一种用于无源二次回路的三相程控测试电源电路
阅读说明：本技术 一种用于无源二次回路的三相程控测试电源电路 (Three-phase program-controlled test power supply circuit for passive secondary circuit ) 是由 张伍 杨盛德 郑丹丹 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于无源二次回路的三相程控测试电源电路,包括输出变压器电路、输出电参量检测电路、数字功放电路、D/A转换电路、主控MCU电路、无线通信电路、锂电池供电管理电路、保护电路和人机交互电路,输出变压器电路包括输出变压器和三个限流电阻,输出变压器电路的三相输入信号UA、UB和UC均与数字功放电路的输出端电性连接。本发明在母线不带电状态下对计量回路一二次侧回路进行接线检查,要求三相测试程控源自带电池组,能够输出三相带相位的可调电压,电流信号,并有足够幅度和功率满足后级检测要求,具有小型化、便携化、方便收纳和现场操作的优点。(The invention discloses a three-phase program-controlled test power supply circuit for a passive secondary circuit, which comprises an output transformer circuit, an output electric parameter detection circuit, a digital power amplifier circuit, a D/A conversion circuit, a master control MCU circuit, a wireless communication circuit, a lithium battery power supply management circuit, a protection circuit and a man-machine interaction circuit, wherein the output transformer circuit comprises an output transformer and three current-limiting resistors, and three-phase input signals UA, UB and UC of the output transformer circuit are all electrically connected with the output end of the digital power amplifier circuit. The invention carries out wiring check on the primary and secondary side loops of the metering loop under the condition that the bus is not electrified, requires that the three-phase test program is derived from the self-contained battery pack, can output three-phase adjustable voltage and current signals with phases, has enough amplitude and power to meet the requirements of later-stage detection, and has the advantages of miniaturization, portability, convenient storage and field operation.)
技术领域
本发明涉及电测技术领域，特别涉及一种用于无源二次回路的三相程控测试电源电路。
背景技术
目前，高、低压计量柜内安装PT、CT、电能表、采集终端及联合接线盒，是高、低压电能计量安装业务的常规工作，但现有的用户侧计量柜特别是10KV及以下的中低压用户的计量二次回路的安装调试工作模式还比较落后；由于装接作业完成后用户通常处于无负荷不通电状态，导致不能判断计量回路的安装是否正确，往往由于人为因素和操作不规范导致计量二次回路接线错误，给电网和客户造成不必要的损失和纠纷。
目前市场上现有的三相程控电源一般体积大，很笨重，没有内部电池组，无法在没有外部电源下工作，成本高，操作复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无源二次回路的三相程控测试电源电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于无源二次回路的三相程控测试电源电路，包括输出变压器电路、输出电参量检测电路、数字功放电路、D/A转换电路、主控MCU电路、无线通信电路、锂电池供电管理电路、保护电路和人机交互电路，所述输出变压器电路包括输出变压器和三个限流电阻，所述输出变压器电路的三相输入信号UA、UB和UC均与数字功放电路的输出端电性连接，所述输出变压器电路的输出电路UA/Ia、UB/Ib、UC/Ic、Ia0、Ib0、Ic0和UN信号端分别与人机交互电路的单元电压电流输出线电性连接，所述输出变压器的输出电路UA/Ia、UB/Ib、UC/Ic和UN与限流电阻两端Ia0、Ia-、Ib0、Ib-、Ic0和Ic-信号分别电性连接到输出电参量检测电路的电压电流输入端；
