中心議題：

• 外加電流陰極保護係統簡介
• 半橋電壓型PWM控製方案保護的選擇
• 保護控製電路的設計

當前，城市燃氣、輸油、輸水、電力電纜、通訊光纖等埋地管線越來越密集複雜，管道防腐層由於埋地時間長而出現老化、脫落，造成管道腐蝕、穿孔，引發泄漏，爆炸等，從而造成不可估計的損失。
　　
傳(chuan)統(tong)的(de)管(guan)道(dao)防(fang)腐(fu)方(fang)法(fa)是(shi)在(zai)管(guan)道(dao)上(shang)塗(tu)上(shang)油(you)漆(qi)或(huo)纏(chan)繞(rao)複(fu)合(he)材(cai)料(liao)作(zuo)為(wei)防(fang)腐(fu)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)
，采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)防(fang)腐(fu)的(de)管(guan)道(dao)因(yin)防(fang)腐(fu)層(ceng)容(rong)易(yi)脫(tuo)落(luo)和(he)易(yi)受(shou)腐(fu)蝕(shi)，故(gu)其(qi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)短(duan)

，施(shi)工(gong)繁(fan)瑣(suo)
，防(fang)腐(fu)效(xiao)果(guo)差(cha)。現(xian)代(dai)的(de)管(guan)道(dao)防(fang)腐(fu)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)電(dian)化(hua)學(xue)原(yuan)理(li)，實(shi)行(xing)陰(yin)極(ji)保(bao)護(hu)的(de)方(fang)法(fa)
，向(xiang)被(bei)保(bao)護(hu)金(jin)屬(shu)管(guan)道(dao)通(tong)入(ru)合(he)適(shi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)，使(shi)其(qi)對(dui)於(yu)陽(yang)極(ji)接(jie)地(di)裝(zhuang)置(zhi)變(bian)成(cheng)一(yi)個(ge)大(da)陰(yin)極(ji)，對(dui)保(bao)護(hu)管(guan)道(dao)形(xing)成(cheng)保(bao)護(hu)電(dian)位(wei)，從(cong)而(er)使(shi)腐(fu)蝕(shi)降(jiang)低(di)到(dao)最(zui)低(di)限(xian)度(du)
，進(jin)而(er)延(yan)長(chang)管(guan)道(dao)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。
　　
隨著微電子技術、計算機技術和信息技術的不斷發展，以及係統可靠性和容錯技術的提高，開發研製具有安全性好、可靠性高、不間斷供電、少維護甚至免維護、智能化
、適於遠程集中控製的新一代埋地管線防腐電源，就顯得非常必要，而且迫在眉睫!這也是本文研究的關鍵所在。

外加電流陰極保護係統

congyinjibaohuyuanlizhongdezhi，youwaibuzhiliudianyuanxiangbeibaohudejinshugouzhuwushijiayinjidianliu，keshiqifashengyinjijihua
，dadaojiangdishenzhiwanquanyizhijinshufushidemude。youcijuedinglewaijiadianliuyinjibaohuxitongde3個組成部分：直流電源
，輔助陽極和被保護的陰極。如圖1為埋地管線外加電流陰極保護係統。



半橋電壓型PWM控製方案的選擇

1PWM開關變換技術簡介

隨sui著zhe功gong率lv開kai關guan器qi件jian的de全quan控kong化hua，電dian力li電dian子zi技ji術shu已yi經jing進jin入ru了le逆ni變bian時shi代dai。電dian力li開kai關guan變bian換huan技ji術shu始shi終zhong是shi電dian力li電dian子zi技ji術shu的de重zhong要yao組zu成cheng部bu分fen，也ye一yi直zhi是shi人ren們men的de重zhong點dian研yan究jiu方fang向xiang
，目mu前qian比bi較jiao有you代dai表biao性xing的de電dian力li開kai關guan變bian換huan技ji術shu有you脈mai衝chong寬kuan度du調tiao製zhi(PWM)


、脈衝頻率調製（PFM）和混合調製方式（PWM和PFM的混合）。


PWM是脈衝寬度調製(PulseWidthModulation)的簡稱，這種方式采用恒定開關頻率(即恒定開關周期)，用改變導通脈衝寬度，即通過改變Ton或Toff來改變導通比。PWM控製方式以其電路簡單、控製方便從而在DC/DC和DC/AC電路中獲得了極為廣泛的應用。脈寬調製型控製電路的基本結構如圖2所示。[page]

