CN207021912U - 多路输出任意波形电压源系统 - Google Patents

多路输出任意波形电压源系统 Download PDF

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程红丽
张丽华
田伟明
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本实用新型公开了一种多路输出任意波形的电压源系统,包括输入直流电源、DC‑DC升压电路、全桥逆变电路、控制电路、输出电压采样电路、隔离驱动电路、过零检测以及各种保护电路。本实用新型采用Boost升压和全桥逆变两级结构,利用ARM集成芯片,采用单极性倍频SPWM调制和PI调节,编写程序算法,得到不同的占空比脉冲波,控制开关管导通与关断;得到输入基准波的频率,使输出信号跟踪输入信号,实现效率高、波形质量好、波形种类多、动态响应速度快、幅值和频率的宽范围输出。

Description

多路输出任意波形电压源系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及逆变电源技术领域。
背景技术
[0002]随着电力电子技术的发展,已出现多种新型高性能的功率级电压信号源。功率级 电压信号源是继电保护测试仪中的核心部分,其作用是将仿真计算的电网故障场景信号, 稳定放大为模拟电网场景的二次电压、电流信号,注入待测试的继电保护设备。利用DDS技 术,即直接数字频率合成技术生成的不同频率和电压等级的波形,但额定输出功率小,无法 驱动功率负载;大功率高压开关功率放大器,能输出宽范围频率〇-3kHz,但是波形单一,只 有正弦输出;基于滞环控制的二重单相全桥逆变功率放大器,虽然实现了多种信号波形输 出,但是频率只有50Hz,不能满足功率级电压信号源输出频率范围宽的要求。 实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供了一种多路输出任意波形的电压源系统,该系统采用 Boost升压和全桥逆变两级结构,利用ARM集成芯片,采用单极性倍频SPWM调制和PI调节,编 写程序算法,得到不同的占空比脉冲波,控制开关管导通与关断;得到输入基准波的频率, 使输出信号跟踪输入信号,实现效率高、波形质量好、波形种类多、动态响应速度快、幅值和 频率的宽范围输出。
[0004]本实用新型的技术方案是:多路输出任意波形的电压源系统,包括输入直流电源、 DC-DC升压电路、全桥逆变电路、ARM控制电路、输出电压采样电路、隔离驱动电路、过零检测 以及各种保护电路,其特征是:输入直流电源为24V蓄电池;DC-DC升压电路包括电感L1、滤 波电容C1、二极管D1、开关管VT1、分压电阻R1和R2、采样电阻RS、PWM控制芯片;全桥逆变电 路包括开关管VT2〜VT5、滤波电感L2、滤波电容C2;控制电路包括ARM控制芯片及外围电路; 输出电压采样电路包括采样电阻R3和R4、LM358运放、光耦隔离和电压上移电路;隔离驱动 电路包括隔离变压器H、T2、T3和T4,滤波电容C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9和C10;
[0005]系统由24V蓄电池供电,连接DC-DC升压电路的电感L1和辅助电源电路,辅助电源 产生五路输出电压+3.3¥、+5¥、-5¥、+12¥和-12¥;电感11接开关管¥11的漏极和二极管01的 正极,二极管D1的负极接滤波电容C1,分压电阻R1和R2串联后接在滤波电容C1两端,将输 出电压采样给PWM控制芯片,开关管VT1源极接采样电阻RS,用以检测输入峰值电流,滤波电 容C1的负极接地;
[0006] DC-DC升压电路输出150V接三路全桥逆变电路的开关管VT2、VT3的漏极,开关管 VT2的源极接开关管VT4的漏极和滤波电感L2,开关管VT3的源极接开关管VT5的漏极和滤波 电容C2的负极,开关管VT4、VT5的源极接地,滤波电容C2的正极接电感L2的另一端;
[0007] 采样电阻R3和R4串联后接在滤波电容C3两端,分别将采样的输出电压通过LM358 运放、光耦隔离、电压上移电路和过零检测电路给ARM控制芯片处理;
[0008] ARM控制电路由辅助电源供电,产生的可变占空比脉冲传给两个驱动芯片,两个驱 动心片韧出互补脉冲分别接电容C4、C8和C6、C9一端,电容04、06、08、(:9另一端连接隔离脉 冲变压器H、T2、T3、T4,隔离脉冲变压器T1通过电容C3接开关管VT4栅极,隔离脉冲变压器 T2通过电容C5接开关管VT3栅极,隔离脉冲变压器T3通过电容C7接开关管VT5栅极,隔离脉 冲变压器T4通过电容CIO接开关管VT2栅极,分别将驱动信号隔离传给开关管VT4、VT3、 VT5、VJ2,控制开关管的导通与关断,从而控制全桥逆变电路的输出电压,实现输出信号与 输入信号的频率跟踪以及功率放大,多路电压信号通过GPS模块校时实现同步输出,红外遥 控基准输入。
