1 引言
　　當直流電壓作用于絕緣物上時粟宣，所產生的電流是由充電電流、吸收電流和泄漏電流三部分組成的，其中充電電流及吸收電流隨時間而由大變小缤灵，只有泄漏電流與時間無關。
　　絕緣電阻測試就是通過儀表測量電氣設備的泄漏電流值蓝晒，通常儀表將這一電流值顯示為絕緣電阻值(MΩ)腮出。為了減小測試初始充電電流的影響，一般取加壓1min后的絕緣電阻值為測量值R60;如果同時讀出加壓15s時的數值R15芝薇，則可求出吸收比K=R60/R15胚嘲，吸收比對反映大型電力變壓器局部缺陷較為靈敏，如變壓器油內含有水分洛二，套管及線圈局部弱點或臟污等馋劈。
　　絕緣電阻和吸收比均是判斷絕緣物是否受潮的靈敏指標。
　　絕緣電阻試驗使用的儀器主要是兆歐表晾嘶，俗稱搖表妓雾。傳統(tǒng)兆歐表通過手搖發(fā)電機發(fā)出的直流電壓有500V，1000V垒迂，2500V等幾種屁坛，絕緣電阻的測量范圍也因兆歐表型號而異，試驗時應根據需要選用不同型號或者不同電壓等級的兆歐表笨拯。在使用手搖式兆歐表時宽缎，使用者還應盡量保持手搖速度在額定轉速120r/min左右，因此虚缘，使用時多有不便奕喻。
　　本文提到的便攜式絕緣電阻測試儀用12V蓄電池供電您奶，經單端反激式開關電源可產生穩(wěn)定的500V，1000V摧篱，1500V晋鼓，2000V和2500V系列電壓，另由單片機系統(tǒng)進行測量采樣松苹，數據處理和顯示控制摘链。具有體積小，重量輕丘多，響應快等特點岗努。下面主要介紹其電源部分的電路原理和制作方法。
　　2 電源電路的組成和工作原理
　　圖1所示為數字絕緣電阻測試儀用高壓直流電源的電路原理谢鹊。電源為12V蓄電池算吩，要求在10V以上時仍能保證系統(tǒng)正常工作，開關器件選用了TWH8751型開關集成電路佃扼。針對電路輸出功率小偎巢，輸出電壓高，體積小等特點兼耀，采用了單端反激式的變換器拓撲压昼，高頻開關變壓器的次級繞組有對應直流500V，1000V瘤运，1500V窍霞，2000V和2500V的5組抽頭，可由用戶根據需要選擇聯(lián)動多投旋鈕開關的檔位拯坟，以對次級繞組抽頭和相對應的輸出電壓采樣電阻進行同時切換但金。根據對輸出電壓和電流的采樣，控制電路將及時改變開關器件的導通寬度似谁，從而穩(wěn)定地輸出期望電壓傲绣，并提供了過壓過流保護。
　　

