多路电源输出电压监测单路设计

多路电源输出电压监测单路设计

罗恒怡

贵州振华华联电子有限公司  贵州凯里  556000

摘要：随着科技的发展，现代电子设备集成度越来越高。一旦设备出现故障，故障检测，隔离时间长，因此安全运行和快速维修就显得极为重要。为了迅速完成故障诊断，隔离，机内测试技术得到了广泛地应用。

关键词：多路电源；输出电压；监测；单路设计

引言

BIT是指系统、设备内部提供检测、隔离故障的自动测试能力。多路输出电源作为电子分机内的一种重要的整部件，为分机内多种模拟和数字的板卡提供电能。为了满足整机BIT功能，多路输出电源自身需要具备输出电压自检功能。多路输出电源能将自检正常、故障信号传输至分机内的监控板卡，由监控板卡上报给上位机。此功能极大地提高了多路电源的故障检测效率。

1电路的设计与仿真

整流电路通常选用桥式整流，滤波电路用电解电容做低频滤波，用小电容做高频滤波，稳压电路可以采用线性稳压电路和集成稳压电路。

1.1降压电路

变压器主要采用带有中间抽头的变压器，易于得到相对于抽头的正负电压。变压器主要考虑功率因素，采用30W双路输出（带中间抽头）的变压器。变压器后端接入电路为桥式整流电路。电容滤波后的电压O1.2UU≈电路的二极管正向导通的压降假定为0.7V。整流后的电压对中间抽头的电压差相当于单只晶体管导通。

1.2电源控制芯片介绍

电路中主控IC器件采用SG1525A芯片，是一个电压控制模式的PWM控制与驱动集成电路。该集成电路芯片具有性能良好、外围器件少、调试和安装简单等优点。芯片内部基准电压源的精度可达1%，内部误差放大器的输入共模电压范围除受外部电阻的影响以外，主要取决于内部的基准电压。该芯片可以对PWM输出驱动信号的死区时间进行调节，利用一个外接电容可以实现软启动功能。该芯片具有外部程控功能，也就是使用一个外部控制脉冲输入到外部控制端，就可以实现对软启动电路和输出驱动信号的控制，该芯片还具有欠压保护功能，这种功能是通过其内部的一个欠压封锁电路来实现的，当输入电压低于所要求的正常输入电压范围时，内部的欠压封锁电路就会关闭输出驱动信号，同时给软启动电容放电。另外该芯片内部具有一个PWM触发器，该PWM触发器的主要功能是将输出端关闭并维持一段时间，并且该触发器在内部时钟信号的每一个周期内都要被复位一次。该芯片的输出级被设计为图腾柱输出方式，具有输出和吸收200mA的输出驱动能力。

1.3滤波电路

采用耐压50V的电解电容，可选用的容量为3300µF、2200µF，不同容量的电容滤波效果不同。电容越大，滤波效果越好，但容量大，成本越高，体积越大。高频滤波用于过滤电路受到的高频干扰，采用0.1μF-1µF的瓷片电容滤波，使输入到稳压器的电压波形更加平滑。以上公式应用于非三端稳压器的分立元件稳压电路，比如晶体管稳压电路。对于三端稳压器件的电容选择则在稳压电路中详述。

1.4稳压电路

由于输出双电源，稳压电路需要多路稳压实现，±12V，±5V输出可以采用三端固定式集成稳压器LM7812、LM7912、LM7805（或LM340）、LM7905等芯片实现，也可以将三端可调式集成稳压器LM317（正压输出）、LM337（负压输出）构成固定电压输出的电路实现。三端固定式集成稳压器LM78✕✕、LM79✕✕内部具有输出短路保护和过热保护。三端可调式集成稳压器LM317（正压输出）、LM337系列自带过流保护、过热保护及安全工作区保护电路。由于现有有许多越来越多的数字电路芯片采用了3.3V供电电压，为增加本实验的实用性，采用LM1117-3.3V芯片设计。其用法与常见的三端稳压器相似。

1.5散热设计

稳压芯片加装铝制散热片，大小符合TO220封装的三端稳压器，提高三端稳压芯片的散热能力，利于长期工作的散热。通过实际测试表明，若三端稳压器件长期工作在最大额定值，必须加装风扇等散热冷却装置，故本实验限定为500mA,加装铝制散热片即可。

