一種低壓程控電源的設計

0 引言

在某些自動(dòng)測量領(lǐng)域，為了滿(mǎn)足特殊的測試條件或測量過(guò)程，常要求在測量過(guò)程中能控制電源倒換極性或者使電源接入或脫離測量系統，即能夠根據測量的需要來(lái)隨時(shí)控制電源的狀態(tài)。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，全控型器件的開(kāi)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)現在程序上可控的電源變得十分容易。本文結合一種測量過(guò)程的實(shí)例，給出了一種低壓可控電源的設計。

在應用直流疊加法檢測XLPE電纜絕緣電阻的方法中[1]，為了抵消測量中干擾的影響，要求在測試過(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)現了一種在測量過(guò)程中可控的低壓電源，為實(shí)現測量的全面自動(dòng)化鋪平了道路。

1 測量電路對電源的要求

直流疊加法檢測電纜絕緣的實(shí)驗室主接線(xiàn)圖如圖1所示。

圖1 測量主接線(xiàn)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的電阻為保護水電阻，變壓器將220V的電壓升到110kV后，加到電纜上。在測量試驗中，主要的要求是將一個(gè)50V的直流電壓疊加到電纜上，以測量出電纜的絕緣電阻R，為了減小測量誤差，需要倒換電源極性，進(jìn)行正反向兩次測量。此外，在現場(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(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，考慮到在測量過(guò)程中需要的開(kāi)關(guān)速度，就可以選擇合適的電力電子器件了。經(jīng)過(guò)對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(kāi)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

2 主電路設計

由于在測量過(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量系統，因此，在設計中利用一全橋電路來(lái)實(shí)現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)現的。這樣，就能輕松地實(shí)現程控電源。

3 驅動(dòng)電路設計

在設計中，我們沒(méi)有采用常用的DC/DC模塊作驅動(dòng)電路電源，而是采用簡(jiǎn)單而便宜的三端穩壓器件7824作驅動(dòng)電路電源。通過(guò)實(shí)驗說(shuō)明，它在可靠性下降不大的情況下使成本下降了3/4。一路驅動(dòng)電源電路圖如圖4所示。

圖4 單路驅動(dòng)電路電源

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