CN108983141A - 直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，包括直流电压源、纹波电压源、交直流耦合单元、电压输出单元、人机界面控制单元以及向上述各个用电器提供工作电源的辅助电源单元。所述直流电压源包括第一通讯单元、信号发生电路、第一功率放大电路、第一反馈电路、隔离升压单元和整流输出单元。所述纹波电压源包括第二通讯单元、波形发生电路、第二功率放大电路、第二反馈电路、隔离输出单元。本发明公开的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，通过独立输出的直流电压源、纹波电压源和隔离耦合技术，产生含有直流电压和可编程的纹波电压的输出信号。
Description
技术领域
本发明属于直流电能表检定装置中直流电压源技术领域，具体涉及一种直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置。
背景技术
当前随着电动汽车行业的快速发展和直流充电桩的大量建设，直流电能表的应用越来越广泛；2017年5月发布了静止式直流电能表国家标准，并于12月份实施，作为直流充电桩的计量核心，对直流电能计量的要求越来越高，如何测量和评价直流纹波对电能表的影响，目前使用的直电能表检定装置大多不具备测试条件，无法完全满足直流电能表检定的需要。
为此，有必要提出一种新型的直流电能表检定装置直流电压回路叠加纹波的合成方法，满足直流电压纹波对直流电能表的影响量测试。
发明内容
本发明针对现有技术的状况，提供一种直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，提供直流电压源和纹波电压源，直流电压源输出准确度高，稳定度好，纹波电压源频率和幅值可程控输出。
本发明采用以下技术方案，所述直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置包括直流电压源、纹波电压源、交直流耦合单元、电压输出单元、人机界面控制单元以及向上述各个用电器提供工作电源的辅助电源单元，其中：
所述直流电压源包括第一通讯单元、信号发生电路、第一功率放大电路、第一反馈电路、隔离升压单元和整流输出单元，其中：
所述第一通讯单元的一端与信号发生电路相连，所述第一通讯单元的另一端与人机界面控制单元的内部通讯电路相连，所述第一通讯单元用于接收人机界面控制单元的控制命令，使得信号发生电路产生相应的交流小信号；
所述信号发生电路的输出端与第一功率放大电路的输入端相连，所述第一功率放大电路的输出端与隔离升压单元的输入端相连，所述第一反馈电路的输入端与隔离升压单元的输出端相连，所述第一反馈电路的输出端与第一功率放大电路的输入端相连，所述隔离升压单元的输出端与整流输出单元的输入端相连；
所述纹波电压源包括第二通讯单元、波形发生电路、第二功率放大电路、第二反馈电路、隔离输出单元，其中：
所述第二通讯单元的一端与波形发生电路相连，所述第二通讯单元的另一端与人机界面控制单元的内部通讯电路相连，所述第二通讯单元用于接收人机界面控制单元的控制命令，使得波形发生电路产生相应的纹波小信号；
所述波形发生电路的输出端与第二功率放大电路的输入端相连，所述第二功率放大电路的输出端与隔离输出单元的输入端相连，所述第二反馈电路的输入端与隔离输出单元的输出端相连，所述第二反馈电路的输出端与第二功率放大电路的输入端相连。
作为优选，所述直流电压源的整流输出单元的输出端和纹波电压源的隔离输出单元的输出端同时与交直流耦合单元的输入端相连，所述交直流耦合单元的输出端与电压输出单元的输入端相连，所述电压输出单元的输出端与外部端子相连，以输出含有纹波成分的直流电压信号。
作为优选，所述人机界面控制单元同时与直流电压源的第一通讯单元和纹波电压源的第二通讯单元相连，所述人机界面控制单元通过与直流电压源和纹波电压源之间的双向通讯以控制电压输出单元的直流电压输出。
作为优选，所述直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置还包括显示单元、键盘单元，所述人机界面控制单元同时与显示单元和键盘单元相连，所述人机界面控制单元通过键盘单元设置电压输出参数，所述人机界面控制单元通过显示单元显示电压输出参数。
作为优选，上述电压输出参数包括纹波频率和幅值。
作为优选，所述直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置还包括第三通讯单元，所述人机界面控制单元通过第三通讯单元与PC机端相连，所述人机界面控制单元通过第三通讯单元获取PC机端下发的控制命令，所述人机界面控制单元根据上述PC机端下发的控制命令调节电压输出参数。
作为优选，上述电压输出参数包括纹波频率和幅值。
作为优选，所述信号发生电路包括CPU、D/A转换芯片、电压基准芯片以及精密运算放大器。
作为优选，所述人机界面控制单元包括ARM工控板和液晶显示屏。
作为优选，所述交直流耦合单元包括隔离变压器。
本发明公开的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其有益效果在于，通过独立输出的直流电压源、纹波电压源和隔离耦合技术，产生含有直流电压和可编程的纹波电压的输出信号。
附图说明
图1是本发明优选实施例的原理框图。
