基于單片機的低壓脈沖發生器研制

【摘 要】隨著經濟的迅速發展以及科學技術水平的不斷提高，我國的電力工業取得了較大程度上的進步。而在電力系統的運作過程中，往往會出現電力電纜短路或短線的故障，影響了系統的安全而有效的運行。本文主要針對基于單片機的低壓脈沖發生器進行了一定程度上的闡述。首先，對相關單片機的I/O口進行利用，使其產生出具有一定寬度以及頻率的脈沖，以此脈沖來實現對于觸發電路的控制。這樣一來，又產生了相應的觸發脈沖，而它又可以觸發MOSFET產生脈沖，最后運用專門的脈沖變壓器對其進行一定程度上的耦合，并將之輸入到相應的電纜之上。可以運用編程對相關脈沖的寬度以及周期進行一定程度上的調節。

【關鍵詞】脈沖發生器；電纜故障測距；單片機；編程；低壓脈沖法

0.引言

在電力系統運行的過程之中，往往會出現一定程度上的電纜故障，對電力系統的正常運行造成影響。因此，實現對于電力電纜故障點準確、及時而有效的確定十分重要，不僅可以對供電的可靠性進行一定程度的提高，同時也可以降低損失。目前狀況下，低壓脈沖法是人們最常使用的一種故障測距方法，其操作的基本原理如下：首先，在相應的電纜的初始段上施加一個發射脈沖，脈沖就會沿著電纜進行傳播，當遇到故障點時，就會進行反射，脈沖又會發生反向的傳播。因此，只需要對發射脈沖以及反射脈沖所需時間的時間差進行檢測，就能夠對故障點的具體位置進行確定。

目前狀況之下，產生脈沖可以采用多種方法，比如運用晶體振蕩器或者分頻器對電路進行一定程度上的控制，以此來產生相應的脈沖。但是，這種產生脈沖的方法存在較為明顯的弊端。一般情況下，它所產生的脈沖寬度較寬且在形狀上存在一定的缺陷，不僅如此，還有可能出現拖尾以及反沖的情況。這樣一來，在進行實際測試的時候就會與反射脈沖發生一定程度上的重疊從而對探測結果的準確性造成影響。本文主要針對基于單片機的低壓脈沖發生器進行了一定程度上的闡述，相比于其他產生脈沖的方法具有較大的優勢。因為它可以對脈沖的寬度以及頻率進行方便而又有效的控制，并且運用專門的脈沖變壓器進行一定程度上的耦合，再加上對于阻抗匹配網絡以及調壓裝置利用，可以實現對于上述問題的解決。

1.設計思想與原理

本文提出的設計思想是對相關單片機的I/O口進行利用，使其產生出具有一定寬度以及頻率的脈沖，以此脈沖來實現對于電路的控制。它主要分為兩個部分，分別是控制電路以及脈沖產生電路。

1.1單片機控制的優勢以及選型

通過對相應的單片機I/O口進行利用，可以有效而又簡便的產生出一定的脈沖，不僅如此，對于相應的寬度以及頻率可以進行一定程度上的調整，且其形狀相對較好。對于單片機來說，要求其足夠多的I/O口進行相應的操作，比如進行對于相關命令的接收、對于狀態指示的發送以及產生相應的觸發信號。同時，還要求其操作保持一定的速度，只有這樣，才能夠產生出寬度適宜的脈沖。最后，還要求相應的單片機擁有較強的I/O驅動的能力，這樣一來，就能夠在一定程度上對脈沖信號的穩定性進行保證。一般情況下，只有單片機的I/O操作速度達到了10MHz，才能保證達到0.1us級別的脈沖。經過我們的分析與研究，決定選擇精簡指令集的單片機，因為這種類型的單片機無論是在時鐘的周期方面還是在指令周期方面都較短，存在一定的優勢。

1.2 MOSFET觸發電路

MOSFET主要指的是電壓控制型的電力電子元件，在相應的柵極以及漏極之間進行對于電壓的施加，這樣一來，就可以在一定程度上促使源級與漏極之間相互導通，當電壓逐漸降低并達到一定的程度之后，就可以將其關閉。目前狀況下，MOSFET是市場上導通以及關聯速度最快的一種電力電子元件，它最大的特點就是具有快速通斷性，因此對其特性進行有效的利用，就能夠產生出較窄的脈沖。然而，在其柵極之處，存在著一定量的吸收電容，因此，在將其開通之時，需要對相應的電荷進行一定程度上的吸收，而在關斷時則要進行放電。這就給觸發脈沖提出了更高的要求，主要要求其具有一定的驅動能力，同時，還能在一定程度上進行電荷的吸收。一般情況下，陡升陡降的MOSFET觸發脈沖較為理想。

1.3脈沖變壓器

在運用相應的低壓脈沖法進行對于電纜故障的測距之中，一般情況下以負脈沖作為測試信號。在操作的過程之中，需要將測試電路以及電纜進行一定程度上的隔離，同時還需要與相應的阻抗有較好的匹配，只有這樣，才能夠對測試的效果進行保證。在整個的流程之中，最主要的部分就是脈沖方式。而脈沖變壓器在其中有著十分重要的作用，它可以對脈沖的電壓以及電流進行簡便而又有效的變換。這樣一來，就可以對相關脈沖的極性以及阻抗進行一定程度上的改變，并能夠實現電氣隔離。

2.實際測試

在進行對于基于單片機的低壓脈沖發生器的研究制作之后，我們還進行了相應的實際測試。首先，主要運用泰克TDS3032B示波器實現對于波形的觀察以及采集。當相應的電纜故障主要是由于斷路而引起時，反射脈沖以及發射脈沖表現出同極性。在這種情況之下，其脈沖的寬度主要置于0.14us檔，脈沖較尖，且波形呈現出良好的形狀。當電纜故障主要是由于斷路而引起時，反射脈沖以及發射脈沖表現出反極性。在這種情況下，相關脈沖的寬度主要置于0.5us檔，發射脈沖主要表現為方波。

3.結束語

本文主要針對基于單片機的低壓脈沖發生器進行了一定程度上的闡述。從單片機控制的優勢以及選型、MOSFET觸發電路以及脈沖變壓器這三個方面闡述了設計思想與原理。并對其進行了相應的實際測試。希望我們的介紹與研究能為讀者提供參考并帶來幫助。 [科]

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