[0009]本实用新型多路输出i壬意波形的电压源设备,携带方便,供电方便,多路输出任意 波形的电压源设备。其中,ARM采集输出瞬时电压和输入基准电压比较,用以调节脉冲的占 空比,进而控制开关管的导通和关断,实现三路任意波形的输出,并且利用GPS、红外使波形 同步和遥控输出。
[0010]本实用新型利用程序算法输出与基准信号频率一致、形状一致的电压波形,输出 正弦波畸变率低、三角波线性度和对称性好、方波上升下降时间短,实现三路幅值〇_12〇v、 频率10-1000版宽范围同步遥控输出。
[0011]与现有技术相比,本实用新型的优点是:
[0012] (1)接收的外部基准信号为波形数据表,ARM可以不用进行AD处理直接作为输入 基准采用,简单快捷。
[0013] ⑵三路输出采用GPS高精度授时模块进行同步,同步误差小。
[0014] (3)系统采用红外进行远距离遥控。
[0015] ⑷系统输出幅值和频率范围宽,输出功率大,波形种类多。
附图说明
[0016]图1是本实用新型的整体系统原理图。
[0017]图2是使用Simulink仿真的Boost升压结果图。
[0018]图3是使用Simulink对整机电路进行仿真的输出电压结果图,其中⑸是50Hz输出 电压波形,(b)是500Hz输出电压波形。
[0019]图4是本实用新型的SPWM产生程序流程图。
具体实施方式
[0020]以下将结合附图和实例对实用新型的内容做进一步说明。
[0021]如图1所示,24V直流输入电压一路送入主电路,另一路送入辅助电源产生五路辅 助电压,± 12V、±5V和+3.3V直流电压,分别为系统芯片和控制芯片供电,24V直流电送入主 电路后经Boost变换器升压至150V,作为后级全桥逆变电路的母线电压,再经过L2、C2滤波 为负载供电,系统通过采样电阻R3、R4采样输出瞬时电压,一路首先通过LM358调理增强,然 后采用线性光耦HCNR2〇l进行双极性信号隔离、再通过运放LM358组成的电压跟随器,将电 压调整在-1.5V〜+1.5V,由于ARM不能采样负电压,需要对转换的交流电压叠加一个正电 压偏置,使得电压范围在0到3.3V内,所以最后经过精密放大器INA128将电压上移1.5V后传 给ARM,然后将采样到的数据通过ARM程序进行处理,产生不同宽度的脉冲。
[0022] Boost变换器工作在CCM过程,P。为输出功率,f为开关管频率,uPP为输出纹波电 压,I。为输出电流,输入功率Pi=Pd/n,输入电感上的峰值电流为ip=Pi/Ui,输入电流纹波为 AI = 〇.4IP,最大占空比为Dm= (UQ-Ui)/U。,则所需电感为L = UiDm/AIf,滤波电容值为C二 IcJ)/fUPP,经过Boost电路,电压升至150V,作为后级全桥逆变电路的母线电压。当电压源输 出电压降低的时候产生宽脉冲波,在输出电压增高的时候产生窄脉冲波,驱动脉冲经驱动 芯片和脉冲隔离变压器T1〜T4,分别对开关管VT2〜VT5控制,使整个系统正常运行,实现多 路波形输出,输出幅值和频率范围宽,功率大,波形种类多,利用GPS校时同步三路电压源输 出,采用遥控接收外部基准信号。结合以上设计,使用Simulink对Boost升压电路和整机电 路进行仿真实验,如图2是Boost升压电路结果图,在40ms以后,系统大致稳定在150V,电压 纹波小。
[0023]图3a和图3b是分别输入5〇Hz和500Hz的峰峰值为IV的正弦波、三角波、方波,设计 三角波和方波输出100V,正弦波输出120V,观察到的负载电压波形。结果表明正弦波畸变率 不超过1 %,三角波线性度好、波形左右对称,方波上升下降时间仅为2〇US。完成了幅值0-120V、频率10-1000HZ宽范围输出。仿真结果验证了本实用新型设计思路的完整性和可行 性。
[0024]图4是SPWM产生模块的程序流程图,上电后,整个系统程序初始化,利用串口接收 基准信号数据。由于基准信号是任意波形,所以先判断基准是否发生突变,若基准变化,则 存储基准信号数据表;若基准未变化,则直接利用AD采样输出瞬时电压,读取输出电压结 果,判断是否短路,提高系统的可靠性,若系统短路则输出占空比D为0,关闭开关管;若判 断不是短路则程序继续运行,将输出电压的采样转换结果与参考值比较,得到的瞬时值误 差进行PI处理,再送到倍频SPWM得到相应的占空比脉冲对开关管进行控制,程序正常运行。

