本文提到的便攜式絕緣電阻測試儀用12V蓄電池供電举畸，經(jīng)單端反激式開關(guān)電源可產(chǎn)生穩(wěn)定的500V查排，1000V，1500V抄沮，2000V和2500V系列電壓跋核，另由單片機系統(tǒng)進行測量采樣，數(shù)據(jù)處理和顯示控制叛买。具有體積小砂代，重量輕蹋订，響應(yīng)快等特點。下面主要介紹其電源部分的電路原理和制作方法刻伊。
1 引言
　　　當(dāng)直流電壓作用于絕緣物上時露戒，所產(chǎn)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捶箱，其中充電電流及吸收電流隨時間而由大變小趋肖，只有泄漏電流與時間無關(guān)。
　　　絕緣電阻測試就是通過儀表測量電氣設(shè)備的泄漏電流值相脱，通常儀表將這一電流值顯示為絕緣電阻值(MΩ)乍询。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(shù)值R15绅拢，則可求出吸收比K=R60/R15泳嵌，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(nèi)含有水分猾灰，套管及線圈局部弱點或臟污等。
　　　絕緣電阻和吸收比均是判斷絕緣物是否受潮的靈敏指標存站。
　　　絕緣電阻試驗使用的儀器主要是兆歐表萌小，俗稱搖表。傳統(tǒng)兆歐表通過手搖發(fā)電機發(fā)出的直流電壓有500V滚曾，1000V狱心，2500V等幾種，絕緣電阻的測量范圍也因兆歐表型號而異制依，試驗時應(yīng)根據(jù)需要選用不同型號或者不同電壓等級的兆歐表音诫。在使用手搖式兆歐表時，使用者還應(yīng)盡量保持手搖速度在額定轉(zhuǎn)速120r/min左右雪位，因此竭钝，使用時多有不便。
　　　本文提到的便攜式絕緣電阻測試儀用12V蓄電池供電雹洗，經(jīng)單端反激式開關(guān)電源可產(chǎn)生穩(wěn)定的500V香罐，1000V，1500V时肿，2000V和2500V系列電壓庇茫，另由單片機系統(tǒng)進行測量采樣，數(shù)據(jù)處理和顯示控制螃成。具有體積小旦签，重量輕，響應(yīng)快等特點寸宏。下面主要介紹其電源部分的電路原理和制作方法宁炫。
　　2 電源電路的組成和工作原理
　　　圖1所示為數(shù)字絕緣電阻測試儀用高壓直流電源的電路原理偿曙。電源為12V蓄電池，要求在10V以上時仍能保證系統(tǒng)正常工作淋淀，開關(guān)器件選用了TWH8751型開關(guān)集成電路馁胁。針對電路輸出功率小，輸出電壓高萍卑，體積小等特點六主，采用了單端反激式的變換器拓撲，高頻開關(guān)變壓器的次級繞組有對應(yīng)直流500V爬韧，1000V篱掌，1500V，2000V和2500V的5組抽頭奏喜，可由用戶根據(jù)需要選擇聯(lián)動多投旋鈕開關(guān)的檔位耿窍，以對次級繞組抽頭和相對應(yīng)的輸出電壓采樣電阻進行同時切換。根據(jù)對輸出電壓和電流的采樣效益，控制電路將及時改變開關(guān)器件的導(dǎo)通寬度较搔，從而穩(wěn)定地輸出期望電壓，并提供了過壓過流保護缔道。
　　

