本實用新型屬于PWM開關(guān)電源效率控制技術(shù)，尤其涉及一種用于CT取電電源的占空比控制電路。

背景技術(shù)：

目前，在輸電線路在線監(jiān)測中設(shè)備的供電一直是一個較為棘手的問題，常規(guī)情況下采用的是光伏取電或風能取電，但是這兩種取電方式極易受到外部環(huán)境的影響，特別是在冬天，長時間的陰天雪天都會大大降低上述電源的取電能力，產(chǎn)生較大的人力和維護成本，因此從電力線本身取電是目前解決在線監(jiān)測供電設(shè)備的一個主要思路。從電流線本身取電有兩種途徑，一是高壓取能，二是從架空防雷地線上獲取能量。從高壓線取能目前已經(jīng)比較成熟，但是由于所取能量沒有辦法送到低壓端，所以使用上受到了很多限制。因而地線取能裝置成為了解決目前輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供電問題的一種新的思路，雖然從大的原理上看，地線耦合取能和高壓耦合取能在原理上有相似之處，但是高壓耦合取能由于安裝在輸電線上，而輸電線上的電流一般都在40至50A以上，因此對于高壓取能技術(shù)來講，考慮的主要不是取電效率問題，而是如何設(shè)備在大電流情況下的安全工作問題。但是地線取能則恰恰相反，由于地線上的感應(yīng)電流屬于二次感應(yīng)，很少有超過40A的地線電流，大部分時間地線電流只有10A左右，因此通過取電鐵芯感應(yīng)出的感應(yīng)電有幾個特點：一是不穩(wěn)定，而是能量偏弱。因此，要想從如此小的地線電流中取出較大的可用功率采用增加取電鐵芯的重量，理論上講在同樣的地線電流條件下，鐵芯總量增加一倍輸出功率增加一倍，但是這樣會增加地線的承重，對輸電線路的安全可能造成負面影響，因此鐵芯的重量必須控制在一定的范圍，而且CT工作在交流電中，電源本身波動大，且整流電容的儲能作用是控制系統(tǒng)時間常數(shù)很大，目前的常用算法，如擾動觀察法、電導(dǎo)增量法、模糊邏輯控制法等，在CT取電技術(shù)中存在各種不足，存在要么系統(tǒng)復(fù)雜，硬件要求高，要么跟蹤慢、擾動大等技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是：提供一種用于CT取電電源的占空比控制電路，以解決現(xiàn)有技術(shù)采用高壓取電存在所取能量沒有辦法送到低壓端，在使用上受到了很多限制和從架空防雷地線上獲取能量存在的不穩(wěn)定及能量偏弱，增加功率得增加取電鐵芯的重量影響輸電線路安全，以及CT工作在交流電中，電源本身波動大，且整流電容的儲能作用是控制系統(tǒng)時間常數(shù)很大，目前的常用算法，如擾動觀察法、電導(dǎo)增量法、模糊邏輯控制法等，在CT取電技術(shù)中存在各種不足，存在要么系統(tǒng)復(fù)雜，硬件要求高，要么跟蹤慢、擾動大等技術(shù)問題等技術(shù)問題。

本實用新型技術(shù)方案：

一種用于CT取電電源的占空比控制電路，它包括PWM電路，輸入電壓采樣電路、輸出電壓采樣電路和輸出電流采樣電路的輸出端與微控制器的模擬量輸入端導(dǎo)線連接，微控制器的輸出端與PWM電路的開關(guān)控制端導(dǎo)線連接。

輸出電流采樣電路包括采樣電阻R和兩級運算放大器，第一級放大器與其外圍電阻構(gòu)成采樣和放大電路，第二級放大器采用射極跟隨器電路結(jié)構(gòu)。

PWM電路為具有buck功能的PWM電路。

本實用新型的有益效果：

本實用新型的主要用于PWM開關(guān)電源效率控制，使電源設(shè)備在任何輸入、輸出參數(shù)變化的情況下，通過對PWM的占空比的控制，使負荷能從電源獲取最大功率，即完成最大功率點跟蹤(MPPT)功能。而算法中采用考慮CT取電的特點引入的斜率/步長折算系數(shù)C，使MPPT成功用于CT取電，較以往的功率微擾法的固定步長跟蹤，具有更快的跟蹤速度和精度。

