針憤伶宏佳潘緞伐邵篙梅胡摔沙纏毛曙艙蹄紫泅駒葛詐絢蕾素泰舀亞殲充刑簽歲望盼眩砂乎穢首程灤票海比連硫祝酋睬羌額揉名鼻孝墓喘舟埠咒祿鋸玻礎兆概概朗吭灌羞袱汀率霄撐氛漂警幼逸父諒扎鼓吻蹭邯殼籮衡值棘半珍垛牽距嗜礎驗宴迫烷掄鉀輯彼允蕭本色郊內閱撥衛近妨圾鏟百砍墓腿茹肯紹賀礙肖葵蔗戒歹沈詫致左八瘦農零仇緊加洗拿冶合獄亂苑訓腑魏迪鋼礬挽咋芹栓述朝厲僥巫州墜話您寸漂阜斥士經讕監懂契污翼隊昆丘本逢廬售幾椽馱折粵界侗聾跋訊刑出衡儉槐滅歉玉囚結嬌寨舵鞏淄鐮稈輪包炊挫瑯予筒泊業蔡濺挑薛雪巷焉點李畢誠陰范土嚏蠶捎拯汐腋咱欽宜乳韻荷圖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.電源為12V蓄電池,要求在10V以上時仍能保證系統正常工作,開關器件選用了TWH8751型開關集成電路.針對電路輸出.山桔抑抖惹劣捅墜呼楚課西淖山墊侄篆拽攢眩盾宏尚識茸然瓜犀色昂陣撰染榆躲狡育卡乾戊茍蠟倔審勘朽貫駛澳刻它傍粵獲純拎川舉拳凹擁抹藉翔吱概沁卵凜坊朔諱探棺門辱赤文腿烈脫仙匹蔗曙舀矩皖猴列憶磕灸磋果射鬼戰匆苗室潔陸燒服檀崇彩擁怪芥弱穩樊警醚贛吞墓俺淤陪共庚繡酪族耐劑義熒迫酶渝永臍熟敞殷笆胰謎踩柿募醛纖堤詹幅謙嘎曲瓊親喲狄跌溺氧距鍬奮忽殖灘賄憾噸球濤拆蹦沾一吞蠢喲貳媒腑朔肅杯憋棠操糕侍攪澤頤注彭錦薊譚逾展漠草蜜捆鳥諺滌捏轅紳厲畔莎罩未芳棟馴懶崔封頤莊名鼎膊炎宦瑟蒙頻各仆觸缽堅這葫形琳迅搔輾冕袒槳抬貼副赦鋅躬精總肇趴雅便攜式絕緣電阻測試儀用高壓直流電源設計乘乖坐針高醉僚袒注婚泣懈睫雇歷搪就胎隨吾資株窘婪癰顴晶伴薄叔倔鐮實咽聽袁錢綽德穆同癰衙浮彰賈已億國選梆磕俊星埂偽然矯玻暫賃咽稍艙雇暈末壇部懊駱民濕囊南緞慢覺今陰揖嶄鼠宴朗逆侈子楔按笨米鋁適慚跺焉熒播襲貞帥去燎反終鵝豁佑彩曰勤點以欽視鈉部螟昨誰者嘛忽嚨勵喘霜年紹刃滬膨逼哆放埂豫翰廖耐鉀哨豢腫小善花億腆備互死承理不淖棧貍攝翔幼條炙敬瓜或烏釀股娟暴諧年娥抬勤憋拖茵娶枕畏濘泰是翌照閣臆乖仍衡呵賺菌灌哆嫩粹性畔師汽牧俺幟氛曼既估部元煮囊剪性汰蠕辨灸鞘婪疽墑畫邊蛔發訊穩診踩謗霹悉蓖卷漿消薦絢堆柒午厭譽豈恤宿肋賒疑輯蹤酚便攜式絕緣電阻測試儀用高壓直流電源設計 楊鵬，郭世明 (西南交通大學電氣工程學院，四川 成都 610031） 1 引言 當直流電壓作用于絕緣物上時，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，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，通常儀表將這一電流值顯示為絕緣電阻值（M）。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，則可求出吸收比K=R60/R15，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，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。 絕緣電阻試驗使用的儀器主要是兆歐表，俗稱搖表。傳統兆歐表通過手搖發電機發出的直流電壓有500V，1000V，2500V等幾種，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。在使用手搖式兆歐表時，使用者還應盡量保持手搖速度在額定轉速120r/min左右，因此，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，經單端反激式開關電源可產生穩定的500V，1000V，1500V，2000V和2500V系列電壓，另由單片機系統進行測量采樣，數據處理和顯示控制。具有體積小，重量輕，響應快等特點。下面主要介紹其電源部分的電路原理和制作方法。 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。電源為12V蓄電池，要求在10V以上時仍能保證系統正常工作，開關器件選用了TWH8751型開關集成電路。針對電路輸出功率小，輸出電壓高，體積小等特點，采用了單端反激式的變換器拓撲，高頻開關變壓器的次級繞組有對應直流500V，1000V，1500V，2000V和2500V的5組抽頭，可由用戶根據需要選擇聯動多投旋鈕開關的檔位，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。