直流高壓發生器廣`泛應用于高壓電氣設備的直流耐壓和泄漏電流試驗,如避雷器、電力電纜、變壓器繞組及發電機的現場試驗。此外還大量應用于醫用器械、離子加速器等領域。早期的直流高壓發生器使用的是簡單的工頻倍壓整流技術,目前使用的是中頻逆變技術,但是很多都未使用單片機控制,儀器功能簡單,控制靈活性差。而且在需要精密測髦試品泄漏電流時,需要使用外置的微安表,安裝在倍壓筒的高壓輸出端,距離比較遠時,在讀數和觀察仁很不方便。而在做絕緣試驗的時候,泄漏電流是關鍵參數,測量上的不方便,直接導致了使用者的使用困難。

本文介紹的直流高壓發生器,采用Cygnal公司新一代系統級單片機C8051陽巧。該單片機功能強大,擴展性好。通過精心設計應用電路,使用脈寬調制調壓技術中頻逆變技術,儀器實現了數字化的電壓調節輸出,良好的人機設置操作,PWM調制控制,過流保護,通信打印功能等。特別是紅外式的泄漏電流測量,大大改進了當前的測量方式,使用者不需要再用微安表,可在控制面板上直接讀數。整機性能達到額定功率400w,輸出直流電壓從零起調,200kV,電流2mA,脈動系數小于1%泄漏電流是通過在輸出端設置電流信號采樣板,然后通過紅外數據傳輸的方式將泄漏電流信號傳送到主機,實現了精確的電流測量又解決了信號讀取問題。在電壓控制方式上,該設計采用了大回路電壓反饋控制,由單片機來實現控制算法,由于C8051印巧單片機片內資源豐富,而且芯片工作頻率高達25MzH,*可以滿足控制的實時性需要,保證了設計的成功實現。

系統原理及框圖

該機系統原理圖如圖1所示,工頻電源電壓220V經過整流濾波后,變成3o0V的直流電壓,輸人脈寬調制環節,通過單片機C8051印巧的控制實現Ac/Dc變換,輸出。一巧ov直流可調電壓信號,中頻全橋逆變環節,采用IGBT,將直流電壓逆變成80kHz交流電壓,通過中頻變壓器實現升壓,電壓達到巧kv左右,通過多級硅堆倍壓整流電路,將電壓信號轉換成直流O一200kV輸出高壓輸出端的

關鍵硬件電路設計

脈寬調制電壓調節

這部分電路設計采用了半橋隔離變換器拓撲結構,具體電路實現見圖2。PWM控制芯片選用SG3525A電壓型芯片,該芯片控制方式簡單,可直接驅動MOSFET,控制和保護功能齊全,非常適用開關電源。開關管選用了功率MOSFET,功率MosFET具有驅動功率小,工作速度快,無二次擊穿問題,安全區寬等優點。控制方式是脈寬調制,頻率采用80kHz。通過單片機C8051DF15片內的D/A轉換器輸出給定電壓信號至SG3525A的誤差比較器的正輸人端,通過光禍反饋回來的輸出電壓信號輸人比較器的負輸入端,當反饋電壓信號低于給定電壓信號時,SG3525A內部邏輯電路動作,輸出驅動脈沖信號,隨著誤差電壓的增大,脈寬變大,使得MosFET

導通時間加大，輸出電壓升高，反饋電壓跟隨升高，誤差電壓減小，達到輸出電壓等于給定值。驅動脈沖信號為二路分別驅動2個MOSFET，每路占空比調整可達50%左右，二路并用則可達到約99%，充分利用了SG3525A的驅動能力，加大了電壓調節范圍。