附图标记包括：1-直流电压源；11-第一通讯单元；12-信号发生电路；13-第一功率放大电路；14-隔离升压单元；15-第一反馈电路；16-整流输出单元；2-纹波电压源；21-第二通讯单元；22-波形发生电路；23-第二功率放大电路；24-隔离输出单元；25-第二反馈电路；3-交流耦合单元；4-电压输出单元；5-人机界面控制单元；6-第三通讯单元；7-显示单元；8-键盘单元。
具体实施方式
本发明公开了一种直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图1，图1示出了所述直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置的工作原理。
优选地，所述直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置包括直流电压源1、纹波电压源2、交直流耦合单元3、电压输出单元4、人机界面控制单元5以及向上述各个用电器提供工作电源的辅助电源单元(图中未示出)，其中：
所述直流电压源1包括第一通讯单元11、信号发生电路12、第一功率放大电路13、第一反馈电路15、隔离升压单元14和整流输出单元16，其中：
所述第一通讯单元11的一端与信号发生电路12相连，所述第一通讯单元11的另一端与人机界面控制单元5的内部通讯电路相连，所述第一通讯单元11用于接收人机界面控制单元5的控制命令，使得信号发生电路12产生相应的交流小信号；
所述信号发生电路12的输出端与第一功率放大电路13的输入端相连，所述第一功率放大电路13的输出端与隔离升压单元14的输入端相连，所述第一反馈电路15的输入端与隔离升压单元14的输出端相连，所述第一反馈电路15的输出端与第一功率放大电路13的输入端相连，所述隔离升压单元14的输出端与整流输出单元16的输入端相连；
所述纹波电压源2包括第二通讯单元21、波形发生电路22、第二功率放大电路23、第二反馈电路25、隔离输出单元24，其中：
所述第二通讯单元21的一端与波形发生电路22相连，所述第二通讯单元21的另一端与人机界面控制单元5的内部通讯电路相连，所述第二通讯单元21用于接收人机界面控制单元5的控制命令，使得波形发生电路22产生相应的纹波小信号；
所述波形发生电路22的输出端与第二功率放大电路23的输入端相连，所述第二功率放大电路23的输出端与隔离输出单元24的输入端相连，所述第二反馈电路25的输入端与隔离输出单元24的输出端相连，所述第二反馈电路25的输出端与第二功率放大电路23的输入端相连。
进一步地，所述直流电压源1的整流输出单元16的输出端和纹波电压源2的隔离输出单元24的输出端同时与交直流耦合单元3的输入端相连，所述交直流耦合单元3的输出端与电压输出单元4的输入端相连，所述电压输出单元4的输出端与外部端子相连，以输出含有纹波成分的直流电压信号。
进一步地，所述人机界面控制单元5同时与直流电压源1的第一通讯单元11和纹波电压源2的第二通讯单元21相连，所述人机界面控制单元5通过与直流电压源1和纹波电压源2之间的双向通讯以控制电压输出单元4的直流电压输出。
进一步地，所述直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置还包括显示单元7、键盘单元8，所述人机界面控制单元5同时与显示单元7和键盘单元8相连，所述人机界面控制单元5通过键盘单元8设置电压输出参数，所述人机界面控制单元5通过显示单元7显示电压输出参数。
其中，上述电压输出参数包括纹波频率和幅值。
进一步地，所述直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置还包括第三通讯单元6，所述人机界面控制单元5通过第三通讯单元6与PC机端相连，所述人机界面控制单元5通过第三通讯单元6获取PC机端下发的控制命令，所述人机界面控制单元5根据上述PC机端下发的控制命令调节电压输出参数。
其中，上述电压输出参数包括纹波频率和幅值。
本优选实施例中，所述信号发生电路12包括CPU、D/A转换芯片、电压基准芯片以及精密运算放大器。
其中，上述D/A转换芯片采用ADI 16位高速转换芯片。该芯片转精度高，稳定性好。其中，上述CPU采用ST公司的32位处理器，主频高运算速度快。其中，上述电压基准芯片采用ADI品牌，拥有极低的噪声和极小的温度系数。其中，上述精密运算放大器采用ADI零温飘运算放大器。该放大器信号输出稳定；高速CPU和16位D/A的运用，可大大提高数字波形点数和分辨率，使得数摸转换过程中模拟信号输出更加稳定，分辨率高，失真度小。
本优选实施例中，所述第一、第二功率放大电路13/23采用线性功率放大器原理，利用集成功率放大器、高精度低温漂运算放大器和闭环交流反馈电路，使得整个电路具备较高的频率响应和负载调整率，确保信号输出稳定。完善的过压和过流保护电路可确保功率元器件在极端情况下不被损坏，提高整个设备的可靠性。
本优选实施例中，所述交直流耦合单元3主要利用变压器隔直通交原理，将直流电压信号和纹波信号通过耦合电路把纹波信号叠加在直流电压信号上，合成所需的带纹波输出的直流电压信号，可以确保直流电压信号和纹波电压信号互不影响。当不做纹波影响量试验时，可关断纹波电压输出信号，只输出直流电压信号，确保直流电压信号输出稳定准确，本身直流信号中所含的纹波含量极小。