2变电站过电压波形监测

暂态过电压监测系统主要由暂态电压耦合装置、过电压检测箱和监测屏柜构成。暂态电压耦合器实现对系统电压的分压功能，输出峰值在±１００Ｖ以内的二次模拟信号；过电压检测箱实现对一次分压单位输出模拟信号的高速（１０ＭＳ／ｓ）和低速（１０ｋＳ／ｓ）采样，实现Ａ／Ｄ转换，并根据触发条件设置，完成信号的触发、集中传输至监测屏柜实现统一的存储；监测屏柜为数据集中处理器，负责录波信号的分析、录波信号的显示和查询、显示监测装置运行状态。

2.1基于常规ＣＶＴ结构改造的暂态电压耦合器

常规５００ｋＶＣＶＴ主要由电容分压器和电磁单元构成，其中，电容分压器密封于瓷套内，由高压电容和中压电容组成；电磁单元位于油箱内，主要由中间变压器、补偿电抗器、阻尼器组成，ＣＶＴ低压端及二次输出端、避雷器位于二次端子箱内。图１为基于常规ＣＶＴ结构内置Ｃ３电容单元构成的暂态电压耦合器，用于测量电网过电压波形，其结构与测量谐波的ＣＶＴ相似，只将常规ＣＶＴ全部二次引出接线及中间变压器去除，在中压电容Ｃ２下端Ｎ与地之间串接无感电容Ｃ３，实现电网全电压分量耦合功能。保护球隙Ｐ和避雷器ＢＬ用于保护电容单元Ｃ３，接地闸刀开关Ｋ用于系统检修时和电容单元发生故障时退出Ｃ３电容单元。

2.2冲击电压试验

为评估暂态电压监测装置测量的准确性，对改造后的ＣＶＴ进行冲击电压比对试验和冲击电压测量的不确定度评定。试验在国网上海电力科学研究院高压试验大厅进行，选用华天机电研究所研制的ＣＤＹＨ－３６００ｋＶ冲击电压发生器作为冲击电压源，采用标准分压器和暂态电压耦合器共同测量冲击高压，二者低压测量信号由ＴｅｋｔｒｏｎｉｘＤＰＯ７１０４示波器（２个通道最高采样率可达１０ＧＳ／ｓ，带宽１ＧＨｚ）的暂态电压耦合器信号（ｃｈ１）和标准分压器信号经衰减器（ｃｈ２）进行测量对比。根据《互感器第１部分：通用技术要求》，在一次侧端子与接地之间任意位置施加冲击电压，ＤＰＯ７１０４通过５０%同轴电缆连接到二次侧端子测量传递的过电压，５０%同轴电缆阻抗应与Ｃ３单元输出阻抗匹配。

2.3电压监测电路的设计

电压监视器芯片MC33161需要供电电源，为了降低成本，不再设置单独的电源为芯片供电，使用需要被监测的12V电源为5V，12V和-5V监测电路供电。考虑到数字5V与其他3路电源需要进行电气隔离，使用需要被监测的数字5V电源为数字5V监测电路供电。电路原理图如图2所示。如果多路电源的5V，12V和-5V输出电压均在正常范围内，那么这三路电压监测电路芯片MC33161集电极输出级均为断开状态，经上拉电阻后驱动光耦下端连接的三极管，此时三极管处于导通状态，光耦有光传输至副边。光耦的副边经上拉电阻后连接至数字5V电源，再经过反相器后连接至与门电路的输入端。如果数字5V输出电压在正常范围内，则该路电压监视电路芯片MC33161集电极开路输出级为断开状态，连接上拉电阻后，输出高电平，连接至与门电路的另一输入端。因此只有4路电压值均在正常范围内，与门电路才输出TTL高电平。如果5V，12V和-5V输出电压的其中一路或几路输出电压超出其电压额定值的±10%范围，则该路的电压监视器芯片的集电极输出级为导通状态，光耦下端连接的三极管为断开状态，光耦没有光传输至副边，光耦副边输出高电平，经反相器后变为低电平，此时与门电路输出TTL低电平。

结语

本自诊断系统能够实时诊断电压监测仪运行状态、故障原因，提供相应的处理方案，有利于减小电压监测仪的损坏；能将区域内和区域外的设备故障处理任务发送至对应的运维人员手中，提高了处理的便捷性，加快了对归集区域内电压监测仪的修复效率；减少因电压监测仪的损坏影响系统电压的监测，有效保证电力系统稳定运行。

参考文献

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