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直流高壓發(fā)生器廣`泛應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備的直流耐壓和泄漏電流試驗(yàn),如避雷器、電力電纜、變壓器繞組及發(fā)電機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。此外還大量應(yīng)用于醫(yī)用器械、離子加速器等領(lǐng)域。早期的直流高壓發(fā)生器使用的是簡(jiǎn)單的工頻倍壓整流技術(shù),目前使用的是中頻逆變技術(shù),但是很多都未使用單片機(jī)控制,儀器功能簡(jiǎn)單,控制靈活性差。而且在需要精密測(cè)髦試品泄漏電流時(shí),需要使用外置的微安表,安裝在倍壓筒的高壓輸出端,距離比較遠(yuǎn)時(shí),在讀數(shù)和觀察仁很不方便。而在做絕緣試驗(yàn)的時(shí)候,泄漏電流是關(guān)鍵參數(shù),測(cè)量上的不方便,直接導(dǎo)致了使用者的使用困難。

本文介紹的直流高壓發(fā)生器,采用Cygnal公司新一代系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)C8051陽(yáng)巧。該單片機(jī)功能強(qiáng)大,擴(kuò)展性好。通過(guò)精心設(shè)計(jì)應(yīng)用電路,使用脈寬調(diào)制調(diào)壓技術(shù)中頻逆變技術(shù),儀器實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的電壓調(diào)節(jié)輸出,良好的人機(jī)設(shè)置操作,PWM調(diào)制控制,過(guò)流保護(hù),通信打印功能等。特別是紅外式的泄漏電流測(cè)量,大大改進(jìn)了當(dāng)前的測(cè)量方式,使用者不需要再用微安表,可在控制面板上直接讀數(shù)。整機(jī)性能達(dá)到額定功率400w,輸出直流電壓從零起調(diào),200kV,電流2mA,脈動(dòng)系數(shù)小于1%泄漏電流是通過(guò)在輸出端設(shè)置電流信號(hào)采樣板,然后通過(guò)紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綄⑿孤╇娏餍盘?hào)傳送到主機(jī),實(shí)現(xiàn)了精確的電流測(cè)量又解決了信號(hào)讀取問(wèn)題。在電壓控制方式上,該設(shè)計(jì)采用了大回路電壓反饋控制,由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制算法,由于C8051印巧單片機(jī)片內(nèi)資源豐富,而且芯片工作頻率高達(dá)25MzH,可以滿足控制的實(shí)時(shí)性需要,保證了設(shè)計(jì)的成功實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)原理及框圖

該機(jī)系統(tǒng)原理圖如圖1所示,工頻電源電壓220V經(jīng)過(guò)整流濾波后,變成3o0V的直流電壓,輸人脈寬調(diào)制環(huán)節(jié),通過(guò)單片機(jī)C8051印巧的控制實(shí)現(xiàn)Ac/Dc變換,輸出。一巧ov直流可調(diào)電壓信號(hào),中頻全橋逆變環(huán)節(jié),采用IGBT,將直流電壓逆變成80kHz交流電壓,通過(guò)中頻變壓器實(shí)現(xiàn)升壓,電壓達(dá)到巧kv左右,通過(guò)多級(jí)硅堆倍壓整流電路,將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流O一200kV輸出高壓輸出端的

關(guān)鍵硬件電路設(shè)計(jì)

脈寬調(diào)制電壓調(diào)節(jié)

這部分電路設(shè)計(jì)采用了半橋隔離變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),具體電路實(shí)現(xiàn)見(jiàn)圖2。PWM控制芯片選用SG3525A電壓型芯片,該芯片控制方式簡(jiǎn)單,可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET,控制和保護(hù)功能齊全,非常適用開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)管選用了功率MOSFET,功率MosFET具有驅(qū)動(dòng)功率小,工作速度快,無(wú)二次擊穿問(wèn)題,安全區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)?？刂品绞绞敲}寬調(diào)制,頻率采用80kHz。通過(guò)單片機(jī)C8051DF15片內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換器輸出給定電壓信號(hào)至SG3525A的誤差比較器的正輸人端,通過(guò)光禍反饋回來(lái)的輸出電壓信號(hào)輸人比較器的負(fù)輸入端,當(dāng)反饋電壓信號(hào)低于給定電壓信號(hào)時(shí),SG3525A內(nèi)部邏輯電路動(dòng)作,輸出驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào),隨著誤差電壓的增大,脈寬變大,使得MosFET

導(dǎo)通時(shí)間加大，輸出電壓升高，反饋電壓跟隨升高，誤差電壓減小，達(dá)到輸出電壓等于給定值。驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)為二路分別驅(qū)動(dòng)2個(gè)MOSFET，每路占空比調(diào)整可達(dá)50%左右，二路并用則可達(dá)到約99%，充分利用了SG3525A的驅(qū)動(dòng)能力，加大了電壓調(diào)節(jié)范圍。