直流高压发生器广`泛应用于高压电气设备的直流耐压和泄漏电流试验,如避雷器、电力电缆、变压器绕组及发电机的现场试验。此外还大量应用于医用器械、离子加速器等领域。早期的直流高压发生器使用的是简单的工频倍压整流技术,目前使用的是中频逆变技术,但是很多都未使用单片机控制,仪器功能简单,控制灵活性差。而且在需要精密测髦试品泄漏电流时,需要使用外置的微安表,安装在倍压筒的高压输出端,距离比较远时,在读数和观察仁很不方便。而在做绝缘试验的时候,泄漏电流是关键参数,测量上的不方便,直接导致了使用者的使用困难。

本文介绍的直流高压发生器,采用Cygnal公司新一代系统级单片机C8051阳巧。该单片机功能强大,扩展性好。通过精心设计应用电路,使用脉宽调制调压技术中频逆变技术,仪器实现了数字化的电压调节输出,良好的人机设置操作,PWM调制控制,过流保护,通信打印功能等。特别是红外式的泄漏电流测量,大大改进了当前的测量方式,使用者不需要再用微安表,可在控制面板上直接读数。整机性能达到额定功率400w,输出直流电压从零起调,200kV,电流2mA,脉动系数小于1%泄漏电流是通过在输出端设置电流信号采样板,然后通过红外数据传输的方式将泄漏电流信号传送到主机,实现了精确的电流测量又解决了信号读取问题。在电压控制方式上,该设计采用了大回路电压反馈控制,由单片机来实现控制算法,由于C8051印巧单片机片内资源丰富,而且芯片工作频率高达25MzH,可以满足控制的实时性需要,保证了设计的成功实现。

系统原理及框图

该机系统原理图如图1所示,工频电源电压220V经过整流滤波后,变成3o0V的直流电压,输人脉宽调制环节,通过单片机C8051印巧的控制实现Ac/Dc变换,输出。一巧ov直流可调电压信号,中频全桥逆变环节,采用IGBT,将直流电压逆变成80kHz交流电压,通过中频变压器实现升压,电压达到巧kv左右,通过多级硅堆倍压整流电路,将电压信号转换成直流O一200kV输出高压输出端的

关键硬件电路设计

脉宽调制电压调节

这部分电路设计采用了半桥隔离变换器拓扑结构,具体电路实现见图2。PWM控制芯片选用SG3525A电压型芯片,该芯片控制方式简单,可直接驱动MOSFET,控制和保护功能齐全,非常适用开关电源。开关管选用了功率MOSFET,功率MosFET具有驱动功率小,工作速度快,无二次击穿问题,安全区宽等优点。控制方式是脉宽调制,频率采用80kHz。通过单片机C8051DF15片内的D/A转换器输出给定电压信号至SG3525A的误差比较器的正输人端,通过光祸反馈回来的输出电压信号输人比较器的负输入端,当反馈电压信号低于给定电压信号时,SG3525A内部逻辑电路动作,输出驱动脉冲信号,随着误差电压的增大,脉宽变大,使得MosFET

导通时间加大，输出电压升高，反馈电压跟随升高，误差电压减小，达到输出电压等于给定值。驱动脉冲信号为二路分别驱动2个MOSFET，每路占空比调整可达50%左右，二路并用则可达到约99%，充分利用了SG3525A的驱动能力，加大了电压调节范围。