本优选实施例中，所述第一/第二/第三通讯单元11/21/6包括与上位机通信的RS232、RS485和与人机界面工控机通信的RS232。其中，各个通讯单元与微处理单元之间设置有高速光耦进行隔离。
本优选实施例中，所述人机界面控制单元包括ARM工控板和液晶显示屏。
本优选实施例中，所述交直流耦合单元包括高精度隔离变压器，具备隔直通交功能，确保直流电压源和纹波电压源互不影响，输出信号稳定。
本发明专利申请公开的直流电压回路叠加纹波的合成方法，采用直流电压源和纹波电压源独立设计的方式，通过耦合电路合成带纹波输出的直流电压信号，输出信号的大小可由人机界面设置和控制；直流电压源采用线性放大器，直流电压信号输出稳定，线性度好，准确度高，纹波信号的频率输出范围宽，幅值可在0-100V范围内任意设置。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，包括直流电压源、纹波电压源、交直流耦合单元、电压输出单元、人机界面控制单元以及向上述各个用电器提供工作电源的辅助电源单元，其中：
所述直流电压源包括第一通讯单元、信号发生电路、第一功率放大电路、第一反馈电路、隔离升压单元和整流输出单元，其中：
所述第一通讯单元的一端与信号发生电路相连，所述第一通讯单元的另一端与人机界面控制单元的内部通讯电路相连，所述第一通讯单元用于接收人机界面控制单元的控制命令，使得信号发生电路产生相应的交流小信号；
所述信号发生电路的输出端与第一功率放大电路的输入端相连，所述第一功率放大电路的输出端与隔离升压单元的输入端相连，所述第一反馈电路的输入端与隔离升压单元的输出端相连，所述第一反馈电路的输出端与第一功率放大电路的输入端相连，所述隔离升压单元的输出端与整流输出单元的输入端相连；
所述纹波电压源包括第二通讯单元、波形发生电路、第二功率放大电路、第二反馈电路、隔离输出单元，其中：
所述第二通讯单元的一端与波形发生电路相连，所述第二通讯单元的另一端与人机界面控制单元的内部通讯电路相连，所述第二通讯单元用于接收人机界面控制单元的控制命令，使得波形发生电路产生相应的纹波小信号；
所述波形发生电路的输出端与第二功率放大电路的输入端相连，所述第二功率放大电路的输出端与隔离输出单元的输入端相连，所述第二反馈电路的输入端与隔离输出单元的输出端相连，所述第二反馈电路的输出端与第二功率放大电路的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，所述直流电压源的整流输出单元的输出端和纹波电压源的隔离输出单元的输出端同时与交直流耦合单元的输入端相连，所述交直流耦合单元的输出端与电压输出单元的输入端相连，所述电压输出单元的输出端与外部端子相连，以输出含有纹波成分的直流电压信号。
3.根据权利要求1所述的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，所述人机界面控制单元同时与直流电压源的第一通讯单元和纹波电压源的第二通讯单元相连，所述人机界面控制单元通过与直流电压源和纹波电压源之间的双向通讯以控制电压输出单元的直流电压输出。
4.根据权利要求1所述的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，所述直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置还包括显示单元、键盘单元，所述人机界面控制单元同时与显示单元和键盘单元相连，所述人机界面控制单元通过键盘单元设置电压输出参数，所述人机界面控制单元通过显示单元显示电压输出参数。
5.根据权利要求4所述的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，上述电压输出参数包括纹波频率和幅值。
6.根据权利要求1所述的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，所述直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置还包括第三通讯单元，所述人机界面控制单元通过第三通讯单元与PC机端相连，所述人机界面控制单元通过第三通讯单元获取PC机端下发的控制命令，所述人机界面控制单元根据上述PC机端下发的控制命令调节电压输出参数。
7.根据权利要求6所述的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，上述电压输出参数包括纹波频率和幅值。
8.根据权利要求1所述的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，所述信号发生电路包括CPU、D/A转换芯片、电压基准芯片以及精密运算放大器。
9.根据权利要求1所述的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，所述人机界面控制单元包括ARM工控板和液晶显示屏。
10.根据权利要求1所述的直流电能表的直流电压与纹波电压合成装置，其特征在于，所述交直流耦合单元包括隔离变压器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181211 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |