CN101521475B - 高压脉冲电源打火计数保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压脉冲电源打火计数保护装置，解决了目前技术的打火计数的保护较差，时间较慢，无法满足高压脉冲电源需求的问题。本发明结构简单，同时实现了计数和保护功能，有效地解决了对高压脉冲电压的打火计数保护问题，并且整个装置的反应速度快，完全能够满足国家大科学工程EAST的实验装置对打火计数保护的需求。
Description
技术领域
本发明涉及电子控制保护领域，尤其是一种高压脉冲电源打火计数保护装置。
背景技术
100kV/100A高压脉冲电源，是国家大科学工程EAST的实验装置，中性束加热必不可少的部分。国内还没有这么大功率的高压脉冲电源，而目前所用的打火计数保护，大多只有计数功能，即使有保护功能，时间相应也较慢。因此，这些装置都不能满足高压电源快速保护的需要，对于100kV/100A高压脉冲电源需要研制特殊的打火计数保护装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压脉冲电源打火计数保护装置，以解决目前技术的打火计数保护功能较差，时间较慢，无法满足高压脉冲电源需求的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
高压脉冲电源打火计数保护装置，其特征在于：包括电压跟随器、电压比较器和罗可线圈，所述电压跟随器包括芯片OP07A，所述芯片OP07A的引脚3通过导线连接电阻后，再穿过所述罗可线圈并连接至外部信号源，所述电阻与所述芯片OP07A的引脚3之间还有导线引出，所述引出导线上连接有电容后接地，所述芯片OP07A的引脚4和引脚7分别通过导线连接至电源，引脚4和引脚7之间还通过导线连接，所述连接引脚4和引脚7的导线上通过导线串联有两个电容，所述芯片OP07A的引脚2通过导线连接至芯片OP07A的引脚6，所述芯片OP07A的引脚6上还有导线引出，所述引出导线连接至所述比较器，所述芯片OP07A中的信号通过所述引脚6的引出导线输出至所述电压比较器，所述电压比较器包括芯片LM311，所述芯片OP07A引脚6上的引出导线连接至芯片LM311的引脚3上，所述芯片LM311的引脚2与引脚4之间通过导线连接有可调电位器，所述可调电位器一端接地，其两端还通过导线并联有一个电容，所述芯片LM311的引脚2上还有两根导线引出，一根导线上连接有上拉电阻，所述上拉电阻另一端连接至电源，另一根导线上串联有一个电阻和一个二极管后，再连接至芯片LM311的引脚7上，所述芯片LM311的引脚8通过导线连接至电源，引脚1接地，芯片LM311的引脚7上还有导线引出，所述电压比较器中的信号通过所述芯片LM311的引脚7上的引出导线输出，所述引脚7上的引出导线上还连接有上拉电阻，所述上拉电阻另一接线端通过导线连接至电源；还包括有串行计数器CD4040、型号为HRAA14103GF的排阻和型号为DS13的拨码开关，所述芯片LM311引脚7上的引出导线连接至一个二极管后，再连接至串行计数器CD4040的引脚10，所述芯片LM311的引脚7与其连接的二极管之间还有导线引出，所述引出导线上串联有一个二极管和一个电阻后接地，还包括有型号为74HC08的与门，所述与门74HC08的两个输入端之间通过导线连接有电阻，所述电阻两接线端上还分别有导线引出，所述引出导线分别连接电源和接地，所述与门74HC08的输出端通过导线连接至一个二极管后，再连接至串行计数器CD4040的引脚11，所述串行计数器CD4040的引脚11还通过导线连接有电阻后接地，所述串行计数器CD4040的引脚11与其所连接的二极管之间的导线上还有导线引出，所述引出导线连接至一个二极管后，再连接至一个并联支路，所述并联支路包括相互并联的一个二极管和一个电阻，所述电阻的两个接线端上还有导线引出，一个引出导线接地，另一个引出导线连接至一个电容后再连接至电源，所述串行计数器CD4040的引脚10上还有导线引出，所述引出导线连接至所述排阻的引脚1，所述串行计数器CD4040的引脚10与排阻的引脚1之间的导线上有导线引出，所述引出导线连接一个电容后接地；所述串行计数器CD4040的引脚1～引脚7、引脚9、引脚12～引脚15分别通过导线与所述拨码开关的引脚1～引脚12连接，所述拨码开关的引脚13～引脚24分别通过导线与