關於低壓程控電源中心議題

• 測量電路對電源的要求
• 驅動電路與控製電路的接口

關於低壓程控電源解決方案

• 三端穩壓器件7824作驅動電路電源
• 過電流保護電路設計
• 過電壓保護電路設計

在zai某mou些xie自zi動dong測ce量liang領ling域yu，為wei了le滿man足zu特te殊shu的de測ce試shi條tiao件jian或huo測ce量liang過guo程cheng，常chang要yao求qiu在zai測ce量liang過guo程cheng中zhong能neng控kong製zhi電dian源yuan倒dao換huan極ji性xing或huo者zhe使shi電dian源yuan接jie入ru或huo脫tuo離li測ce量liang係xi統tong
，即ji能neng夠gou根gen據ju測ce量liang的de需xu要yao來lai隨sui時shi控kong製zhi電dian源yuan的de狀zhuang態tai。隨sui著zhe電dian力li電dian子zi技ji術shu的de發fa展zhan，全quan控kong型xing器qi件jian的de開kai關guan速su度du、容rong量liang及ji可ke靠kao性xing有you了le很hen大da的de提ti高gao，使shi得de利li用yong全quan控kong型xing器qi件jian實shi現xian在zai程cheng序xu上shang可ke控kong的de電dian源yuan變bian得de十shi分fen容rong易yi。本ben文wen結jie合he一yi種zhong測ce量liang過guo程cheng的de實shi例li，給gei出chu了le一yi種zhong低di壓ya可ke控kong電dian源yuan的de設she計ji。

在應用直流疊加法檢測XLPE電纜絕緣電阻的方法中[1]，為wei了le抵di消xiao測ce量liang中zhong幹gan擾rao的de影ying響xiang，要yao求qiu在zai測ce試shi過guo程cheng中zhong能neng變bian換huan電dian源yuan的de極ji性xing，而er且qie在zai某mou段duan過guo程cheng中zhong，要yao求qiu能neng完wan全quan切qie斷duan電dian源yuan。我wo們men利li用yong電dian力li電dian子zi器qi件jian
，實shi現xian了le一yi種zhong在zai測ce量liang過guo程cheng中zhong可ke控kong的de低di壓ya電dian源yuan
，為wei實shi現xian測ce量liang的de全quan麵mian自zi動dong化hua鋪pu平ping了le道dao路lu。

1    測量電路對電源的要求

直流疊加法檢測電纜絕緣的實驗室主接線圖如圖1所示。

圖1    測量主接線圖

在圖1中，電纜用一個電阻與一個電容的並聯電路來建立模型
，1MΩ的電阻為保護水電阻，變壓器將220V的電壓升到110kV後，加到電纜上。在測量試驗中，主要的要求是將一個50V的直流電壓疊加到電纜上，以測量出電纜的絕緣電阻R，weilejianxiaoceliangwucha
，xuyaodaohuandianyuanjixing，jinxingzhengfanxiangliangciceliang。ciwai，zaixianchangyouyubianyaqizhongxingdianchangtongguoyixiaodianzujiedi
，cidianzudezuzhijinweijiΩ到十幾Ω，為了能將直流電源疊加到電纜上，直流電源必須能提供足夠大的電流。在應用直流疊加法

檢測電纜絕緣中，通常需要的直流電壓為50V
，這樣
，設定中性點的接地電阻最小值為5Ω，通過歐姆定律我們可以得出
，直流電源至少要能夠提供10A的電流；此ci外wai
，考kao慮lv到dao在zai測ce量liang過guo程cheng中zhong需xu要yao的de開kai關guan速su度du

，就jiu可ke以yi選xuan擇ze合he適shi的de電dian力li電dian子zi器qi件jian了le。經jing過guo對dui常chang用yong全quan控kong型xing電dian力li電dian子zi器qi件jian的de考kao察cha，我wo們men決jue定ding采cai用yongMOSFET來作為開關器件，選用IR公司的IRFP460。IRFP460是IR公司生產的高速器件，它的安全工作區如圖2所示
，在圖2中我們可以看出，在50V的情況下，10A是它可以安全關斷的電流[3]。

圖2    IRFP460的安全工作區

2    主電路設計

由(you)於(yu)在(zai)測(ce)量(liang)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)僅(jin)要(yao)求(qiu)能(neng)倒(dao)換(huan)電(dian)源(yuan)的(de)極(ji)性(xing)，而(er)且(qie)要(yao)求(qiu)能(neng)將(jiang)電(dian)源(yuan)完(wan)全(quan)脫(tuo)離(li)測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)，因(yin)此(ci)，在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)利(li)用(yong)一(yi)全(quan)橋(qiao)電(dian)路(lu)來(lai)實(shi)現(xian)電(dian)源(yuan)的(de)極(ji)性(xing)控(kong)製(zhi)及(ji)全(quan)關(guan)斷(duan)[2]。主電路如圖3所示。

圖3    電源主電路

從圖3可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，主(zhu)電(dian)路(lu)實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)一(yi)個(ge)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)及(ji)一(yi)個(ge)全(quan)橋(qiao)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)的(de)組(zu)合(he)，電(dian)源(yuan)極(ji)性(xing)的(de)倒(dao)換(huan)是(shi)通(tong)過(guo)逆(ni)變(bian)器(qi)實(shi)現(xian)的(de)。這(zhe)樣(yang)
，就(jiu)能(neng)輕(qing)鬆(song)地(di)實(shi)現(xian)程(cheng)控(kong)電(dian)源(yuan)。[page]