2電力開關變換器拓撲電路分析

PWM型電力開關變換器通常分為兩類，一類是基本的DC—DC變換器

，即通常所說的無變壓器式時間比例控製(TRC)變換器；另一類是由變壓器和開關組成的直流變換器，它是在各種基本的DC—DC變換器中嵌入變壓器以實現不同的功能要求。
　　
按照變換功能可將DC—DC變換器分為兩種，一種是電壓-電壓變換器，即這種變換器輸入是一個電壓源
，輸出也是一個電壓源。屬於這種類型的有Buck變換器、Boost變換器和Buck-Boost變換器

；一種是電流-電流變換器，即這種變換器輸入是一個電流源，輸出也是一個電流源。屬於這種類型的有Cuk變換器、帶有輸入濾波器的Buck變換器和帶有輸出濾波器的Boost變換器。

3半橋型功率變換器的工作原理


本文選用半橋電路的拓撲結構形式，采用電壓型反饋控製模式。　半橋電路的原理圖如圖3。

主電路設計

1輸入級的結構設計


在開關整流模塊中

，輸入級的結構如圖4所示。從圖中可知，此部分主要由熔斷器
、浪湧電壓抑製電路

、自動空氣開關
、合閘控製電路
、抗EMI電路等組成。

2主開關器件的選擇

目前
，在逆變電路中被廣泛應用的電力電子開關器件主要有SCR，TRIS，GTO
，GTR
，VMOSFET和IGBT。由於他們的電流容量和開關速度各不相同
，所以他們在逆變電路中其中的應用範圍也不相同。在設計中
，電源輸出功率為500W，逆變頻率為100KHz，根據以上原則，主開關器件選用VMOSFET，VMOSFET型號選擇為IRFP450。

3驅動電路的選擇

在大功率場合，VMOSFET的de驅qu動dong電dian路lu不bu論lun是shi分fen立li器qi件jian還hai是shi集ji成cheng電dian路lu，主zhu要yao采cai用yong光guang電dian耦ou合he或huo變bian壓ya器qi耦ou合he方fang式shi。而er光guang電dian耦ou合he型xing驅qu動dong電dian路lu存cun在zai抗kang幹gan擾rao能neng力li差cha，信xin號hao傳chuan輸shu頻pin率lv低di等deng缺que點dian(一般不超過20KHz)；當本電路中開關頻率為100kHz，采用變壓器耦合驅動具有經濟實用的優點。
　　
本設計中，選用變壓器驅動方式，變壓器選用的是EI-28鐵氧體磁芯(寬28mm×高20.5mm×厚11.0mm)。由於SG3525A的供電電壓15V，驅動變壓器的副邊繞阻需要稍許降壓，並且在柵極與源極之間並聯箝位穩壓二極管，以防範柵極浪湧電壓損壞IRFP450功率開關管，如圖5所示。


圖5　半橋變換器驅動電路
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控製電路設計

1電壓模式的PWM控製器SG3525A簡介

benshejizhongdemaikuantiaozhiqishianfankuidianyatiaojiemaikuande。zaimaikuanbijiaoqideshuruduanzhijieyongliuguoshuchudianganxianquandianyadexinhaoyuwuchafangdaqishuchuxinhaojinxingbijiao，congertiaojiezhankongbishishuchudedianyagensuiwuchadianyabianhuaerbianhua。kongzhiqiSG1525/7A是目前比較理想的新型的控製器

，其中3字頭編號(如3525/7)為民用品，是美國矽通公司率先製造出來的。我國相應的型號為CW1525A和CW1327。SG3525A是標準的16腳DIP封裝芯片。

2SG3525A控製電路

SG3525A的接法見圖6。



監控係統設計

1監控係統的硬件設計

監控係統的硬件結構框圖如圖7所示：


圖7硬件結構框圖

監控係統選用SCB-31-5計算機板和通用鍵盤顯示板。
　　
SCB-31-5的資源有8031、74LS373、2764
、6264、ADC0809、DAC0832各一片

，時鍾為6MHz；通用鍵盤顯示采用8279(通用鍵盤/顯示接口芯片)。8279能與8031的數據總線直接連接

，不占用CPU時間
，能自動完成掃描顯示。

2監控係統軟件設計

本監控係統的任務主要是完成如下功能：
　　(1)實現防腐電源輸出電壓給定信號的設置
；
　　(2)顯示采樣電壓；
　　(3)顯示采樣電流；
　　(4)顯示當前功率值。

本(ben)設(she)計(ji)根(gen)據(ju)陰(yin)極(ji)保(bao)護(hu)工(gong)藝(yi)的(de)要(yao)求(qiu)，研(yan)究(jiu)了(le)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)，並(bing)結(jie)合(he)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)，設(she)計(ji)出(chu)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)防(fang)腐(fu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)以(yi)代(dai)替(ti)老(lao)式(shi)的(de)相(xiang)控(kong)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)。該(gai)設(she)計(ji)簡(jian)單(dan)、可靠，且成本低，可廣泛用於埋地管線防腐工程。