　　圖1 絕緣電阻特性測試儀用高壓直流電源原理圖
　　2.1 TWH8751開關集成電路
　　TWH8751功率開關集成電路采用TOP-220封裝形式钓赛，內電路由輸入級待鲤，緩沖放大器和達林頓功率輸出級組成，并設有反饋環(huán)路和減流型輸出保護電路勃说，通用性強狞饮。共有5個引出腳，如圖1中相應部分的標識所示痒塞，管腳功能分別為：輸入端(IN)佣各，選通端(ST)，地端(GND)洪磕，輸出端(OUT)和電源正端(VCC)指胡。當腳2選通端電平≥1.6V時诲有，腳1輸入端對輸出端(腳4)無控制作用，即末級達林頓管截止橘忿，電路無輸出;只有腳2為低電平(<1.2V)時药封，加在腳1上的信號才能有效地控制腳4輸出端的電平。
　　TWH8751的輸入端和選通端所需輸入控制電流很小侯选，僅100～200μA,而輸出端允許通過的最大電流為2A吠谢。內部另設有減流型保護電路，當輸出電流超過3A時诗茎，保護電路能自動使輸出電流減至1A左右工坊，在使輸出截止后，集成開關電路將重新恢復至2A的輸出負載能力敢订。
　　本例中王污，將腳2接地，使得腳4的輸出受腳1直接控制枢析。腳5和電源之間的電阻R6起限流作用玉掸，是必須使用的刃麸，約50Ω左右醒叁。TL494的開關控制信號也經過了限流電阻R7，起到減小芯片工作功率泊业，以利于散熱的作用把沼。
　　由于系統(tǒng)本身功率較小，只要求開關器件能夠承受兩倍于電源電壓的反向電壓吁伺，因此饮睬，開關管的選擇范圍很大，也可以選用MOS管或IGBT谷培，但由于它們柵漏極間都存在較大結電容卦瘤，對開關速度造成了較大影響，而且還需要保持較高的驅動電壓藤侦，并必須考慮柵漏極間的靜電保護瑰氨。實驗對比也表明TWH8751在本系統(tǒng)條件下具有良好的開關特性和寬闊的輸入電壓適應范圍，電路也相當簡潔樊何。因此特血，選用TWH8751開關集成電路是適宜的。
　　2.2 脈寬調制控制電路部分
　　TL494是一成熟的定頻脈沖寬度調制集成電路秀彤，芯片內部結構及其具體功能不再贅述猜著。結合圖1對本系統(tǒng)中相應部分做一簡單介紹。
　　系統(tǒng)脈沖頻率可由C1和R1根據式(1)近似確定笙吠，
　　

　　合理搭配計時電阻和電容的值可提高基準電壓的精度和系統(tǒng)帶負載的能力禀锋。本例中C1取0.01μF垄暗，fosc調整為30kHz左右。芯片腳13輸出控制端接地禀综，使其內部兩個輸出晶體管以同步方式雙端輸出郎哭，保證了輸出電流。若開關管選用IGBT菇存，則驅動信號無需放大而由其直接驅動;腳4的死區(qū)控制電壓則用于限制開關器件的最大導通時間夸研，當ton=T/2時，開關管端電壓最大為2倍電源電壓依鸥，當導通時間增大時亥至，就需要選用更高耐壓的開關管了。
　　圖1中R19為一精密小電阻贱迟，用于采樣負載電流姐扮，與TL494片內誤差放大器之一組成一個比較器，進行輸出過流保護衣吠。R9茶敏，R10和C4則構成一個模擬PI調節(jié)器，用于輸出電壓負反饋的穩(wěn)定調節(jié)缚俏，R11為PI調節(jié)器的平衡電阻惊搏。R13～R17上的反饋電壓期望值應為5V，據此可計算出R13～R17的電阻值忧换，例如在圖1所標示的選擇開關模式下减点，就應滿足
　　R14/(R14+R18)=5V/1000V (2)
　　其中，R18應該選擇的足夠大倔晚，以減小其對負載的分流街粟，從而提高整個系統(tǒng)的效率。
　　電路中穩(wěn)壓管D2用于對控制部分的過壓保護封均，以防止在開關切換時高電壓的串入稍圾。
　　2.3 變換器部分
　　變換器采用單端反激方式，因為該拓撲可以方便地升壓或降壓篇臭，特別適宜小功率場合钠彬。圖1中，當開關管導通時隧蜀，蓄電池電壓便加到變壓器T1的初級繞組上捂旨，于是在次級繞組上感應出下正上負的電壓來，整流二極管D1呈截止狀態(tài)素矛，電能只能以磁能的形式儲存在變壓器中;而當開關管截止時憨琅，次級繞組電壓方向變?yōu)樯险仑摚鞫O管D1導通，磁場儲能便通過二極管向負載釋放叙谨。在整個工作過程中温鸽，變壓器既起到升壓的作用，也起到儲能電感的作用手负。
　　電路參數應保證電路工作在磁化電流連續(xù)模式下涤垫，即在開關管截止時間toff結束時，次邊電流仍大于零竟终，理論上這意味著需要相對提高變壓器初級電感L1或增加開關管的導通時間ton蝠猬，以利于增大儲能。另一方面為了保證變壓器的磁通復位统捶，防止鐵心磁飽和造成開關管的損壞榆芦，又需要為開關管截止時間留有裕量。實際系統(tǒng)則需多方兼顧喘鸟，優(yōu)化匹配各個參數匆绣，可利用式(3)做定性的參考，只要滿足　　
　　

