直流斷路器測試儀前期測試工作

    一、總體方案

 

    測試儀分0~10A和0~500A兩路輸出直流電流,10A電流通過1個0~10A可調直流開關電源輸出,500A電流通過4個100A不可調和1個0~100A可調直流開關源并聯輸出.通過兩路電流傳感器分別將電流采集回控制電路實現對信號的運算處理,反饋顯示等.

 

    二 、開關電源控制

 

    1、功能要求

 

    (1)實現對4個100A直流開關電源(不可調)輸出通斷的控制,對1個100A直流開關電源(可調)輸出通斷的控制和輸出電流大小的控制.

 

    (2)實現對1個10A直流開關電源通斷的控制和輸出電流大小的控制.

 

    2、實現方式

 

    5個100A直流源的通斷通過它們的使能端控制,10A直流源(無使能端)在它的220VAC輸入回路中用電磁繼電器來控制其通斷,100A和10A可調直流源的輸出電流的大小通過單片機(F020)的同一路DA輸出(DAC0)控制.

 

    100A直流源的使能端off端子含有上拉電阻,開路電壓為5V,當off端和G端子開路時,電流源輸出;當off端子和G端子短路時,電流源不輸出.為了保證單片機輸出回路和直流源回路的電氣隔離在兩回路間加光耦P521,電路如下圖1所示.

 

    單片機高電平為2.7V~3.6V,取Vcc=Vdd=3.3V,當P1口輸出高電平時,光耦被關斷,off端和G端子開路,電流源輸出;當P1口輸出低電平時,光耦被打開,off端和G端子導通,電流源不輸出.需要哪個直流源工作對應的單片機輸出端口(P1.[2:7])置高電平,單片機處于低功耗的工作模式.

 

    為了保證單片機的推挽輸出能夠驅動電磁繼電器,另外加12V電源通過三級管的方式驅動,電路如下圖2所示.

 

    當P1口輸出高電平時,三級管導通,繼電器常開觸點閉合,220VAC輸入回路導通,10A直流開關電源工作,從而輸出電流.

 

    3、開關電源響應速度

 

    (1)100A直流開關電源

 

    結果:100A直流電源的啟動時間(過渡時間)為4ms,上升時間為3ms,最大超調量為10%,滿足電源穩定輸出時間≤4ms的要求.

 

    (2)10A直流開關電源

 

 

    結果:10A直流電源的啟動時間(過渡時間)為3ms,上升時間為1.5ms,最大超調量為80%,滿足電源穩定輸出時間≤4ms的要求.

 

    4、直流開關電源控制回路

 

 

 

 

    5、100A和10A可調直流源電流大小的控制

 

    電流的大小都是由其控制端子電壓的大小來調節的,電壓的調節范圍為0~5V,分別對應輸出0~100A和0~10A電流.由單片機內置DA并通過適當的運算放大器放大,來得到0~5V的電壓,而DA輸出電壓的大小通過改變寄存器(DAC0L、DAC0H)的值調節.單片機DAC0輸出為0~2.45V,運放放大2.2倍(將R7改為12K),J10-2輸出電壓為0~5.39V.

 

    三 數據處理

 

    100A和10A可調直流電源線性度的校驗

 

    在100A和10A可調直流源控制端子通過電位器調節電壓(0~5V),輸出端通過分流器或直接用萬用表測量輸出電流,數據表格如下表2所示.

 

輸入電壓（V）	100A可調直流源輸出（A）	10A可調直流源輸出（A）
0	0.82	4.21
0.5	1.74	14.63
1	2.68	24.58
1.5	3.60	34.80
2	4.53	44.01
2.5	5.46	55.23
3	6.42	66.38
3.5	7.33	75.58
4	8.26	85.35
4.5	9.18	95.70
5	10.10	105.45

 

 

    由圖可見,兩可調直流源隨控制端子電壓變化基本呈線性變化,方程分別為I1=20u+4.8(A)和I2=1.85u+0.82(A).可調直流源和傳感器可能在某些區間不是完全成線性,在數據處理中通過分段性化的方式建立數據表格,用戶使用的過程實際上也就是一個查表過程.分段線性化就是用分流器或高精度的傳感器測量電流輸出,和采樣回路對照,每隔10A或0.5A(10A電流源)記錄采樣回路的返回值,認為在這每10A或0.5A區間段呈線性.