　　　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(guān)集成電路
　　　TWH8751功率開關(guān)集成電路采用TOP-220封裝形式屈淫，內(nèi)電路由輸入級，緩沖放大器和達林頓功率輸出級組成享甸，并設(shè)有反饋環(huán)路和減流型輸出保護電路截碴，通用性強。共有5個引出腳蛉威，如圖1中相應(yīng)部分的標識所示日丹，管腳功能分別為：輸入端(IN)，選通端(ST)蚯嫌，地端(GND)哲虾，輸出端(OUT)和電源正端(VCC)。當(dāng)腳2選通端電平≥1.6V時择示，腳1輸入端對輸出端(腳4)無控制作用妒牙，即末級達林頓管截止，電路無輸出;只有腳2為低電平(<1.2V)時对妄，加在腳1上的信號才能有效地控制腳4輸出端的電平湘今。
　　　TWH8751的輸入端和選通端所需輸入控制電流很小，僅100～200μA,而輸出端允許通過的最大電流為2A剪菱。內(nèi)部另設(shè)有減流型保護電路摩瞎，當(dāng)輸出電流超過3A時，保護電路能自動使輸出電流減至1A左右渗某，在使輸出截止后磕糙，集成開關(guān)電路將重新恢復(fù)至2A的輸出負載能力劫陌。
　　　本例中，將腳2接地晶睦，使得腳4的輸出受腳1直接控制碱框。腳5和電源之間的電阻R6起限流作用，是必須使用的爱茫，約50Ω左右册灾。TL494的開關(guān)控制信號也經(jīng)過了限流電阻R7，起到減小芯片工作功率慰沸，以利于散熱的作用拷拗。
　　　由于系統(tǒng)本身功率較小，只要求開關(guān)器件能夠承受兩倍于電源電壓的反向電壓磷像，因此涩霞，開關(guān)管的選擇范圍很大，也可以選用MOS管或IGBT邦匆，但由于它們柵漏極間都存在較大結(jié)電容睦绍，對開關(guān)速度造成了較大影響，而且還需要保持較高的驅(qū)動電壓涉波，并必須考慮柵漏極間的靜電保護英上。實驗對比也表明TWH8751在本系統(tǒng)條件下具有良好的開關(guān)特性和寬闊的輸入電壓適應(yīng)范圍，電路也相當(dāng)簡潔怠蹂。因此，選用TWH8751開關(guān)集成電路是適宜的少态。
　　2.2 脈寬調(diào)制控制電路部分
　　　TL494是一成熟的定頻脈沖寬度調(diào)制集成電路城侧，芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其具體功能不再贅述。結(jié)合圖1對本系統(tǒng)中相應(yīng)部分做一簡單介紹彼妻。
　　　系統(tǒng)脈沖頻率可由C1和R1根據(jù)式(1)近似確定嫌佑，
　　

　　 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。本例中C1取0.01μF侨歉，fosc調(diào)整為30kHz左右屋摇。芯片腳13輸出控制端接地，使其內(nèi)部兩個輸出晶體管以同步方式雙端輸出幽邓，保證了輸出電流炮温。若開關(guān)管選用IGBT，則驅(qū)動信號無需放大而由其直接驅(qū)動;腳4的死區(qū)控制電壓則用于限制開關(guān)器件的最大導(dǎo)通時間核必，當(dāng)ton=T/2時茸汇，開關(guān)管端電壓最大為2倍電源電壓，當(dāng)導(dǎo)通時間增大時荒鳖，就需要選用更高耐壓的開關(guān)管了居饵。
　　　圖1中R19為一精密小電阻蛔交，用于采樣負載電流，與TL494片內(nèi)誤差放大器之一組成一個比較器减严，進行輸出過流保護镐访。R9，R10和C4則構(gòu)成一個模擬PI調(diào)節(jié)器肮碗，用于輸出電壓負反饋的穩(wěn)定調(diào)節(jié)限榆，R11為PI調(diào)節(jié)器的平衡電阻。R13～R17上的反饋電壓期望值應(yīng)為5V贰往，據(jù)此可計算出R13～R17的電阻值赵椰，例如在圖1所標示的選擇開關(guān)模式下，就應(yīng)滿足
　　　R14/(R14+R18)=5V/1000V (2)
　　　其中伊厉，R18應(yīng)該選擇的足夠大姜钳，以減小其對負載的分流，從而提高整個系統(tǒng)的效率形耗。
　　　電路中穩(wěn)壓管D2用于對控制部分的過壓保護哥桥，以防止在開關(guān)切換時高電壓的串入。
　　2.3 變換器部分
　　　變換器采用單端反激方式激涤，因為該拓撲可以方便地升壓或降壓拟糕，特別適宜小功率場合。圖1中倦踢，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時送滞，蓄電池電壓便加到變壓器T1的初級繞組上，于是在次級繞組上感應(yīng)出下正上負的電壓來辱挥，整流二極管D1呈截止狀態(tài)犁嗅，電能只能以磁能的形式儲存在變壓器中;而當(dāng)開關(guān)管截止時，次級繞組電壓方向變?yōu)樯险仑撐畹猓鞫O管D1導(dǎo)通褂微，磁場儲能便通過二極管向負載釋放。在整個工作過程中园爷，變壓器既起到升壓的作用宠蚂，也起到儲能電感的作用。
　　　電路參數(shù)應(yīng)保證電路工作在磁化電流連續(xù)模式下卷芜，即在開關(guān)管截止時間toff結(jié)束時夷朽，次邊電流仍大于零，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(guān)管的導(dǎo)通時間ton元粹，以利于增大儲能增荐。另一方面為了保證變壓器的磁通復(fù)位，防止鐵心磁飽和造成開關(guān)管的損壞嫡境，又需要為開關(guān)管截止時間留有裕量贯森。實際系統(tǒng)則需多方兼顧稼那，優(yōu)化匹配各個參數(shù)，可利用式(3)做定性的參考沛目，只要滿足　　
　　