所述数字功放电路的输入驱动信号UAAC、UBAC和UCAC分别电性连接于D/A转换电路的D/A输出端，所述数字功放电路的过载过流保护信号UABJ_IN、UBBJ_IN和UCBJ_IN分别电性连接于保护电路上；
所述主控MCU电路的串行SPI控制总线JL-CS、JL-CLK、JL-SDO、JL-SDI和JL-RST分别电性连接于输出电参量检测电路上，所述主控MCU电路的数字接口D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15、A0和A1信号分别电性连接于D/A转换电路，所述主控MCU电路的UART串口U2RX和U2TX信号分别电性连接于无线通信电路上，所述主控MCU电路的串行SPI接口LOAD、SPI_CLK、CS_165和SPI_R信号电性连接于保护电路上，所述主控MCU电路的串行SPI与IO输入SPI_TX、SPI_CLK、CS_595和RUN-STOP信号电性连接于人机交互电路，所述主控MCU电路与锂电池供电管理电路电性连接；
优选的，所述输出变压器电路的变压器二次侧第一组线圈通过UN把异名端连在一起构成星型接法组成三相四线电源，变压器第二组线圈通过限流电阻和负载回路CT相连构成三个独立的电流环。
优选的，所述输出电参量检测电路包括电能计量单元、电压取样单元、电流取样单元和电能计量芯片，通过对输出电压电流的实时采样，精确计算三相源的输出电压有效值、电流有效值、频率值、相位值、功率值和电能值。
优选的，所述数字功放电路由输入比例放大电路、数字功放芯片电路和输出滤波电路组成，其中数字功放芯片内部包括信号调理、PWM调制、驱动和H桥转换电路，完成对D/A转换信号功率放大，驱动输出变压带动三相测试源负载。
优选的，所述D/A转换电路包括并口数据输入接口、D/A转换芯片和输出缓冲放大器。
优选的，所述主控MCU电路采用STM32F407-ZGT主控CPU，完成波形合成、D/A数模电路控制、输出电参量检测电路控制、数据处理、欠压检测、过载过流保护电路控制、无线通信命令解析、命令处理、电源控制和人机交互控制功能。
优选的，所述无线通信电路的无线通信模块由蓝牙HC-05模块通过UART串口透传完成。
优选的，锂电池供电管理电路包括锂电池充放电管理芯片IP5328P、锂电保护电路、锂电池、TYPE-C接口电路和DCDC电路，主要完成锂电池的充放电管理、锂电欠压和过流保护，为整机其他电路提供电源能量，+5V和3.3V为供电电源，BAT+和BAT-为锂电池正负极。
优选的，所述保护电路由保护芯片电路组成，实时接收数字功放的过载和过流报警信号。
优选的，所述人机交互电路主要包括三相电压电流输出端子、三相电源输出按键和三相电源输出指示。
本发明的技术效果和优点：
在母线不带电状态下对计量回路一二次侧回路进行接线检查，要求三相测试程控源自带电池组，能够输出三相带相位的可调电压，电流信号，并有足够幅度和功率满足后级检测要求，具有小型化、便携化、方便收纳和现场操作的优点。
附图说明
图1为本发明高压计量回路的三相程控测试电源原理框图。
图2为本发明输出变压器电路的电路图。
图3为本发明输出变压器电路与输出电参量检测电路之间电流采集通道电路图。
图4为本发明三相输入信号UA、UB和UC和数字功放电路部相连电路图。
图5为本发明数字功放电路输入驱动信号UAAC、UBAC和UCAC分别接D/A转换电路的电路图。
图6为本发明D/A转换电路的数字接口信号接主控MCU电路的电路图。
图7为本发明主控MCU电路的UART串口U2RX和U2TX信号分别无线通信电路的电路图。
图8为本发明锂电池供电管理电路的电路图。
图9为本发明三相电源过载过流保护电路的电路图。
图10为本发明三相电源输出电路图。
图中：1、输出变压器电路；101、输出变压器；102、限流电阻；2、输出电参量检测电路；3、数字功放电路；4、D/A转换电路；5、主控MCU电路；6、无线通信电路；7、锂电池供电管理电路；8、保护电路；9、人机交互电路组成。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-10所示的一种用于无源二次回路的三相程控测试电源电路，
实施例一：
包括输出变压器电路1、输出电参量检测电路2、数字功放电路3、D/A转换电路4、主控MCU电路5、无线通信电路6、锂电池供电管理电路7、保护电路8和人机交互电路9，输出变压器电路1包括输出变压器101和三个限流电阻102；
输出变压器电路1的三相输入信号UA、UB和UC均与数字功放电路3的输出端电性连接，输出变压器电路1的输出电路UA/Ia、UB/Ib、UC/Ic、Ia0、Ib0、Ic0和UN信号端分别与人机交互电路9的单元电压电流输出线电性连接，输出变压器101的输出电路UA/Ia、UB/Ib、UC/Ic和UN与限流电阻两端Ia0、Ia-、Ib0、Ib-、Ic0和Ic-信号分别电性连接到输出电参量检测电路2的电压电流输入端；
数字功放电路3的输入驱动信号UAAC、UBAC和UCAC分别电性连接于D/A转换电路4的D/A输出端，数字功放电路3的过载过流保护信号UABJ_IN、UBBJ_IN和UCBJ_IN分别电性连接于保护电路8上；
