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

zaimouxiezidongcelianglingyu
，weilemanzuteshudeceshitiaojianhuoceliangguocheng
，changyaoqiuzaiceliangguochengzhongnengkongzhidianyuandaohuanjixinghuozheshidianyuanjieruhuotuoliceliangxitong，jinenggougenjuceliangdexuyaolaisuishikongzhidianyuandezhuangtai。suizhedianlidianzijishudefazhan
，quankongxingqijiandekaiguansudu
、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]，weiledixiaoceliangzhongganraodeyingxiang，yaoqiuzaiceshiguochengzhongnengbianhuandianyuandejixing，erqiezaimouduanguochengzhong，yaoqiunengwanquanqieduandianyuan。womenliyongdianlidianziqijian，shixianleyizhongzaiceliangguochengzhongkekongdediyadianyuan，weishixianceliangdequanmianzidonghuapupingledaolu。

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，為wei了le減jian小xiao測ce量liang誤wu差cha，需xu要yao倒dao換huan電dian源yuan極ji性xing，進jin行xing正zheng反fan向xiang兩liang次ci測ce量liang。此ci外wai，在zai現xian場chang由you於yu變bian壓ya器qi中zhong性xing點dian常chang通tong過guo一yi小xiao電dian阻zu接jie地di，此ci電dian阻zu的de阻zu值zhi僅jin為wei幾jiΩ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；ciwai，kaolvdaozaiceliangguochengzhongxuyaodekaiguansudu
，jiukeyixuanzeheshidedianlidianziqijianle。jingguoduichangyongquankongxingdianlidianziqijiandekaocha，womenjuedingcaiyongMOSFET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3keyikanchu
，weilefangzhizhudianluzhengliuceguoliusunhuai，zaibianyaqifubianshezhilekongqikaiguan。zaicixuyaoshuomingdeshi，cikaiguanbunengshezhizaibianyaqiyuanbian，yibimianyinliciyongliuerwudongzuo。zainibianbufenhaijiarulexiaodiangan
，yifangzhidianliubianhuazaochengdesunhuai，chuanrukuaisurongduanqizuoweijingtiguanguodianliubaohudehoubeibaohu。

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。