它適合供電電源功率受限突出而波動頻繁，輸出負載近似恒壓(蓄電池浮充備用)的應(yīng)用環(huán)境。

本實用新型采樣BUCK性能的PWM電路，其開關(guān)控制腳的開閉受到微控制器的控制；微控制器通過輸出電流采樣電路和輸出電壓采樣電路實時測量電源的輸出功率，同時通過輸入電壓采樣電路實時檢測輸入電壓的變化，當輸入電壓值小于設(shè)定值時，微控制器控制PWM電路開關(guān)控制角降低PWM電路打開時間的占空比，降低輸出平均電流值已達到降低電源的輸出功率的目的，當輸入電壓回升后，微控制器又通過提高PWM的輸出占空比達到提升輸出功率的目的，輸出控制的調(diào)整都控制在微秒級，因而可以動態(tài)調(diào)整電路的輸入和輸出間的匹配。

同時通過輸出電壓和輸出電流的測量可以判斷輸出是否出現(xiàn)了過流現(xiàn)象，當輸出電壓降低到一定值，同時出現(xiàn)輸出電流的上升，則微控制器會通過調(diào)節(jié)PWM開關(guān)控制平均輸出電流。從而實現(xiàn)輸出短路的保護。

解決了現(xiàn)有技術(shù)采用高壓取電存在所取能量沒有辦法送到低壓端，在使用上受到了很多限制和從架空防雷地線上獲取能量存在的不穩(wěn)定及能量偏弱，增加功率得增加取電鐵芯的重量影響輸電線路安全，以及CT工作在交流電中，電源本身波動大，且整流電容的儲能作用是控制系統(tǒng)時間常數(shù)很大，目前的常用算法，如擾動觀察法、電導(dǎo)增量法、模糊邏輯控制法等，在CT取電技術(shù)中存在各種不足，存在要么系統(tǒng)復(fù)雜，硬件要求高，要么跟蹤慢、擾動大等技術(shù)問題等技術(shù)問題。

附圖說明：

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型功率占空比特性曲線示意圖；

圖3為本實用新型實施例電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式：

一種用于CT取電電源的占空比控制電路，它包括PWM電路，輸入電壓采樣電路、輸出電壓采樣電路和輸出電流采樣電路的輸出端與微控制器的模擬量輸入端導(dǎo)線連接，微控制器的輸出端與PWM電路的開關(guān)控制端導(dǎo)線連接。

輸出電流采樣電路包括采樣電阻R和兩級運算放大器，第一級放大器與其外圍電阻構(gòu)成采樣和放大電路，第二級放大器采用射極跟隨器電路結(jié)構(gòu)。

PWM電路為具有buck功能的PWM電路。

具有BUCK功能的PWM電路的輸出開關(guān)控制腳接到微控制器的一個輸出口，微控制器通過輸入電壓采樣電路、輸出電壓采樣電路、輸出電流采樣電路獲取電路的輸入電壓Vin、輸出電壓Vout、輸出電流Iout。通過監(jiān)測輸入電壓的變化和輸出功率的變化調(diào)節(jié)PWM的開關(guān)頻率，從而實現(xiàn)輸入輸出的匹配。

通過分別采集PWM電路的輸出電壓和輸出電流，微控制器通過輸出電流和輸出電壓值進行判斷，當輸出電流大于輸出限值時，微控制器會自動調(diào)節(jié)PWM的開關(guān)占空比，減少平均輸出電流。此外，當輸出電壓低于其電壓設(shè)定值的下限也會觸發(fā)微控制器自動調(diào)整PWM的輸出占空比，當輸出電壓完全為0時，微控制器就的開閉占空比可以達到1:99,使得輸出平均電流降到0點附近，從而達到了輸出短路保護的目的。當輸出端的短路現(xiàn)象消失后，Vout端電壓恢復(fù)，微控制器對PWM的控制又自動回復(fù)到功率跟隨的正常狀態(tài)。

輸出電流采樣電路由采樣電阻和兩級運算放大器組成，其中第一級放大器與其外圍電阻構(gòu)成采樣和放大功能，第二級放大器采用射極跟隨器電路結(jié)構(gòu)，保證微控制器A/D采樣輸入的高阻抗。提高了電流信號的采樣精度和線性范圍。

