便携式绝缘电阻测试仪用高压直流电源设计

1 引言
　　当直流电压作用于绝缘物上时，所产生的电流是由充电电流、吸收电流和泄漏电流三部分组成的，其中充电电流及吸收电流随时间而由大变小，只有泄漏电流与时间无关。

　　绝缘电阻测试就是通过仪表测量电气设备的泄漏电流值，通常仪表将这一电流值显示为绝缘电阻值(MΩ)。为了减小测试初始充电电流的影响，一般取加压1min后的绝缘电阻值为测量值R60;如果同时读出加压15s时的数值R15，则可求出吸收比K=R60/R15，吸收比对反映大型电力变压器局部缺陷较为灵敏，如变压器油内含有水分，套管及线圈局部弱点或脏污等。

　　绝缘电阻和吸收比均是判断绝缘物是否受潮的灵敏指标。

　　绝缘电阻试验使用的仪器主要是兆欧表，俗称摇表。传统兆欧表通过手摇发电机发出的直流电压有500V，1000V，2500V等几种，绝缘电阻的测量范围也因兆欧表型号而异，试验时应根据需要选用不同型号或者不同电压等级的兆欧表。在使用手摇式兆欧表时，使用者还应尽量保持手摇速度在额定转速120r/min左右，因此，使用时多有不便。

　　本文提到的便携式绝缘电阻测试仪用12V蓄电池供电，经单端反激式开关电源可产生稳定的500V，1000V，1500V，2000V和2500V系列电压，另由单片机系统进行测量采样，数据处理和显示控制。具有体积小，重量轻，响应快等特点。下面主要介绍其电源部分的电路原理和制作方法。

2 电源电路的组成和工作原理
　　图1所示为数字绝缘电阻测试仪用高压直流电源的电路原理。电源为12V蓄电池，要求在10V以上时仍能保证系统正常工作，开关器件选用了TWH8751型开关集成电路。针对电路输出功率小，输出电压高，体积小等特点，采用了单端反激式的变换器拓扑，高频开关变压器的次级绕组有对应直流500V，1000V，1500V，2000V和2500V的5组抽头，可由用户根据需要选择联动多投旋钮开关的档位，以对次级绕组抽头和相对应的输出电压采样电阻进行同时切换。根据对输出电压和电流的采样，控制电路将及时改变开关器件的导通宽度，从而稳定地输出期望电压，并提供了过压过流保护。

　　图1 绝缘电阻特性测试仪用高压直流电源原理图

2.1 TWH8751开关集成电路
　　TWH8751功率开关集成电路采用TOP-220封装形式，内电路由输入级，缓冲放大器和达林顿功率输出级组成，并设有反馈环路和减流型输出保护电路，通用性强。共有5个引出脚，如图1中相应部分的标识所示，管脚功能分别为：输入端(IN)，选通端(ST)，地端(GND)，输出端(OUT)和电源正端(VCC)。当脚2选通端电平≥1.6V时，脚1输入端对输出端(脚4)无控制作用，即末级达林顿管截止，电路无输出;只有脚2为低电平(<1.2V)时，加在脚1上的信号才能有效地控制脚4输出端的电平。

　　TWH8751的输入端和选通端所需输入控制电流很小，仅100～200μA,而输出端允许通过的最大电流为2A。内部另设有减流型保护电路，当输出电流超过3A时，保护电路能自动使输出电流减至1A左右，在使输出截止后，集成开关电路将重新恢复至2A的输出负载能力。

　　本例中，将脚2接地，使得脚4的输出受脚1直接控制。脚5和电源之间的电阻R6起限流作用，是必须使用的，约50Ω左右。TL494的开关控制信号也经过了限流电阻R7，起到减小芯片工作功率，以利于散热的作用。

　　由于系统本身功率较小，只要求开关器件能够承受两倍于电源电压的反向电压，因此，开关管的选择范围很大，也可以选用MOS管或IGBT，但由于它们栅漏极间都存在较大结电容，对开关速度造成了较大影响，而且还需要保持较高的驱动电压，并必须考虑栅漏极间的静电保护。实验对比也表明TWH8751在本系统条件下具有良好的开关特性和宽阔的输入电压适应范围，电路也相当简洁。因此，选用TWH8751开关集成电路是适宜的。