所述排阻的引脚13～引脚2对应连接，所述拨码开关的引脚13～引脚24上还分别有导线引出，所述引出导线均分为三组，分别连接至三个型号为CD4082的与门的输入端，所述三个与门CD4082的输出端分别有导线引出，所述三个引出导线分别连接至一个型号为74HC11的与非门的输入端，所述与非门74HC11的输出端上有导线引出，所述引出导线连接至驱动芯片SN75451的引脚2上，所述与非门74HC11的输出端与驱动芯片SN75451的引脚2之间的导线上还有导线引出，所述引出导线连接至一个上拉电阻后再连接至电源，所述驱动芯片SN75451的引脚1与引脚6之间通过导线连接，驱动芯片SN75451的引脚1还通过导线连接有一个电阻，所述驱动芯片SN75451的引脚3通过导线连接有一个电阻，所述引脚1与引脚3连接的电阻另一接线端彼此通过导线连接后，再通过导线连接至电源，所述引脚3连接的电阻的两个接线端上还有导线引出，一个接线端上的引出导线上连接有一个电容后接地，所述电容不接地的接线端上还通过导线连接至电源，所述引脚3连接的电阻的另一个接线端上的引出导线连接至型号为HFBR1414的光纤收发器的引脚2上，所述驱动芯片驱动光纤收发器工作，所述光纤收发器HFBR1414的引脚2、引脚6与引脚7之间彼此通过导线连接，所述光纤收发器HFBR1414的引脚2与引脚3之间有二极管，所述引脚3上还有导线引出，所述引出导线接地。
罗可线圈直接测量电源的输出电流的变化率di/dt，然后把测量值转换为对应的电压值Iref，经过由OP07A构成的电压跟随器，再经过由LM311构成的电压比较器，可以得到打火信号。然后通过由二极管，电阻，电容和与门74HC08组成的充放电电路，控制串行计数器CD4040的清零时间。同时该打火信号也作为串行计数器CD4040的时钟信号。脉冲设定电路由拨码开关S1及排阻10KX13组成。最后串行计数器CD4040的输出Q1-Q12，通过与门CD4082和与非门74HC11与光收发器的驱动芯片SN75451相连。
本发明结构简单，同时实现了计数和保护功能，有效地解决了对高压脉冲电压的打火计数保护问题，并且整个装置的反应速度快，完全能够满足国家大科学工程EAST的实验装置对打火计数保护的需求。
附图说明
图1为本发明电路图。
图2为本发明打火保护波形。
具体实施方式
如图1所示，高压脉冲电源打火计数保护装置，包括电压跟随器、电压比较器和罗可线圈，所述电压跟随器包括芯片OP07A，所述芯片OP07A的引脚3通过导线连接电阻后，再穿过所述罗可线圈并连接至外部信号源，所述电阻与所述芯片OP07A的引脚3之间还有导线引出，所述引出导线上连接有电容后接地，所述芯片OP07A的引脚4和引脚7分别通过导线连接至电源，引脚4和引脚7之间还通过导线连接，所述连接引脚4和引脚7的导线上通过导线串联有两个电容，所述芯片OP07A的引脚2通过导线连接至芯片OP07A的引脚6，所述芯片OP07A的引脚6上还有导线引出，所述引出导线连接至所述比较器，所述芯片OP07A中的信号通过所述引脚6的引出导线输出至所述电压比较器，所述电压比较器包括芯片LM311，所述芯片OP07A引脚6上的引出导线连接至芯片LM311的引脚3上，所述芯片LM311的引脚2与引脚4之间通过导线连接有可调电位器，所述可调电位器一端接地，其两端还通过导线并联有一个电容，所述芯片LM311的引脚2上还有两根导线引出，一根导线上连接有上拉电阻，所述上拉电阻另一端连接至电源，另一根导线上串联有一个电阻和一个二极管后，再连接至芯片LM311的引脚7上，所述芯片LM311的引脚8通过导线连接至电源，引脚1接地，芯片LM311的引脚7上还有导线引出，所述电压比较器中的信号通过所述芯片LM311的引脚7上的引出导线输出，所述引脚7上的引出导线上还连接有上拉电阻，所述上拉电阻另一接线端通过导线连接至电源；还包括有串行计数器CD4040、型号为HRAA14103GF的排阻和型号为DS13的拨码开关，所述芯片LM311引脚7上的引出导线连接至一个二极管后，再连接至串行计数器CD4040的引脚10，所述芯片LM311的引脚7与其连接的二极管之间还有导线引出，所述引出导线上串联有一个二极管和一个电阻后接地，还包括有型号为74HC08的与门，所述与门74HC08的两个输入端之间通过导线连接有电阻，所述电阻两接线端上还分别有导线引出，所述引出导线分别连接电源和接地，所述与门74HC08