一种输出脉冲宽度及幅值可调的直流电源装置

齐向东，沈鹏，李良创，吴泽宇，韩震

（南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，广东广州，510000）

0 引言

目前针对开关的低电压动作特性试验，广泛采用专用的开关分合闸电源测试仪对开关进行加量测试，目前的开关分合闸电源装置无输出脉冲的限制，即按钮按压多长时间，直流电压输出即多长时间，同时由于检修试验规程和开关防拒动专项工作的要求，需测试开关最低动作电压值、关键二次元器件的最低动作电压值，当测试量较大时，传统的开关分合闸电源测试仪需手动调整设置电压值，准确得出最低动作电压需进行多次操作，费时费力。本项目在传统的分合闸电源的基础上进行改造，可控制直流电源的输出脉冲的时长和输出脉冲的幅值，同时可人为设置控制脉冲宽度、低跳起始电压和步进电压，自动按步进升压输出控制脉冲，完成低电压动作试验的功能。

1 本项技术研究概述

在工业领域中，会普遍的应用到可调分合闸电源电源。工业生产中往往会应用很多电压可调的直流电源，具有一定的要求，即能够有效的对于电压输出的直流供电电源进行调节。

开关电源的优势特征诸多，比如常见的效率较高，质量较好，而且体重较轻，以往线性稳压电源、晶闸管稳压电源当前应用逐渐的减少，符合时代发展需要的就是新型的技术，也就是直流开关稳压电源。开关电源以脉宽调制集成电路的控制模式，将PWM脉冲输出，同时运用模拟PID调节器，展开相应的调制脉宽。此控制举措，具有误差的情况，以及具有繁杂的电路系统。

本项目中，进行设计输出电压大范围连续可调的功率开关电源，其将ST公司的高性能单片机μpsd3354为控制核心，PWM波产生是通过单片机形成，数字化的控制开关电源的主电路执行，电路简单，功能强大。

2 可调分合闸电源工作原理

2.1 系统原理

本功率直流电源系统的构成，涵盖了两部分，其一开关电源的主电路，其二控制电路。二者产生的作用不尽相同，前一种是对于电能展开相应的处理，后一种发挥出的作用即为处理电信号，负反馈形成自动控制系统。PWM控制，属于开关电源这种技术的控制方案，并且得到相应的偏差，也就是经对比给定量和反馈量的方式所获，然后进行PWM输出控制，中间的渠道就是需要依靠数字PID调节器这一设备。单片机系统，可以进行PID调节的控制，同其也是进行PWM输出的重要途径。

2.2 系统整体设计

图1为单片机控制功率直流电源结构框图。其中几项关键性的构成内容就是电网滤波、整流滤波、功率转换、整流滤液、驱动/保护、传感器、单片机、辅助电源等。

图1 单片机控制功率电源结构框图

首先，可调分合闸电源主电路设计方面。进行转换DCAC-DC过程中，需要依赖于一定的渠道，也就是指开关电源主电路，系统主电路如图2所示，应用的设备就是全桥型DC-DC变换器。其中应用到了IGBT模块，BSM 50GB120DN2系列，各模块的结构属于半桥的状态，全桥系统中模块构成均是2个。模块内有快速续流二极管的构成。

图2 功率直流电源主电路图

其次，在控制电路结构框图方面。其中的重要程序内容涉及到的环节就是电压传感器、矩阵键盘、互锁和缓冲电路、输入过压保护、输出过流保护、输入欠压保护、输出过压保护、数码管驱动、数码管显示等等方面。ST公司的μpsd3354单片机为核心，控制电路，应用到的就是做功率直流电源。控制电路功效多种多样，典型的就是闭环调节、电压采集、A/D转换等等。控制电路中单片机系统、电压采集电路、显示电路等不可缺少。结构框架详见图3，PWM输出控制功率，进行开关的导通、关断时间的转化，输出电压的状态，达到平稳的状态，A/D转换以后输出电压，电压闭环。开关电源工作期间单片机PID对于PWM占空比展开相应的调节。

图3 控制电路结构图

3 仪器使用介绍及功能测试情况

技术参数：其中包括的内容详见以下几方面指标：输入电源：AC220V±10%，50Hz±10%；固定交流输出：AC220V±10%，50Hz±10%；试验电源输出：DC30～ 250V数字可调；瞬时工作：20A；步进电压可选：1V、3V、5V；脉冲时间可选：50ms-10000ms。

主要涵盖的内容包括以下几方面：动作电压：设置控制脉冲宽度、低跳起始电压和步进电压，自动按步进升压输出控制脉冲，完成低电压动作试验；额定电压：设置额定动作电压，按额定电压百分比输出控制脉冲，完成额定电压试验；输出保持：保持输出设定的控制脉冲，直至停止按键的选择；固定交流输出：输出AC220V。

另外，在进行仪器测试的方面上，主要的程序就是：依次设置“控制脉冲宽度”、“低跳起始电压”和“步进电压”后，进入动作电压试验界面（如上所示）；此时仪器的直流输出电压就是“当前电压”，选择【合闸】或【分闸】按键，即输出一次合闸或分闸控制脉冲，实时输出的电压显示在“动作电压”处，而“当前电压”自动按步进电压升压并显示；如果断路器没有动作，则再通过按【合闸】或【分闸】按键进行一次输出，直至断路器动作。按【返回】按键，退出动作电压试验。

4 结语

在本项目中，进行研发设计了高性能单片机μpsd3354为控制核心的输出电压大范围连续可调的功率开关电源，PWM波是通过单片机直接产生，实现了数字控制开关电源的主电路，不仅有较强大的功能，而且具有比较简单化的电路构造。本项目的研究成果可广泛应用于电力试验，人为控制直流电源的输出脉冲的时长和输出脉冲的幅值，设置控制脉冲宽度、低跳起始电压和步进电压，自动按步进升压输出控制脉冲，方便快捷的测出开关或者二次元器件的最低动作电压值，确保测试过程低风险和高效率，给电力系统的安全稳定运行提供保障，产生很好的经济效益和社会效益，可以进行推广运用，未来进行积极的创新发展。