CN205792195U - 一种用于ct取电电源的占空比控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于CT取电电源的占空比控制电路，它包括PWM电路，输入电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路的输出端与微控制器的模拟量输入端导线连接，微控制器的输出端与PWM电路的开关控制端导线连接；解决现有技术采用高压取电存在所取能量没有办法送到低压端，在使用上受到了很多限制和从架空防雷地线上获取能量存在的不稳定及能量偏弱，增加功率得增加取电铁芯的重量影响输电线路安全，以及CT工作在交流电中，电源本身波动大，且整流电容的储能作用是控制系统时间常数很大，目前的常用算法，如扰动观察法、电导增量法、模糊逻辑控制法等，在CT取电技术中存在各种不足，存在要么系统复杂，硬件要求高，要么跟踪慢、扰动大等技术问题等技术问题。

Description

一种用于CT取电电源的占空比控制电路

技术领域

本实用新型属于PWM开关电源效率控制技术，尤其涉及一种用于CT取电电源的占空比控制电路。

背景技术

目前，在输电线路在线监测中设备的供电一直是一个较为棘手的问题，常规情况下采用的是光伏取电或风能取电，但是这两种取电方式极易受到外部环境的影响，特别是在冬天，长时间的阴天雪天都会大大降低上述电源的取电能力，产生较大的人力和维护成本，因此从电力线本身取电是目前解决在线监测供电设备的一个主要思路。从电流线本身取电有两种途径，一是高压取能，二是从架空防雷地线上获取能量。从高压线取能目前已经比较成熟，但是由于所取能量没有办法送到低压端，所以使用上受到了很多限制。因而地线取能装置成为了解决目前输电线路在线监测设备供电问题的一种新的思路，虽然从大的原理上看，地线耦合取能和高压耦合取能在原理上有相似之处，但是高压耦合取能由于安装在输电线上，而输电线上的电流一般都在40至50A以上，因此对于高压取能技术来讲，考虑的主要不是取电效率问题，而是如何设备在大电流情况下的安全工作问题。但是地线取能则恰恰相反，由于地线上的感应电流属于二次感应，很少有超过40A的地线电流，大部分时间地线电流只有10A左右，因此通过取电铁芯感应出的感应电有几个特点：一是不稳定，而是能量偏弱。因此，要想从如此小的地线电流中取出较大的可用功率采用增加取电铁芯的重量，理论上讲在同样的地线电流条件下，铁芯总量增加一倍输出功率增加一倍，但是这样会增加地线的承重，对输电线路的安全可能造成负面影响，因此铁芯的重量必须控制在一定的范围，而且CT工作在交流电中，电源本身波动大，且整流电容的储能作用是控制系统时间常数很大，目前的常用算法，如扰动观察法、电导增量法、模糊逻辑控制法等，在CT取电技术中存在各种不足，存在要么系统复杂，硬件要求高，要么跟踪慢、扰动大等技术问题。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种用于CT取电电源的占空比控制电路，以解决现有技术采用高压取电存在所取能量没有办法送到低压端，在使用上受到了很多限制和从架空防雷地线上获取能量存在的不稳定及能量偏弱，增加功率得增加取电铁芯的重量影响输电线路安全，以及CT工作在交流电中，电源本身波动大，且整流电容的储能作用是控制系统时间常数很大，目前的常用算法，如扰动观察法、电导增量法、模糊逻辑控制法等，在CT取电技术中存在各种不足，存在要么系统复杂，硬件要求高，要么跟踪慢、扰动大等技术问题等技术问题。

本实用新型技术方案：

一种用于CT取电电源的占空比控制电路，它包括PWM电路，输入电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路的输出端与微控制器的模拟量输入端导线连接，微控制器的输出端与PWM电路的开关控制端导线连接。