的输出端通过导线连接至一个二极管后，再连接至串行计数器CD4040的引脚11，所述串行计数器CD4040的引脚11还通过导线连接有电阻后接地，所述串行计数器CD4040的引脚11与其所连接的二极管之间的导线上还有导线引出，所述引出导线连接至一个二极管后，再连接至一个并联支路，所述并联支路包括相互并联的一个二极管和一个电阻，所述电阻的两个接线端上还有导线引出，一个引出导线接地，另一个引出导线连接至一个电容后再连接至电源，所述串行计数器CD4040的引脚10上还有导线引出，所述引出导线连接至所述排阻的引脚1，所述串行计数器CD4040的引脚10与排阻的引脚1之间的导线上有导线引出，所述引出导线连接一个电容后接地；所述串行计数器CD4040的引脚1～引脚7、引脚9、引脚12～引脚15分别通过导线与所述拨码开关的引脚1～引脚12连接，所述拨码开关的引脚13～引脚24分别通过导线与所述排阻的引脚13～引脚2对应连接，所述拨码开关的引脚13～引脚24上还分别有导线引出，所述引出导线均分为三组，分别连接至三个型号为CD4082的与门的输入端，所述三个与门CD4082的输出端分别有导线引出，所述三个引出导线分别连接至一个型号为74HC11的与非门的输入端，所述与非门74HC11的输出端上有导线引出，所述引出导线连接至驱动芯片SN75451的引脚2上，所述与非门74HC11的输出端与驱动芯片SN75451的引脚2之间的导线上还有导线引出，所述引出导线连接至一个上拉电阻后再连接至电源，所述驱动芯片SN75451的引脚1与引脚6之间通过导线连接，驱动芯片SN75451的引脚1还通过导线连接有一个电阻，所述驱动芯片SN75451的引脚3通过导线连接有一个电阻，所述引脚1与引脚3连接的电阻另一接线端彼此通过导线连接后，再通过导线连接至电源，所述引脚3连接的电阻的两个接线端上还有导线引出，一个接线端上的引出导线上连接有一个电容后接地，所述电容不接地的接线端上还通过导线连接至电源，所述引脚3连接的电阻的另一个接线端上的引出导线连接至型号为HFBR1414的光纤收发器的引脚2上，所述驱动芯片驱动光纤收发器工作，所述光纤收发器HFBR1414的引脚2、引脚6与引脚7之间彼此通过导线连接，所述光纤收发器HFBR1414的引脚2与引脚3之间有二极管，所述引脚3上还有导线引出，所述引出导线接地。
通过罗可线圈测量总电流的变化率di/dt，然后把di/dt值转换成对应的电压值Iref。然后Iref值通过电压比较器LM311，比较值通过可调电位器设定，当Iref大于比较值时，则认为电源模块打火，电压比较器输出由低电平转换为高电平，使与门74HC08输出为高电平，同时使得A点为高电平；当Iref小于比较值时，电压比较器输出又由高电平转换为低电平，触发串行计数器CD4040计数，同时使与门74HC08输出端为低电平，由于二极管的存在，A点电平不能立即降为低电平，A点电平必须通过电阻放电，大概需要100微秒(可调节)，A点由高电平转换为低电平。当第一次打火发生后100微秒内，没有打火信号，则串行计数器CD4040的RST端电平降为低电平，计数清零；当第一次打火发生后100微秒内，又有打火信号，则串行计数器CD4040的RST端电平仍为高电平，当打火信号消失后，串行计数器CD4040增加计数。拨码开关S1用来设置打火次数，设置值从1到4048次可调。当在设定时间内，达到打火次数后，与非门74HC11输出为低电平，光收发器HFBR1414没有光信号发出，封锁所有电源的输出。
Claims (1)
1.高压脉冲电源打火计数保护装置，其特征在于：包括电压跟随器、电压比较器和罗可线圈，所述电压跟随器包括芯片OP07A，所述芯片OP07A的引脚3通过导线连接电阻R9后，再穿过所述罗可线圈并连接至外部信号源，所述电阻R9与所述芯片OP07A的引脚3之间还有导线引出，所述电阻R9与芯片OP07A的引脚3之间的引出导线上连接有电容C5后接地，所述芯片OP07A的引脚4和引脚7分别通过导线连接至电源，引脚4和引脚7之间还通过导线连接，所述连接引脚4和引脚7的导线上通过导线串联有两个电容C6、C7，所述芯片OP07A的引脚2通过导线连接至芯片OP07A的引脚6，所述芯片OP07A的引脚6上还有导线引出，所述芯片OP07A的引脚6上的引出导线连接至所述电压比较器，所述芯片OP07A中的信号通过所述引脚6的引出导线输出至所述电压比较器，所述电压比