3    驅動電路設計

在設計中，我們沒有采用常用的DC/DC模塊作驅動電路電源
，而是采用簡單而便宜的三端穩壓器件7824作驅動電路電源。通過實驗說明
，它在可靠性下降不大的情況下使成本下降了3/4。一路驅動電源電路圖如圖4所示。

圖4    單路驅動電路電源

在圖4中
，我們模仿驅動集成電路EXB841的內部電路，利用電阻R1及穩壓管D2來製造一個參考地，使得相對於參考地來說，輸出電壓分別為＋15V及－9V，參照IRFP460的器件手冊，這兩種電壓已經能夠可靠地觸發及關斷MOSFET。驅動控製電路采用TLP250作為驅動信號的控製電路[4]。TLP250的邏輯表及內部電路分別如表1及圖5所示。

表1    TLP250邏輯表 InputLED V1 V2

圖5    TLP250內部電路圖

從表1及圖5可以看出
，在提供了驅動電源後，利用TLP250就可以很容易地實現驅動電路與主電路的接口，當光耦導通時，V1導通
，VCC近似等於Vo
，此時輸出到MOSFET上的柵漏電壓近似為15V；當光耦截止時，V2導通
，Vo近似等於GND，此時輸出到MOSFET上的柵漏電壓近似為－9V。

4    驅動電路與控製電路的接口

由於在本設計中，采用單片機作為測量係統的核心，因此，控製電路的核心也采用單片機，為了節約單片機的IO口，采用一片74LS175作為控製信號的鎖存器。驅動電路與控製電路的接口電路如圖6所示。

在圖6中，AD0—AD3為低四位數據總線，CLK2為譯碼器與單片機讀寫信號配合給出的觸發信號。在測量過程中
，當需要改變電源的狀態時，直接將數據寫入到74LS175中(zhong)並(bing)鎖(suo)存(cun)
，就(jiu)可(ke)以(yi)據(ju)此(ci)控(kong)製(zhi)各(ge)個(ge)橋(qiao)臂(bi)的(de)導(dao)通(tong)與(yu)關(guan)斷(duan)。在(zai)此(ci)需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，在(zai)調(tiao)試(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)一(yi)定(ding)不(bu)要(yao)給(gei)出(chu)錯(cuo)誤(wu)的(de)數(shu)據(ju)，造(zao)成(cheng)橋(qiao)臂(bi)直(zhi)通(tong)，從(cong)而(er)使(shi)得(de)MOSFET永久損壞。

圖6    驅動電路與控製電路接口電路

5    保護電路設計

5．1    過電壓保護電路設計

在本設計中，由於電源容量僅為500W，因此
，可以采用簡單的RC吸收電路。電路圖如圖7所示。

圖7    RC吸收電路

將圖7所示的電路並聯到MOSFET兩端即可有效限製衝擊過電壓。電容的參數可以通過實測來計算，也可以簡單地選取MOSFET極間電容的2倍

，電阻的參數與開關頻率有關。

5．2    過電流保護電路設計

在本設計中
，由於電源容量不大，因此，考慮采用晶體管過電流保護電路，如圖8所示。

在圖8中，R1—R10為1Ω的標準電阻，功率為2W
，當電流超過預定值時

，在並聯電阻上的壓降超過0.7V，三極管導通，此時
，MOSFET將因柵源極間承受反向電壓而截止，從而切斷主電路；當電流值正常時，MOSFET正常導通，不會影響電路的正常工作。這種電路的缺點在於，如果電路中出現時斷時續的過電流時，MOSFET將會不斷地動作。為此，在圖3中還加入了其他保護元器件。

圖8    過電流保護電路

從圖3可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)主(zhu)電(dian)路(lu)整(zheng)流(liu)側(ce)過(guo)流(liu)損(sun)壞(huai)，在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)副(fu)邊(bian)設(she)置(zhi)了(le)空(kong)氣(qi)開(kai)關(guan)。在(zai)此(ci)需(xu)要(yao)說(shuo)明(ming)的(de)是(shi)，此(ci)開(kai)關(guan)不(bu)能(neng)設(she)置(zhi)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)原(yuan)邊(bian)，以(yi)避(bi)免(mian)因(yin)勵(li)磁(ci)湧(yong)流(liu)而(er)誤(wu)動(dong)作(zuo)。在(zai)逆(ni)變(bian)部(bu)分(fen)還(hai)加(jia)入(ru)了(le)小(xiao)電(dian)感(gan)，以(yi)防(fang)止(zhi)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)造(zao)成(cheng)的(de)損(sun)壞(huai)，串(chuan)入(ru)快(kuai)速(su)熔(rong)斷(duan)器(qi)作(zuo)為(wei)晶(jing)體(ti)管(guan)過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)的(de)後(hou)備(bei)保(bao)護(hu)。

MOSFET管柵源極間的保護電路在很多文獻中已經給出

，在此不再多述[3]。

6    結語

將MOSFETyingyongyuzidongcelianglingyu，caiyongdanpianjizuoweiceliangxitongdehexin，chenggongjiejuelezidongceliangguochengzhongxuyaokongzhidianyuanzhuangtaidewenti。liyongcidianlubujinkeyizidongdaohuandianyuanjixingjishixiandianyuandechengkongguanduan
，erqie，zaiMOSFET開關頻率允許的前提下

，還可以利用此電路編程實現任意的SPWM波形。

此設計結構緊湊
，可控性高，且成本較低，在測量試驗中取得了滿意的效果
，體現了程序控製的優勢。