输出电流采样电路包括采样电阻R和两级运算放大器，第一级放大器与其外围电阻构成采样和放大电路，第二级放大器采用射极跟随器电路结构。

PWM电路为具有buck功能的PWM电路。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的主要用于PWM开关电源效率控制，使电源设备在任何输入、输出参数变化的情况下，通过对PWM的占空比的控制，使负荷能从电源获取最大功率，即完成最大功率点跟踪(MPPT)功能。而算法中采用考虑CT取电的特点引入的斜率/步长折算系数C，使MPPT成功用于CT取电，较以往的功率微扰法的固定步长跟踪，具有更快的跟踪速度和精度。

它适合供电电源功率受限突出而波动频繁，输出负载近似恒压(蓄电池浮充备用)的应用环境。

本实用新型采样BUCK性能的PWM电路，其开关控制脚的开闭受到微控制器的控制；微控制器通过输出电流采样电路和输出电压采样电路实时测量电源的输出功率，同时通过输入电压采样电路实时检测输入电压的变化，当输入电压值小于设定值时，微控制器控制PWM电路开关控制角降低PWM电路打开时间的占空比，降低输出平均电流值已达到降低电源的输出功率的目的，当输入电压回升后，微控制器又通过提高PWM的输出占空比达到提升输出功率的目的，输出控制的调整都控制在微秒级，因而可以动态调整电路的输入和输出间的匹配。

同时通过输出电压和输出电流的测量可以判断输出是否出现了过流现象，当输出电压降低到一定值，同时出现输出电流的上升，则微控制器会通过调节PWM开关控制平均输出电流。从而实现输出短路的保护。

解决了现有技术采用高压取电存在所取能量没有办法送到低压端，在使用上受到了很多限制和从架空防雷地线上获取能量存在的不稳定及能量偏弱，增加功率得增加取电铁芯的重量影响输电线路安全，以及CT工作在交流电中，电源本身波动大，且整流电容的储能作用是控制系统时间常数很大，目前的常用算法，如扰动观察法、电导增量法、模糊逻辑控制法等，在CT取电技术中存在各种不足，存在要么系统复杂，硬件要求高，要么跟踪慢、扰动大等技术问题等技术问题。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型功率占空比特性曲线示意图；

图3为本实用新型实施例电路结构示意图。

具体实施方式：

一种用于CT取电电源的占空比控制电路，它包括PWM电路，输入电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路的输出端与微控制器的模拟量输入端导线连接，微控制器的输出端与PWM电路的开关控制端导线连接。

输出电流采样电路包括采样电阻R和两级运算放大器，第一级放大器与其外围电阻构成采样和放大电路，第二级放大器采用射极跟随器电路结构。

PWM电路为具有buck功能的PWM电路。

具有BUCK功能的PWM电路的输出开关控制脚接到微控制器的一个输出口，微控制器通过输入电压采样电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路获取电路的输入电压Vin、输出电压Vout、输出电流Iout。通过监测输入电压的变化和输出功率的变化调节PWM的开关频率，从而实现输入输出的匹配。

通过分别采集PWM电路的输出电压和输出电流，微控制器通过输出电流和输出电压值进行判断，当输出电流大于输出限值时，微控制器会自动调节PWM的开关占空比，减少平均输出电流。此外，当输出电压低于其电压设定值的下限也会触发微控制器自动调整PWM的输出占空比，当输出电压完全为0时，微控制器就的开闭占空比可以达到1:99,使得输出平均电流降到0点附近，从而达到了输出短路保护的目的。当输出端的短路现象消失后，Vout端电压恢复，微控制器对PWM的控制又自动回复到功率跟随的正常状态。

输出电流采样电路由采样电阻和两级运算放大器组成，其中第一级放大器与其外围电阻构成采样和放大功能，第二级放大器采用射极跟随器电路结构，保证微控制器A/D采样输入的高阻抗。提高了电流信号的采样精度和线性范围。

