基于单片机的低压脉冲发生器设计

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摘 要 现代科技飞速发展，科学技术在人们的生产生活中发挥着越来越大的作用。在电力工业里，科学技术的应用为电力事业的发展提供了很多便利，在电力协调控制系统、电力传输、电力生产等方面使用现代化的电子设备，使电力工业的工作效率大大提升，提高了电力输送能力。但是在不断更换先进设备的同时，由于工作量增加，输电电缆会在工作过程中出现各种故障，为了避免电力电缆线在工作中出现意外，单片机的低压脉冲发生器的研制就显得非常有必要。文章就基于单片机的低压脉冲发生器的设计思路和工作原理进行讨论，为电力系统技术完善提供参考。

关键词 单片机；MOSFET触发电路；脉冲变压器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）21-0021-01

在电力系统中输电电缆如果出现故障，将会对电力系统的安全有效运行产生很大影响，这也是目前电力系统改进研究的重点问题。及时的确定电力电缆的故障点，快速排除故障，这是减少电力损耗的有效办法，同时也是保障电力输送系统的安全稳定运行的基础条件。经过研究实践表明，单片机的低压脉冲发生器能够快速的检测到电力电缆出现故障的发生点，对于人们及时发现和解决电缆故障问题提供了很好的帮助。

1 单片机的低压脉冲发生器的作用

经过工作人员的反复研究、试验和实践表明，单片机的低压脉冲发生器能够有效的检测到电力电缆中故障的发生点，从而帮助电力工作人员及时发现解决问题。对电缆的检测办法主要是在电缆线上安装一个发射脉冲，通过脉冲对电缆线的运行状况进行检测，找到故障的发生点。可是在脉冲对电缆线的检测过程中，脉冲一旦遇到故障，发生点就会出现反向传播的现象，为了更加准确的检测到故障发生点，就需要更为准确的检测脉冲的传播时间与反向传播时间的差，在这方面，单片机的低压脉冲发生器和其他的如晶体振荡器或分频器脉冲传播等方法相比较，能够发挥更好的作用。

2 单片机的低压脉冲发生器的设计思路

单片机的低压脉冲发生器主要分为控制电路和脉冲发生电路两大部分，有一套独特的设计思路原理，在此我们进行简单的论述，如图1所示。

图1 总体结构图

控制电路是一个5 V的低压电子电路系统，由以下几部分构成。

1）单片机：负责产生5 V的窄脉冲，并且控制整个装置的运行。

2）按键输入：作为人机交流的媒介，按照按键的输入信息可以对脉冲的宽度和频率进行调节。

3）LED显示：可以显示出脉冲的参数信息。

4）控制脉冲输出：通过编写程序使单片机的某一个I/O进行清零、归一的操作，从而产生方波脉冲的输出。

5）MOSFET触发电路：主要对单片机的方波信号进行放大和隔离处理。

脉冲发生电路主要在几百伏的电压下工作，其组成部分如图1所示，分为以下几部分。

1）MOSFET：它的特点在于驱动电路的设计简单，需求功率小，而且开关的速度很快，发生频率很高，能够对触发信号做出快速的反应，可以用来调控脉冲变压器的工作状况。

2）脉冲变压器：通过MOSFET的调控，在极短的时间内伴随MOSFET的关断而载止，由此产生一个电脉冲。

3）调压装置：通过调节变压器的线圈的导入匝数，对输出脉冲的电压幅值进行调节。

4）阻抗匹配网络：主要由脉冲变压器完成微调功能，以适应不同场合的需求。

3 单片机的低压脉冲发生器组件的工作原理

3.1 单片机对电路控制的优势

单片机对电路进行控制的输入和输出口，相比基于晶体振荡器和分频器脉冲而言具有更加明显的优势。通过单片机可以实现脉冲的宽度与频率的自由调节。使用单片机还能够通过输入、输出口接收到足够的信息，从而产生出较窄的脉冲，而且具有很强的驱动力，操作速度大大提升。可是在实际的工作中，一般单片机的速度只可以达到4 MHz，远不能达到10 MHz的要求，所以应该使用RISC型的单片机。

3.2 MOSFET触发电路的特点

MOSFET触发电路具有导通和关断速度快的特点，这种快速的特点能够在单片机中产生较窄的脉冲，但是在其工作中存在吸收一定电容量的现象，所以，在将MOSFET触发电路开通的时候，需要有一定的电荷吸收，在关断时则需要放电，为触电脉冲提供一定的驱动力来完成关断放电、吸收电荷的效用。从而满足检验电力电缆故障的要求。所以MOSFET触发的脉冲需要调低到零才可以实现吸附电荷的作用。在大多情况中，升降结合的MOSFET触发脉冲是比较理想的工作状态。

3.3 脉冲变压器

在进行地脉冲电缆故障检测的工作中，脉冲变压器通常是选取负脉冲进行信号检测。为了达到更好的测试效果，应该对测试电路与电缆进行隔离。脉冲是电路检测过程中重要的组成部分，使用脉冲变压器可以更好地对电压和电流进行变换以实现电气隔离的目的。

3.4 调压装置与阻抗匹配网络的功能

要实现脉冲变压器负载能力的提高，就需要有好的阻抗匹配才能够做到。阻抗匹配需要在脉冲变压器的设计过程中才能得到运行，并且起到减小脉冲发射值的作用。阻抗匹配网络可以实现调整阻抗值与输出脉冲幅值的功能，所以需要在输出电路中添设一个阻抗匹配网络。如果在电缆的故障检测工作中出现了脉冲衰减幅增大、检测到的信号越来越弱的情形，就可以使用电阻网络匹配进行解决。当出现故障的地点距离电缆出口比较远的时候，由于脉冲走过的路径较长，动力消耗较大，所以采集到的信号也比较微弱，这时可以通过增加脉冲的电压幅值进行解决。运用调压装置与阻抗匹配网络可以依据不同的电压对电缆线的长度进行设置，确保电缆线的工作状态良好。

4 总结

基于单片机的低压脉冲发生器研制可以有效的对电力电缆的故障进行检测，在上文中我们对单片机的低压脉冲发生器的设计思路和工作原理进行了分析，我们可以看出单片机对于电缆检测的重要作用。通过MOSFET触发电路和脉冲变压器的有效配合，形成了一个数字电路的控制体系，达到了人机交换的成果。在具体的操作中要根据不同的脉冲变压器的参考参数的变化，根据不同的情况使用阻抗配网对电压幅值进行调整。经过反复的实践证明，基于单片机的低压脉冲发生器对于电力电缆的检测起到很好的作用，随着我国电力事业的不断发展，这种电力检测装置将会发挥更大的作用。

参考文献

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[3]唐佣生，许建明.单片机的低压脉冲发生器研制分析[J].硅谷，2011（06）.