一種低壓程控電源的設(shè)計(jì)

0 引言

在某些自動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域，為了滿足特殊的測(cè)試條件或測(cè)量過(guò)程，常要求在測(cè)量過(guò)程中能控制電源倒換極性或者使電源接入或脫離測(cè)量系統(tǒng)，即能夠根據(jù)測(cè)量的需要來(lái)隨時(shí)控制電源的狀態(tài)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，全控型器件的開關(guān)速度、容量及可靠性有了很大的提高，使得利用全控型器件實(shí)現(xiàn)在程序上可控的電源變得十分容易。本文結(jié)合一種測(cè)量過(guò)程的實(shí)例，給出了一種低壓可控電源的設(shè)計(jì)。

在應(yīng)用直流疊加法檢測(cè)XLPE電纜絕緣電阻的方法中[1]，為了抵消測(cè)量中干擾的影響，要求在測(cè)試過(guò)程中能變換電源的極性，而且在某段過(guò)程中，要求能完全切斷電源。我們利用電力電子器件，實(shí)現(xiàn)了一種在測(cè)量過(guò)程中可控的低壓電源，為實(shí)現(xiàn)測(cè)量的全面自動(dòng)化鋪平了道路。

1 測(cè)量電路對(duì)電源的要求

直流疊加法檢測(cè)電纜絕緣的實(shí)驗(yàn)室主接線圖如圖1所示。

圖1 測(cè)量主接線圖

在圖1中，電纜用一個(gè)電阻與一個(gè)電容的并聯(lián)電路來(lái)建立模型，1MΩ的電阻為保護(hù)水電阻，變壓器將220V的電壓升到110kV后，加到電纜上。在測(cè)量試驗(yàn)中，主要的要求是將一個(gè)50V的直流電壓疊加到電纜上，以測(cè)量出電纜的絕緣電阻R，為了減小測(cè)量誤差，需要倒換電源極性，進(jìn)行正反向兩次測(cè)量。此外，在現(xiàn)場(chǎng)由于變壓器中性點(diǎn)常通過(guò)一小電阻接地，此電阻的阻值僅為幾Ω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(yīng)用直流疊加法

檢測(cè)電纜絕緣中，通常需要的直流電壓為50V，這樣，設(shè)定中性點(diǎn)的接地電阻最小值為5Ω，通過(guò)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;此外，考慮到在測(cè)量過(guò)程中需要的開關(guān)速度，就可以選擇合適的電力電子器件了。經(jīng)過(guò)對(duì)常用全控型電力電子器件的考察，我們決定采用MOSFET來(lái)作為開關(guān)器件，選用IR公司的IRFP460。IRFP460是IR公司生產(chǎn)的高速器件，它的安全工作區(qū)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(guān)斷的電流[3]。

圖2 IRFP460的安全工作區(qū)

2 主電路設(shè)計(jì)

由于在測(cè)量過(guò)程中不僅要求能倒換電源的極性，而且要求能將電源完全脫離測(cè)量系統(tǒng)，因此，在設(shè)計(jì)中利用一全橋電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電源的極性控制及全關(guān)斷[2]。主電路如圖3所示。

圖3 電源主電路

從圖3可以看出，主電路實(shí)際上是一個(gè)整流電路及一個(gè)全橋逆變電路的組合，電源極性的倒換是通過(guò)逆變器實(shí)現(xiàn)的。這樣，就能輕松地實(shí)現(xiàn)程控電源。

3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，我們沒(méi)有采用常用的DC/DC模塊作驅(qū)動(dòng)電路電源，而是采用簡(jiǎn)單而便宜的三端穩(wěn)壓器件7824作驅(qū)動(dòng)電路電源。通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(qū)動(dòng)電源電路圖如圖4所示。

圖4 單路驅(qū)動(dòng)電路電源

在圖4中，我們模仿驅(qū)動(dòng)集成電路EXB841的內(nèi)部電路，利用電阻R1及穩(wěn)壓管D2來(lái)制造一個(gè)參考地，使得相對(duì)于參考地來(lái)說(shuō)，輸出電壓分別為+15V及-9V，參照IRFP460的器件手冊(cè)，這兩種電壓已經(jīng)能夠可靠地觸發(fā)及關(guān)斷MOSFET。驅(qū)動(dòng)控制電路采用TLP250作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制電路[4]。TLP250的邏輯表及內(nèi)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(nèi)部電路圖