一种用于CT取电电源的占空比控制电路的占空比控制方法，它包括：

步骤1、设PWM的第n次调节前的占空比为D(n‐1)、PWM输出功率为P(n‐1)，第n

次调节给出的占空比为D(n)，PWM的输出功率为Pn；

步骤2、计算前两次调节的功率增量ΔP(n)＝P(n)‐P(n‐1)；

步骤3、计算前两次调节的占空比增量ΔD(n)＝D(n)‐D(n‐1)；

步骤4、计算前两次调节点的功率占空比曲线斜率K(n)＝ΔP(n)/ΔD(n)；

步骤5、计算出下一步占空比增量ΔD(n+1)＝C*K(n)，式中C为折算系数；

步骤6、计算出下一步调节(n+1次)的占空比输出值D(n+1)＝D(n)+ΔD(n+1)。

因为在单调曲线的任一点斜率的极性，总是趋向极值点方向，以此作增量调整占空比，总能使工作点向最大功率点靠近移动。

在n+1次调节后又可获得响应功率，据上述算法便可获得继后调节值，使占空比始终往获得最大功率方向调整，无论任何参数变化，都能是实现最大功率跟踪。

另外占空比增量计算即调节的步长正比功率变化的斜率，这既提高了跟踪的速度，又提高了跟踪的精度。

上述算法可通过编程实现，程序初始化后可设P(0)＝0,D(0)＝0,D(1)＝Co(占空比初值)，输出Co后，就可进入控制循环。

具体调节见图2所示：设在第n次调整前，PWM的占空比为D(n‐1)，PWM对应此看空比的输出功率为P(n‐1)，第n次调整给出的占空比为D(n)，PWM的输出响应功率为P(n)。此调节产生使功率曲线工作点从P(n‐1)移到P(n)。这段曲线的斜率为负，经折算系数获得一个占空比调节负增量，使工作点向最大功率点Pm左移。

当工作点接近Pm时，斜率近零，其调整的增量近零。

任何运行参数的变化都会使工作点偏离Pm，而经算法调整，工作点总是向Pm逐步靠近。

本实施例通过具体的电路结构对本实用新型技术方案进一步解释说明：

见图3：

在本实例中，由CPU、PWM稳压电路、输出电流采样及滤波放大电路三部分组成。

整个电路的工作过程如下：

由开关电源芯片VT1、肖特基二极管V12、充电电感L1、输出滤波电容C2、构成了PWM稳压电路的输出振荡回路，由R3、R4构成了PWM稳压电路的输出反馈回路，通过调整R3、R4的值可以调整输出的电压VOUT的稳压值。C1作为PWM稳压电路的输入滤波电容具有减小输入干扰的作用。R7为输出电流采样电阻，输出电流流经R7时会在两端产生电压，该电压通过由运算放大器D2、电阻R8、R9、R10和电容C3构成的放大滤波电路，使R7两端上几毫伏级的弱信号变为几百毫伏到几伏的强信号。D2输出的放大信号经过由电阻R10、C4组成的低通滤波器，去除采样信号中的高次谐波。然后通过一个由运放D1构成的电压跟随器输出，电压跟随器的输出信号在经过由R11、R12构成的分压电路调理到CPU的AD采样脚可以接受的电压范围后送入CPU。同时CPU采集输入电压VIN的值(通过R1、R2进行分压后送入)，输出电压VOUT的值(通过R5、R6进行分压后送入)。

CPU通过上述方法采集输出电流和输出电压算出输出功率，配合对输入电压变化的监测，经MPPT算法按最大功率跟踪的要求控制CTRL脚的高低电平的占空比，并把该信号输出送到VT1的开关控制脚ON，用以控制VT1的开闭状态，以实现系统的最大功率点跟踪功能。

Claims (3)

1.一种用于CT取电电源的占空比控制电路，它包括PWM电路，其特征在于：输入电压采样电路、输出电压采样电路和输出电流采样电路的输出端与微控制器的模拟量输入端导线连接，微控制器的输出端与PWM电路的开关控制端导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于CT取电电源的占空比控制电路，其特征在于：输出电流采样电路包括采样电阻R和两级运算放大器，第一级放大器与其外围电阻构成采样和放大电路，第二级放大器采用射极跟随器电路结构。

3.根据权利要求1所述的一种用于CT取电电源的占空比控制电路，其特征在于：PWM电路为具有buck功能的PWM电路。