较器包括芯片LM311，所述芯片OP07A引脚6上的引出导线连接至芯片LM311的引脚3上，所述芯片LM311的引脚2与引脚4之间通过导线连接有可调电位器，所述可调电位器一端固定端接地，另一端固定端与滑动端还通过导线并联有一个电容C8，所述芯片LM311的引脚2上还有两根导线引出，一根导线上连接有上拉电阻R10，所述上拉电阻R10另一端连接至电源，另一根导线上串联有一个电阻R13和一个二极管D6后，再连接至芯片LM311的引脚7上，所述芯片LM311的引脚8通过导线连接至电源，引脚1接地，芯片LM311的引脚7上还有导线引出，所述电压比较器中的信号通过所述芯片LM311的引脚7上的引出导线输出，所述引脚7上的引出导线上还连接有上拉电阻R12，所述上拉电阻R12另一接线端通过导线连接至电源；还包括有串行计数器CD4040、型号为HRAA14103GF的排阻和型号为DS13的拨码开关，所述芯片LM311引脚7上的引出导线连接至一个二极管D1后，再连接至串行计数器CD4040的引脚10，所述芯片LM311的引脚7与其连接的二极管D1之间还有导线引出，所述芯片LM311的引脚7与二极管D1之间的引出导线上串联有一个二极管D2和一个电阻R3后接地，还包括有型号为74HC08的与门，所述与门74HC08的两个输入端之间通过导线连接有电阻R4，所述电阻R4两接线端上还分别有导线引出，所述电阻R4两接线端上的引出导线分别连接电源和接地，所述与门74HC08的输出端通过导线连接至一个二极管D3后，再连接至串行计数器CD4040的引脚11，所述串行计数器CD4040的引脚11还通过导线连接有电阻R2后接地，所述串行计数器CD4040的引脚11与其所连接的二极管D3之间的导线上还有导线引出，所述串行计数器CD4040D的引脚11与二极管D3之间的引出导线连接至一个二极管D4后，再连接至一个并联支路，所述并联支路包括相互并联的一个二极管D5和一个电阻R5，所述电阻R5的两个接线端上还有导线引出，一个引出导线接地，另一个引出导线连接至一个电容后再连接至电源，所述串行计数器CD4040的引脚10上还有导线引出，所述串行计数器CD4040的引脚10上的引出导线连接至所述排阻的引脚1，所述串行计数器CD4040的引脚10与排阻的引脚1之间的导线上有导线引出，所述串行计数器CD4040的引脚10与排阻的引脚1之间的引出导线连接一个电容C1后接地；所述串行计数器CD4040的引脚1～引脚7、引脚9、引脚12～引脚15分别通过导线与所述拨码开关的引脚1～引脚12连接，所述拨码开关的引脚13～引脚24分别通过导线与所述排阻的引脚13～引脚2对应连接，所述拨码开关的引脚13～引脚24上还分别有导线引出，所述引脚13～引脚24上的引出导线均分为三组，分别连接至三个型号为CD4082的与门的输入端，所述三个与门CD4082的输出端分别有导线引出，所述三个与门CD4082的输出端的引出导线分别连接至一个型号为74HC11的与非门的输入端，所述与非门74HC11的输出端上有导线引出，所述与非门74HC11的输出端上的引出导线连接至驱动芯片SN75451的引脚2上，所述与非门74HC11的输出端与驱动芯片SN75451的引脚2之间的导线上还有导线引出，所述非门74HC11的输出端与驱动芯片SN75451的引脚2之间的引出导线连接至一个上拉电阻R6后再连接至电源，所述驱动芯片SN75451的引脚1与引脚6之间通过导线连接，驱动芯片SN75451的引脚1还通过导线连接有一个电阻R8，所述驱动芯片SN75451的引脚3通过导线连接有一个电阻R7，所述引脚1与引脚3连接的电阻R8、R7另一接线端彼此通过导线连接后，再通过导线连接至电源，所述引脚3连接的电阻R7的两个接线端上还有导线引出，一个接线端上的引出导线上连接有一个电容C4后接地，所述电容C4不接地的接线端上还通过导线连接至电源，所述引脚3连接的电阻R7的另一个接线端上的引出导线连接至型号为HFBR1414的光纤收发器的引脚2上，所述驱动芯片驱动光纤收发器工作，所述光纤收发器HFBR1414的引脚2、引脚6与引脚7之间彼此通过导线连接，所述光纤收发器HFBR1414的引脚2与引脚3之间有二极管，所述引脚3上还有导线引出，所述光纤收发器HFBR1414引脚3上的引出导线接地。
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