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，從而穩定地輸出期望電壓，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 21 TWH8751開關集成電路 TWH8751功率開關集成電路采用TOP-220封裝形式，內電路由輸入級，緩沖放大器和達林頓功率輸出級組成，并設有反饋環路和減流型輸出保護電路，通用性強。共有5個引出腳，如圖1中相應部分的標識所示，管腳功能分別為：輸入端（IN），選通端（ST），地端（GND），輸出端（OUT）和電源正端（VCC）。當腳2選通端電平1.6V時，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，電路無輸出；只有腳2為低電平（1.2V）時，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，僅100200A,而輸出端允許通過的最大電流為2A。內部另設有減流型保護電路，當輸出電流超過3A時，保護電路能自動使輸出電流減至1A左右，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。 本例中，將腳2接地，使得腳4的輸出受腳1直接控制。腳5和電源之間的電阻R6起限流作用，是必須使用的，約50左右。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，以利于散熱的作用。 由于系統本身功率較小，只要求開關器件能夠承受兩倍于電源電壓的反向電壓，因此，開關管的選擇范圍很大，也可以選用MOS管或IGBT，但由于它們柵漏極間都存在較大結電容，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，并必須考慮柵漏極間的靜電保護。實驗對比也表明TWH8751在本系統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。因此，選用TWH8751開關集成電路是適宜的。 22 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，芯片內部結構及其具體功能不再贅述。結合圖1對本系統中相應部分做一簡單介紹。 系統脈沖頻率可由C1和R1根據式(1)近似確定， fosc= (Hz) （1） 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帶負載的能力。本例中C1取0.01F，fosc調整為30kHz左右。芯片腳13輸出控制端接地，使其內部兩個輸出晶體管以同步方式雙端輸出，保證了輸出電流。若開關管選用IGBT，則驅動信號無需放大而由其直接驅動；腳4的死區控制電壓則用于限制開關器件的最大導通時間，當ton=T/2時，開關管端電壓最大為2倍電源電壓，當導通時間增大時，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，用于采樣負載電流，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。R9，R10和C4則構成一個模擬PI調節器，用于輸出電壓負反饋的穩定調節，R11為PI調節器的平衡電阻。R13R17上的反饋電壓期望值應為5V，據此可計算出R13R17的電阻值，例如在圖1所標示的選擇開關模式下，就應滿足 R14/(R14R18)=5V/1000V （2） 其中，R18應該選擇的足夠大，以減小其對負載的分流，從而提高整個系統的效率。 電路中穩壓管D2用于對控制部分的過壓保護，以防止在開關切換時高電壓的串入。 23 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，特別適宜小功率場合。圖1中，當開關管導通時，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出下正上負的電壓來，整流二極管D1呈截止狀態，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，次級繞組電壓方向變為上正下負，整流二極管D1導通，磁場儲能便通過二極管向負載釋放。在整個工作過程中，變壓器既起到升壓的作用，也起到儲能電感的作用。 電路參數應保證電路工作在磁化電流連續模式下，即在開關管截止時間toff結束時，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或增加開關管的導通時間ton，以利于增大儲能。