基于TL494和IR2110的斷路器操作電源的設(shè)計(jì)電路

　　0、引言

　　高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)電路，其作用就是接通或切斷高壓電路，對電力系統(tǒng)起保護(hù)作用。動(dòng)作電壓試驗(yàn)、機(jī)械特性測試是最能反映高壓斷路器電氣、機(jī)械性能的測試，通過它能考核斷路器的各種開斷與關(guān)合性能，驗(yàn)證滅弧室與其它部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造工藝和材料選擇是否正確合理，盡早檢測出斷路器的機(jī)械缺陷和隱患，避免發(fā)生高壓斷路器拒分、拒合、分合不成功、爆炸等事故發(fā)生。因?yàn)椴僮鳈C(jī)構(gòu)動(dòng)作遲緩等，將引起消弧的延緩，其后果使繼電保護(hù)動(dòng)作不正確，如躍級(jí)跳閘等，嚴(yán)重時(shí)使斷路器爆炸。

　　高壓斷路器動(dòng)作電壓試驗(yàn)、機(jī)械特性測試是斷路器安裝、檢修工作中必不可少的項(xiàng)目，也是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)基本預(yù)防性試驗(yàn)。為了做好該項(xiàng)測試，可調(diào)電壓的斷路器操作控制電源是關(guān)鍵。當(dāng)前廣泛使用的整流電源，在帶上負(fù)載后的輸出電壓，比較之前的整定值會(huì)有明顯跌落。無論是恒定還是瞬間的電壓跌落，其對斷路器動(dòng)作特性影響都是不可忽視的，因?yàn)閿嗦菲鞑僮骶€圈的動(dòng)作時(shí)間不到一個(gè)周波，整個(gè)斷路器的分、合閘時(shí)間也只是幾個(gè)周波。對動(dòng)作電壓試驗(yàn)而言，操作電壓跌落的影響就更大。因此，需要研制較高負(fù)載調(diào)整特性、紋波系數(shù)小、抗干擾性強(qiáng)的斷路器操作控制電源。隨著高頻開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使得較高負(fù)載調(diào)整特性、紋波系數(shù)小、抗干擾性強(qiáng)的斷路器操作控制電源研制有了技術(shù)基礎(chǔ)與背景。

　　本文采用電壓脈寬型PWM控制芯片TL494，高壓懸浮驅(qū)動(dòng)器IR2110，以及功率開關(guān)器件IGBT方案實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)電源。

　　1、電源主要技術(shù)指標(biāo)、工作原理與系統(tǒng)構(gòu)成

　　1.1電源的主要技術(shù)指標(biāo)

　　輸入電壓范圍：220VAC±10%50Hz±5%

　　環(huán)境工作溫度：-50℃～45℃

　　輸出電壓范圍：30VDC～265VDC

　　連續(xù)可調(diào)最大輸出電流：Imax=15A

　　輸出紋波系數(shù)：《±0.2%結(jié)

　　構(gòu)型式：便攜式

　　1.2工作原理

　　該高頻開關(guān)電源由主電路、控制電路、保護(hù)電路、濾波電路、輔助電源和散熱裝置組成。輸入的220V交流電經(jīng)二極管全波整流及大電容濾波后得到平滑穩(wěn)定的直流電，然后由IGBT全橋結(jié)構(gòu)的逆變電路將其逆變?yōu)楦哳l交流方波，再經(jīng)變壓器升壓和輸出整流濾波電路濾波將交流方波整定為所需的可調(diào)直流電。控制電路由TL494和IR2110構(gòu)成，TL494輸出的PWM信號(hào)經(jīng)IR2110放大驅(qū)動(dòng)IGBT。保護(hù)電路設(shè)有軟啟動(dòng)、過電流、過電壓等保護(hù)功能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1系統(tǒng)框圖

　　2、TL494的結(jié)構(gòu)和性能

　　TL494是美國德克薩斯州儀器公司生產(chǎn)的一種性能優(yōu)良的電壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制器件，可作為單端式、推挽式、全橋式、半橋式開關(guān)電源控制器，被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源中，是開關(guān)電源的核心控制器件。TL494的輸出三極管可接成共發(fā)射極及射極跟隨2種方式，因而可以選擇雙端推挽輸出或單端輸出方式。在推挽輸出方式時(shí)，其兩路驅(qū)動(dòng)脈沖相差180°，而在單端方式時(shí)，其兩路驅(qū)動(dòng)脈沖為同步同相。TL494是有16引腳雙列直插式塑料封裝集成芯片。它的工作頻率為1～300kHz，輸出電壓達(dá)40V，輸出電流為200mA。TL494的引腳說明如下：

　　1、2腳：內(nèi)部誤差放大器1的同相輸入端和反相輸入端，可用于閉環(huán)穩(wěn)壓;

　　3腳：脈寬調(diào)制補(bǔ)償端;

　　4腳：死區(qū)時(shí)間設(shè)置端，通過設(shè)置死區(qū)時(shí)間，可防止上下橋臂直通;

　　5、6腳：設(shè)定振蕩器頻率用電容與電阻連接端;

　　7腳：工作參考地端;

　　8、11腳：脈寬調(diào)制方波輸出晶體管的集電極;

　　9、10腳：脈寬調(diào)制方波輸出晶體管的發(fā)射極;

　　12腳：工作電源連接端，極限電壓41V，低于7V電路不啟動(dòng);

　　13腳：輸出方式控制端，在該端為高電平時(shí)，TL494為推挽輸出型，最大占空比為48%;在該端為低電平時(shí)，兩路輸出脈沖相同，最大占空比為98%;

　　14腳：基準(zhǔn)電壓輸出端，該端輸出一標(biāo)準(zhǔn)的5V±5%基準(zhǔn)電壓，其溫度穩(wěn)定性好，可用來作為給定信號(hào)或保護(hù)基準(zhǔn)信號(hào);

　　15、16腳：內(nèi)部誤差放大器2的反向輸入端與同相輸入端，用于過電壓和過電流保護(hù)。

　　TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。