主控MCU电路5的串行SPI控制总线JL-CS、JL-CLK、JL-SDO、JL-SDI和JL-RST分别电性连接于输出电参量检测电路2上，主控MCU电路5的数字接口D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15、A0和A1信号分别电性连接于D/A转换电路4，主控MCU电路5的UART串口U2RX和U2TX信号分别电性连接于无线通信电路6上，主控MCU电路5的串行SPI接口LOAD、SPI_CLK、CS_165和SPI_R信号电性连接于保护电路8上，主控MCU电路5的串行SPI与IO输入SPI_TX、SPI_CLK、CS_595和RUN-STOP信号电性连接于人机交互电路9，主控MCU电路5与锂电池供电管理电路7电性连接。
实施例二：
对各个模块之间的连接关系和原理进行分述：
S1：输出变压器电路
输出变压器电路如图2所示，变压器二次侧第一组线圈构成一个三相四线电压源输出（变压器二次侧第一组线圈通过UN把异名端连在一起构成星型接法组成三相四线电源），二次侧第二组线圈通过限流电阻将电压信号转换成电流信号形成三个独立的电流源输出（变压器第二组线圈通过限流电阻和负载回路CT相连构成三个独立的电流环，参考如图1负载部分）；
其中三相输入信号UA、UB和UC和数字功放电路部相连参考图4；
S2：输出电参量检测电
输出电参量检测电路包括电能计量单元、电压取样单元、电流取样单元和电能计量芯片，通过对输出电压电流的实时采样，精确计算三相源的输出电压有效值、电流有效值、频率值、相位值、功率值和电能值，提高三相电源输出的精度和稳定度；
电压电流输入UA/Ia、UB/Ib、UC/Ic、UN、Ia0、Ia-、Ib0、Ib-、Ic0和Ic-分别连接到输出变压器的输出端参考图2；
串行SPI控制总线JL-CS、JL-CLK、JL-SDO、JL-SDI和JL-RST分别接主控MCU电路参考图6；
S3：数字功放电
数字功放电路由输入比例放大电路、数字功放芯片电路和输出滤波电路组成，其中数字功放芯片内部包括信号调理、PWM调制、驱动和H桥转换电路，功能是完成对D/A转换信号功率放大，驱动输出变压带动三相测试源负载；
输出信号UA、UB和UC分别连接输出变压器电路参考图2；
输入驱动信号UAAC、UBAC和UCAC分别接D/A转换电路参考图5；
过载过流保护信号UABJ_IN、UBBJ_IN和UCBJ_IN分别接保护电路参考图9；
S4：D/A转换电路
D/A转换电路包括并口数据输入接口、D/A转换芯片和输出缓冲放大器；
D/A输出信号UAAC、UBAC和UCAC分别接数字功放电路参考如4；
数字接口D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15、A0和A1信号分别接主控MCU电路参考图6；
S5：主控MCU电路
主控MCU电路采用STM32F407-ZGT主控CPU，主要功能完成波形合成、D/A数模电路控制、输出电参量检测电路控制、数据处理、欠压检测、过载过流保护电路控制、无线通信命令解析、命令处理、电源控制和人机交互控制功能；
串行SPI控制总线JL-CS、JL-CLK、JL-SDO、JL-SDI和JL-RST分别接输出电参量检测电路参考图3；
数字接口D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15、A0和A1信号分别接D/A转换电路参考图5；
UART串口U2RX，U2TX信号分别无线通信电路参考图7；
串行SPI接口LOAD，SPI_CLK，CS_165，SPI_R信号接保护电路参考图9；
串行SPI和IO输入SPI_TX，SPI_CLK，CS_595，RUN-STOP信号接人机交互电路参考图10；
S6：无线通信电路
无线通信模块有蓝牙HC-05模块通过UART串口透传完成；
UART串口U2RX和U2TX信号分别接主控MCU电路参考图6；
S7：锂电池供电管理电路
锂电池供电管理电路包括锂电池充放电管理芯片IP5328P、锂电保护电路、锂电池、TYPE-C接口电路和DCDC电路（+5V转3.3V），主要完成锂电池的充放电管理、锂电欠压和过流保护，为整机其他电路提供电源能量，+5V和3.3V为供电电源，BAT+和BAT-为锂电池正负极；
S8：保护电路
三相电源过载，过流保护电路如图9所示，由保护芯片电路够成，实时接收数字功放的过载，过流报警信号；
其中UABJ_IN，UBBJ_IN，UCBJ_IN报警输入信号连接到数字功放电路参考图4；
串行SPI接口LOAD，SPI_CLK，CS_165，SPI_R信号接主控MCU电路参考图6
S9：人机交互电路
人机交互电路主要包括三相电压电流输出端子、三相电源输出按键启动/停止按钮和三相电源输出指示，主要功能方便用户操控，电源状态指示，电压电流线束连接；
输入/输出UA/Ia、UB/Ib、UC/Ic、Ia0、Ib0、Ic0和UN信号分别连接输出变压器和三相计量回路负载参考图1和图2所示；
串行SPI和IO输入SPI_TX、SPI_CLK、CS_595和RUN-STOP信号分别连接主控MCU电路参考图6所示。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者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之内。
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