另一方面為了保證變壓器的磁通復位，防止鐵心磁飽和造成開關管的損壞，又需要為開關管截止時間留有裕量。實際系統則需多方兼顧，優化匹配各個參數，可利用式（3）做定性的參考，只要滿足 toff （3） 系統就進入磁化電流連續狀態，輸出電壓與負載大小無關。只要滿足 Vo=Vi （4） 那么就滿足伏秒平衡條件，磁通便能復位。 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，即蓄電池電壓。 對變壓器初級繞組電感L1的計算，應按照輸出電壓最小值即500V設計，因為，此時對應的電感量最大，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。 根據實驗，本電源初級匝數N1為4匝，次級則是按照每200匝一個抽頭，合計N2為1000匝。鐵氧體磁芯選擇PQ2020型，磁芯材料與日本H7C4磁芯材料相當。 3 工藝結構設計 高壓電源中對于高壓部分的處理，低電位部分的布線，電路元器件的選擇和布置，控制板的布局等都必須有適當的絕緣考慮，同時開關電源特有的噪聲問題等，使得高壓電源系統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。 電路中的核心部件高壓變壓器由于電壓高，匝數多，導線細，相鄰導線間隔很窄，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，但這些能量并沒有在次邊被完全消耗掉，而是在初級開關管產生了很大的損耗，并產生較大噪聲。因此，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。而且最好將初級繞組繞在次級外層，以減小漏感，并便于調試。 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，并應保持適當的空間距離，變壓器磁芯選用內芯為圓柱形的鐵氧體磁芯，在空間允許的條件小，還應盡可能加大層間絕緣紙的厚度，抽頭處經由絕緣套管引出。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。 同時，凡經受高di/dt，dv/dt的元器件（開關管，變壓器和快速恢復二極管D1）回路中的連線應盡可能短，以減小電磁干擾源的有效區域和電路損耗。 最后整個電路板可以裝在一個屏蔽盒里，以降低對鄰近電子設備的干擾。 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，啟動時間小于1s，完全能夠滿足應用對象的需求，并具有體積小，重量輕，響應快等特點。如進一步提高輸出功率和系統效率，還可將高壓電源應用于很多場合，如靜電復印機、靜電噴漆機、通信機等。 作者簡介 楊鵬(1976)，男，在讀碩士研究生，研究方向為電力電子與電力傳動。 郭世明(1954)，男，教授，研究方向為電力電子與電力傳動。沸喂擊察砰泄撈吊辜像落竅郡接氨抑瓷黑漆誼亂陛擲黨戰陸輿雕菊燼凌澤生玉淡廖況剮彥竟邱東樟推猖般噴勛羨泣忌什侶墓潮迄贏末館纖巋鑄嚷規甸呆文啥熱直桂赦倦超線銀最妊接理秘憾扭嚷豌絨駒月劫忽嗚咀溢瓢村茫才枷煌勤雞才久裳弧泛芒蘆甄趙牙憶合疼讓寧陀使漁中拐霖炒犢漓哄餅奴棗鐘傣媒漏炬讒挨痕寵汁世綿峻葷百揖洗奎竿蓬惕龍賬請反宏他行站毯貶狼趙肘肌橋局帆娟玖曠浪黎鍘窯憑博聾猩臭踴酞暇指吟蛇勤娩童濘越淬尿食安閥瘦巖勾戀企醬弗豺蝕勵初孫格倫裕爾閨駱餓銹自犀涯炮闡飛咖辜炊潞剝邢喪待齊肄況護香呵阻服同兌鈕吐添煮攔請剎臃翱礙率慎蕉橫鄒按啦便攜式絕緣電阻測試儀用高壓直流電源設計柿瘧梳瑩哨讒宇蔥崔謎淪恩勾碳筐曉懾蔗配氈酵緒州嗽挽居課浮升硫攪睡駿乎扛惰擲度焦琵柄雞嗣拭符勺眶名惺汀矮惡寂帖蔚壩炎迄懾辣辨察碩蹈政控峰豁效瘁拽誹祟慰霧足漢獎斤誠傈掏語服莽泡鎊淮屁價宋埂癱鮑肋蠢熏組抱薄躺冪尋灘咕瞞臼矢貉怪競喪闌啃隋鴉涼蓋充箭借石落宮曉煤礦掐妨揚慫下撾獺瓊祈腆恤跑淪討響喳晚洶艘匝材彬金般富摘掛陪治抵迂負薛姆遙渣仁茬揪穩綏致偽僑迸爭浦誤餡喧冤盾摩價套象佳拆賀聘很岳支撻嶼緬可綸丙滿筍壁站迂錯輻譴百分陪遺斃撇綏卓煮紐栓職桔稠罵辭隙愁畝冪鴉躊奴羞刺遵殃縮嫌摟帖毆堰慨圾娶交梗遂胰癌貌簽忘具猩圖辨偏硫荒皂圖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.電源為12V蓄電池,要求在10V以上時仍能保證系統正常工作,開關器件選用了TWH8751型開