Claims (1)

1.多路输出任意波形的电压源系统,包括输入直流电源、DC-DC升压电路、全桥逆变电 路、ARM控制电路、输出电压采样电路、隔离驱动电路、过零检测以及各种保护电路,其特征 是:输入直流电源为24V蓄电池;DC-DC升压电路包括电感L1、滤波电容C1、二极管D1、开关管 VT1、分压电阻R1和R2、采样电阻RS、PWM控制芯片;全桥逆变电路包括开关管VT2〜VT5、滤波 电感L2、滤波电容C2;控制电路包括ARM控制芯片及外围电路;输出电压采样电路包括采样 电阻R3和R4、LM358运放、光耦隔离和电压上移电路;隔离驱动电路包括隔离变压器T1、T2、 T3 和 T4,滤波电容 C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9 和 Cl 0; 系统由24V蓄电池供电,连接DC-DC升压电路的电感L1和辅助电源电路,辅助电源产生 五路输出电压+3.3¥、+5¥、-5¥、+12¥和-12¥;电感1^接开关管¥11的漏极和二极管〇1的正极, 二极管D1的负极接滤波电容C1,分压电阻R1和R2串联后接在滤波电容C1两端,将输出电压 采样给PWM控制芯片,开关管VT1源极接采样电阻Rs,用以检测输入峰值电流,滤波电容C1的 负极接地; 0(:-0(:升压电路输出15(^接三路全桥逆变电路的开关管¥了2^了3的漏极,开关管¥了2的 源极接开关管VT4的漏极和滤波电感L2,开关管VT3的源极接开关管VT5的漏极和滤波电容 C2的负极,开关管VT4、VT5的源极接地,滤波电容C2的正极接电感L2的另一端; 采样电阻R3和R4串联后接在滤波电容C3两端,分别将采样的输出电压通过LM358运放、 光耦隔离、电压上移电路和过零检测电路给ARM控制芯片处理; ARM控制电路由辅助电源供电,产生的可变占空比脉冲传给两个驱动芯片,两个驱动芯 片输出互补脉冲分别接电容C4、C8和C6、C9 一端,电容04、06、08、09另一端连接隔离脉冲变 压器1'1、1'2、13、14,隔离脉冲变压器1'1通过电容03接开关管¥14栅极,隔离脉冲变压器了2通 过电容C5接开关管VT3栅极,隔离脉冲变压器T3通过电容C7接开关管VT5栅极,隔离脉冲变 压器T4通过电容CIO接开关管VT2栅极,分别将驱动信号隔离传给开关管VT4、VT3、VT5、VT2, 控制开关管的导通与关断,从而控制全桥逆变电路的输出电压,实现输出信号与输入信号 的频率跟踪以及功率放大,多路电压信号通过GPS模块校时实现同步输出,红外遥控基准输 入。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109756103A (zh) * 2018-12-27 2019-05-14 中国空间技术研究院 一种用于空间飞行验证平台的供配电控制系统及控制方法
CN110531127A (zh) * 2019-07-23 2019-12-03 深圳市嘉兆鸿电子有限公司 功率源
CN111391611A (zh) * 2020-03-25 2020-07-10 广州华凌制冷设备有限公司 运行检测方法、运行检测装置、车载空调器和存储介质

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109756103A (zh) * 2018-12-27 2019-05-14 中国空间技术研究院 一种用于空间飞行验证平台的供配电控制系统及控制方法
CN109756103B (zh) * 2018-12-27 2020-09-18 中国空间技术研究院 一种用于空间飞行验证平台的供配电控制系统及控制方法
CN110531127A (zh) * 2019-07-23 2019-12-03 深圳市嘉兆鸿电子有限公司 功率源
CN110531127B (zh) * 2019-07-23 2021-08-27 深圳市嘉兆鸿电子有限公司 功率源
CN111391611A (zh) * 2020-03-25 2020-07-10 广州华凌制冷设备有限公司 运行检测方法、运行检测装置、车载空调器和存储介质

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