₁₆＝V_DC-V_Q1gs(th)，式中V_Q1gs(th)为第六开关管Q1NMOS管的开启电压，当交流电源大于稳压单元稳压二极管V2的稳定值V_Z，I₁₆就为恒定值，拓扑电流在数值上与I₁₆相等，因此拓扑电流I₁₆的幅值大小为(V_DC-V_Q1gs(th))/R16。当处理器单元输出低脉冲的PWM弱电信号时，隔离驱动单元第一光耦D2截止，MOS驱动单元第三开关管VT2的NPN三极管发射极截止，恒流负载单元第六开关管Q1截止，第一反馈电阻从电路中脱离，流过其电流为零。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种方波包络型微小拓扑信号发生系统，其特征在于，所述方波包络型微小拓扑信号发生系统包括：处理器单元、隔离驱动单元、MOS驱动单元、恒流负载单元、稳压单元、过热保护单元；

所述隔离驱动单元、处理器单元、温度采集单元与直流电源连接；

所述处理器单元通过导线与隔离驱动单元电性输入连接，所述隔离驱动单元通过导线与MOS驱动单元电性输入连接，所述MOS驱动单元通过导线与稳压单元电性输出连接，所述MOS驱动单元通过导线与所述恒流负载单元电性输入连接，所述过热保护单元通过耦合方式与恒流负载单元连接；

所述恒流负载单元包括第六开关管Q1；

所述第六开关管Q1为NMOS管，所述NMOS管的栅极与MOS驱动单元连接，所述NMOS管的源极与稳压单元连接，所述NMOS管的漏极与第一反馈电阻R16的一端连接，所述第一反馈电阻R16的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统，其特征在于，所述处理器单元包括处理器D1；

所述处理器D1的11引脚接上电复位电路；

所述处理器D1的14、15引脚接时钟电路；

所述处理器D1的6、7、13引脚接滤波电路；

所述处理器D1的12、24引脚与隔离驱动单元连接；

所述处理器D1的17、18引脚与温度采集单元连接。

3.根据权利要求2所述的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统，其特征在于，所述隔离驱动单元包括第一开关管VT3、保护电路、受控电源电路和第一光耦D2；

所述第一开关管VT3为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与保护电路连接，所述NPN三级管的发射极接地，所述NPN三极管的集电极与第一光耦D2的2引脚连接；

所述第一光耦D2的1引脚接受控电源电路，所述第一光耦D2的3引脚与MOS驱动单元连接，所述第一光耦D2的4引脚与稳压单元连接。

4.根据权利要求3所述的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统，其特征在于，所述MOS驱动单元包括第三开关管VT2、第四开关管VT4和MOS加速驱动电路；

所述第三开关管VT2为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与第四限流电阻R9的一端连接，所述NPN三极管的集电极与稳压单元连接，所述NPN三极管的发射极分别与第四开关管和MOS加速驱动电路的一端连接，所述MOS加速驱动电路的另一端与恒流负载单元连接；

所述第四开关管VT4为PNP三极管，所述PNP三极管的发射极与NPN三极管的发射极连接，所述PNP集电极接地，所述PNP三极管的基极与第五限流电阻R12的一端连接，所述第五限流电阻R12的另一端与第四限流电阻R9的另一端连接，所述第五限流电阻R12的另一端与第三下拉电阻R15的一端连接，所述第三下拉电阻R15的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统，其特征在于，所述稳压单元包括第五开关管VT1；

所述第五开关管VT1为NPN三极管，所述NPN三极管的基极与稳压二极管V2的一端连接，所述稳压二极管V2的另一端接地；所述NPN三极管的发射极分别与隔离驱动单元、MOS驱动单元以及储能电容C2的一端连接，所述储能电容C2的另一端接地；所述NPN三极管的集电极分别与第八限流电阻R4、第九限流电阻R1以及第一滤波电容C3的一端连接，所述第八限流电阻R4的另一端与NPN三极管的基极连接，所述第九限流电阻R1的另一端与恒流负载单元连接，所述第一滤波电容C3的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统，其特征在于，所述过热保护单元包括温度采集芯片U1、第二上拉电阻R6、第三上拉电阻R7；

所述温度采集芯片U1的1引脚接直流电源；

所述温度采集芯片U1的2、3引脚接处理器单元；

所述温度采集芯片U1的4引脚接地；

所述第二上拉电阻R6的一端与温度采集芯片U1的3引脚连接，另一端接直流电源；

所述第三上拉电阻R7的一端与温度采集芯片U1的2引脚连接，另一端接直流电源。

7.根据权利要求1所述的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统，其特征在于，所述方波包络型微小拓扑信号发生系统还包括整流单元；

所述整流单元包括整流桥BR1，所述整流桥BR1的1、2引脚与交流电源连接，所述整流桥BR1的3引脚与稳压单元连接，所述整流桥BR1的4引脚接地。

8.一种包括权利要求1-7任意一项所述的一种方波包络型微小拓扑信号发生系统的发生方法，包括以下步骤：

S1、所述处理器单元产生特征频率的PWM弱电信号；

S2、所述隔离驱动单元接收所述PWM弱电信号，将所述PWM信号进行弱电到强电的转换，得到PWM转换信号；

S3、所述MOS驱动单元接收S2中的PWM转换信号，输出至恒流负载单元，并驱动所述恒流负载单元；

S4、所述恒流负载单元接收S3中的PWM转换信号，并进行处理，最终得到能够在工频电力线上发生周期性变化的方波包络型拓扑信号。

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