基于STM32F103的RLC充放電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

金建 黃小平 彭霞

摘要：作為智能斷路器的信號攝取元件——電流互感器，其轉(zhuǎn)換的線性度和精度直接影響智能斷路器產(chǎn)品性能。為了能在大電流下檢測電流互感線圈的性能，該文設(shè)計(jì)一種基于STM32F103的RLC充放電系統(tǒng)，該系統(tǒng)產(chǎn)生的瞬時(shí)脈沖電流作為檢測電流。文中介紹了可控RLC充放電系統(tǒng)的應(yīng)用背景和工作原理，闡述了系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)方案，詳細(xì)分析了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能斷路器；STM32F103；電流互感器；瞬時(shí)脈沖電流

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）06-0224-04

Design and Application of RLC Charge and Discharge System Based on STM32F103

JIN Jian， HUAN Xiao-ping， PENG Xia

（Anhui Xinhua University， Hefei 230000， China）

Abstract： Current transformer as a signal acquisition components of intelligent circuit breaker， the linearity and precision of conversion is direct impact on the performance of the intelligent circuit breaker. In order to test the performance of the current mutual inductance coil in the high-current conditions， our design a RLC charge and discharge system based on STM32F103 in the paper， the system produces transient pulse current as a test current. In the paper， the background and work principle of the RLC charge and discharge system was introduced， the overall implementation of the system was described， the design of hardware and software of system were given in detail.

Key words： intelligent circuit breaker； STM32F103； current transformer； transient pulse current

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能斷路器也逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)斷路器成為低壓配電系統(tǒng)中的重要保護(hù)元件之一。作為智能斷路器的核心部件智能脫扣器，它通過高精度電流互感器、電壓互感器采集線路的電流、電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入微控制器進(jìn)行計(jì)算、分析和處理，并輸出給顯示器，顯示線路的電參數(shù)。當(dāng)出現(xiàn)故障信號時(shí)，將故障信號輸出到磁通量變換器，轉(zhuǎn)換成脫扣力，使斷路器分閘[2]。

電流互感器作為智能斷路器的信號攝取元件，其轉(zhuǎn)換的線性和精度直接影響數(shù)據(jù)的可信度，這些數(shù)據(jù)是智能脫扣器工作的基礎(chǔ)，因此對智能斷路器

互感器性能的測試尤為重要。目前，大部分?jǐn)嗦菲鲝S家只是在較小的電流下測試互感器的性能，由于互感器的鐵芯是非線性材料，在處理小電流是線性度很好，但大電流時(shí)互感器鐵芯容易飽和導(dǎo)致信號波形畸變，從而出現(xiàn)線性失真。因此在小電流測試得到的數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)有較大的偏差，直接影響到智能斷路器的質(zhì)量。

為了在實(shí)際的大電流下檢測電流互感線圈的性能，本文設(shè)計(jì)出一個基于可控RLC的充放電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生電流互感器測試所需要的瞬時(shí)脈沖大電流。與傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①測試電流大小可控且精度高；②測試的范圍廣，可用來測試的額定電流范圍可從幾十安到上千安；③系統(tǒng)的制造成本低[2]。

1 瞬時(shí)脈沖大電流系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

瞬時(shí)脈沖大電流發(fā)生器的理論基礎(chǔ)是脈沖功率技術(shù)，所謂脈沖功率技術(shù)就是首先經(jīng)過電子電路中的儲能設(shè)備進(jìn)行慢儲能，使初級能源具有足夠的能量，然后將具有較高密度的能量快速釋放給負(fù)載。瞬時(shí)脈沖大電流發(fā)生器的基本原理是：首先將220V交流電經(jīng)整流電路輸出直流電壓，通過對儲能元件電容組進(jìn)行充電，把電能儲存在電容組中，然后觸發(fā)放電開關(guān)使能量通過RLC回路瞬間釋放，從而負(fù)載就可獲得瞬時(shí)脈沖大電流[2]。

整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，整個系統(tǒng)由主回路、檢測與驅(qū)動電路以及控制電路構(gòu)成。主回路包括直流裝置、充電回路、放電回路以及負(fù)載等組成部分，主回路主要實(shí)現(xiàn)能量的變換。檢測與驅(qū)動電路包括主電路電壓和電流檢測電路、功率開關(guān)管的驅(qū)動和觸發(fā)電路，主要實(shí)現(xiàn)對主電路信號的采集、功率開關(guān)管的驅(qū)動以及主電路和控制電路的隔離等功能。控制電路包括微控制器STM32F103最小系統(tǒng)、串口輸入輸出電路等，控制電路主要實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。

4 總結(jié)

本文從硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個方面詳細(xì)闡述基于STM32F103的RLC充放電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)產(chǎn)生的瞬時(shí)脈沖電流可以應(yīng)用在智能斷路器的性能檢測上，為提高智能斷路器產(chǎn)品的質(zhì)量有著重要的意義。

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