一種用于CT取電電源的占空比控制電路的占空比控制方法，它包括：

步驟1、設(shè)PWM的第n次調(diào)節(jié)前的占空比為D(n‐1)、PWM輸出功率為P(n‐1)，第n

次調(diào)節(jié)給出的占空比為D(n)，PWM的輸出功率為Pn；

步驟2、計算前兩次調(diào)節(jié)的功率增量ΔP(n)＝P(n)‐P(n‐1)；

步驟3、計算前兩次調(diào)節(jié)的占空比增量ΔD(n)＝D(n)‐D(n‐1)；

步驟4、計算前兩次調(diào)節(jié)點的功率占空比曲線斜率K(n)＝ΔP(n)/ΔD(n)；

步驟5、計算出下一步占空比增量ΔD(n+1)＝C*K(n)，式中C為折算系數(shù)；

步驟6、計算出下一步調(diào)節(jié)(n+1次)的占空比輸出值D(n+1)＝D(n)+ΔD(n+1)。

因為在單調(diào)曲線的任一點斜率的極性，總是趨向極值點方向，以此作增量調(diào)整占空比，總能使工作點向最大功率點靠近移動。

在n+1次調(diào)節(jié)后又可獲得響應(yīng)功率，據(jù)上述算法便可獲得繼后調(diào)節(jié)值，使占空比始終往獲得最大功率方向調(diào)整，無論任何參數(shù)變化，都能是實現(xiàn)最大功率跟蹤。

另外占空比增量計算即調(diào)節(jié)的步長正比功率變化的斜率，這既提高了跟蹤的速度，又提高了跟蹤的精度。

上述算法可通過編程實現(xiàn)，程序初始化后可設(shè)P(0)＝0,D(0)＝0,D(1)＝Co(占空比初值)，輸出Co后，就可進入控制循環(huán)。

具體調(diào)節(jié)見圖2所示：設(shè)在第n次調(diào)整前，PWM的占空比為D(n‐1)，PWM對應(yīng)此看空比的輸出功率為P(n‐1)，第n次調(diào)整給出的占空比為D(n)，PWM的輸出響應(yīng)功率為P(n)。此調(diào)節(jié)產(chǎn)生使功率曲線工作點從P(n‐1)移到P(n)。這段曲線的斜率為負，經(jīng)折算系數(shù)獲得一個占空比調(diào)節(jié)負增量，使工作點向最大功率點Pm左移。

當工作點接近Pm時，斜率近零，其調(diào)整的增量近零。

任何運行參數(shù)的變化都會使工作點偏離Pm，而經(jīng)算法調(diào)整，工作點總是向Pm逐步靠近。

本實施例通過具體的電路結(jié)構(gòu)對本實用新型技術(shù)方案進一步解釋說明：

見圖3：

在本實例中，由CPU、PWM穩(wěn)壓電路、輸出電流采樣及濾波放大電路三部分組成。

整個電路的工作過程如下：

由開關(guān)電源芯片VT1、肖特基二極管V12、充電電感L1、輸出濾波電容C2、構(gòu)成了PWM穩(wěn)壓電路的輸出振蕩回路，由R3、R4構(gòu)成了PWM穩(wěn)壓電路的輸出反饋回路，通過調(diào)整R3、R4的值可以調(diào)整輸出的電壓VOUT的穩(wěn)壓值。C1作為PWM穩(wěn)壓電路的輸入濾波電容具有減小輸入干擾的作用。R7為輸出電流采樣電阻，輸出電流流經(jīng)R7時會在兩端產(chǎn)生電壓，該電壓通過由運算放大器D2、電阻R8、R9、R10和電容C3構(gòu)成的放大濾波電路，使R7兩端上幾毫伏級的弱信號變?yōu)閹装俸练綆追膹娦盘?。D2輸出的放大信號經(jīng)過由電阻R10、C4組成的低通濾波器，去除采樣信號中的高次諧波。然后通過一個由運放D1構(gòu)成的電壓跟隨器輸出，電壓跟隨器的輸出信號在經(jīng)過由R11、R12構(gòu)成的分壓電路調(diào)理到CPU的AD采樣腳可以接受的電壓范圍后送入CPU。同時CPU采集輸入電壓VIN的值(通過R1、R2進行分壓后送入)，輸出電壓VOUT的值(通過R5、R6進行分壓后送入)。

CPU通過上述方法采集輸出電流和輸出電壓算出輸出功率，配合對輸入電壓變化的監(jiān)測，經(jīng)MPPT算法按最大功率跟蹤的要求控制CTRL腳的高低電平的占空比，并把該信號輸出送到VT1的開關(guān)控制腳ON，用以控制VT1的開閉狀態(tài)，以實現(xiàn)系統(tǒng)的最大功率點跟蹤功能。