[实用新型]多路输出任意波形电压源系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及逆变电源技术领域。

背景技术

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0-3kHz，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

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。

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R_S、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C10；

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+3.3V、+5V、-5V、+12V 和-12V；电感L1接开关管VT1的漏极和二极管D1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R_S，用以检测输入峰值电流，滤波电容C1的负极接地；

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；

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C4、C6、C8、C9另一端连接隔离脉冲变压器T1、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C10 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。

本实用新型多路输出任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。

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0-120V、频率10-1000Hz宽范围同步遥控输出。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

(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。

(2)三路输出采用GPS高精度授时模块进行同步，同步误差小。