　　系統(tǒng)就進入磁化電流連續(xù)狀態(tài)什黑，輸出電壓與負載大小無關崎淳。只要滿足
　　

　　那么就滿足伏秒平衡條件，磁通便能復位伺罗。
　　式中：N1為變壓器初級繞組匝數;
　　N2為變壓器次級繞組匝數;
　　L1為變壓器初級繞組的等效電感;
　　RL為輸出端等效負載的電阻;
　　Vo為輸出直流電壓;
　　Vi為變壓器輸入電壓寨衣，即蓄電池電壓。
　　對變壓器初級繞組電感L1的計算尽架，應按照輸出電壓最小值即500V設計泽中，因為，此時對應的電感量最大糜罢，確定初級繞組匝數后，再根據式(4)計算出次級相對應的各繞組匝數榄缸。
　　根據實驗蛹吱，本電源初級匝數N1為4匝，次級則是按照每200匝一個抽頭涌疲，合計N2為1000匝晨每。鐵氧體磁芯選擇PQ2020型，磁芯材料與日本H7C4磁芯材料相當九昵。
　　3 工藝結構設計
　　高壓電源中對于高壓部分的處理所脉，低電位部分的布線，電路元器件的選擇和布置育韩，控制板的布局等都必須有適當的絕緣考慮克蚂，同時開關電源特有的噪聲問題等，使得高壓電源系統(tǒng)的結構設計成為一個非常棘手的問題，需要一定的制作經驗埃叭。
　　電路中的核心部件高壓變壓器由于電壓高摸恍，匝數多，導線細赤屋，相鄰導線間隔很窄立镶，線間及層間都有很大的寄生電容，使每個周期中經此電容充放電的能量很大类早，但這些能量并沒有在次邊被完全消耗掉媚媒，而是在初級開關管產生了很大的損耗，并產生較大噪聲涩僻。因此欣范，初級繞組應采用蜂房式或分段式繞制方法，以減少寄生電容令哟。而且最好將初級繞組繞在次級外層恼琼，以減小漏感，并便于調試瓜收。
　　為了防止高壓打火翼抡，在高電壓周圍的元器件切忌有尖角出現，并應保持適當的空間距離箭雪，變壓器磁芯選用內芯為圓柱形的鐵氧體磁芯响奋，在空間允許的條件小，還應盡可能加大層間絕緣紙的厚度濒秸，抽頭處經由絕緣套管引出救眯。制作好后的變壓器還應多次浸漆并以硅橡膠灌封，以提高絕緣性能邢垮。
　　同時观昂，凡經受高di/dt，dv/dt的元器件(開關管黔攀，變壓器和快速恢復二極管D1)回路中的連線應盡可能短疾练，以減小電磁干擾源的有效區(qū)域和電路損耗。
　　最后整個電路板可以裝在一個屏蔽盒里膛胜，以降低對鄰近電子設備的干擾缔莲。
　　4 結語
　　通過仔細的設計與調試，此高壓電源實測輸出電壓最大誤差為2‰霉旗，啟動時間小于1s痴奏，完全能夠滿足應用對象的需求，并具有體積小厌秒，重量輕读拆，響應快等特點擅憔。如進一步提高輸出功率和系統(tǒng)效率，還可將高壓電源應用于很多場合建椰，如靜電復印機雕欺、靜電噴漆機、通信機等棉姐。

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