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

　　 那么就滿足伏秒平衡條件莲赐，磁通便能復(fù)位硼县。
　　　式中：N1為變壓器初級繞組匝數(shù);
　　　N2為變壓器次級繞組匝數(shù);
　　　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，即蓄電池電壓访递。
　　　對變壓器初級繞組電感L1的計算晦嵌，應(yīng)按照輸出電壓最小值即500V設(shè)計，因為拷姿，此時對應(yīng)的電感量最大惭载，確定初級繞組匝數(shù)后，再根據(jù)式(4)計算出次級相對應(yīng)的各繞組匝數(shù)响巢。
　　　根據(jù)實驗描滔，本電源初級匝數(shù)N1為4匝，次級則是按照每200匝一個抽頭踪古，合計N2為1000匝含长。鐵氧體磁芯選擇PQ2020型，磁芯材料與日本H7C4磁芯材料相當(dāng)伏穆。
　　3 工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　　高壓電源中對于高壓部分的處理拘泞，低電位部分的布線，電路元器件的選擇和布置枕扫，控制板的布局等都必須有適當(dāng)?shù)慕^緣考慮陪腌，同時開關(guān)電源特有的噪聲問題等，使得高壓電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計成為一個非常棘手的問題净处，需要一定的制作經(jīng)驗安仁。
　　　電路中的核心部件高壓變壓器由于電壓高居鸳，匝數(shù)多婉固，導(dǎo)線細，相鄰導(dǎo)線間隔很窄常彰，線間及層間都有很大的寄生電容稼乃，使每個周期中經(jīng)此電容充放電的能量很大，但這些能量并沒有在次邊被完全消耗掉盼涵，而是在初級開關(guān)管產(chǎn)生了很大的損耗之仍，并產(chǎn)生較大噪聲。因此古告，初級繞組應(yīng)采用蜂房式或分段式繞制方法楔答，以減少寄生電容谆藐。而且最好將初級繞組繞在次級外層，以減小漏感更假，并便于調(diào)試监灌。
　　　為了防止高壓打火，在高電壓周圍的元器件切忌有尖角出現(xiàn)击胜，并應(yīng)保持適當(dāng)?shù)目臻g距離亏狰，變壓器磁芯選用內(nèi)芯為圓柱形的鐵氧體磁芯，在空間允許的條件小偶摔，還應(yīng)盡可能加大層間絕緣紙的厚度暇唾，抽頭處經(jīng)由絕緣套管引出。制作好后的變壓器還應(yīng)多次浸漆并以硅橡膠灌封辰斋，以提高絕緣性能策州。
　　　同時，凡經(jīng)受高di/dt亡呵，dv/dt的元器件(開關(guān)管抽活，變壓器和快速恢復(fù)二極管D1)回路中的連線應(yīng)盡可能短，以減小電磁干擾源的有效區(qū)域和電路損耗锰什。
　　　最后整個電路板可以裝在一個屏蔽盒里下硕，以降低對鄰近電子設(shè)備的干擾。

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