CN212381125U - 绝缘电阻测试仪用直流高压电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种绝缘电阻测试仪用直流高压电源，包括低压直流电源、功率变换器、倍压整流电路及PWM控制器，功率变换器包括开关管S1、开关管S2、升压变压器T1及电容C3。本实用新型的功率变换器通过钳位电容C3与升压变压器T1漏电感以及开关管寄生电容实现了开关管S1的零电压关断、开关管S2的零电压通断，降低了开关损耗；且采用正激变换，利用开关管S2与电容C3组成的有源钳位电路实现升压变压器T1的磁通自动复位，无需另加复位措施，激磁电流I2可以沿正负方向流通，使磁芯在磁化曲线第一及第三象限运行，提高了磁芯的利用率并简化了电路设计。

Description

绝缘电阻测试仪用直流高压电源

技术领域

本实用新型涉及直流高压电源技术领域，尤其涉及一种绝缘电阻测试仪用直流高压电源。

背景技术

绝缘电阻测量仪主要用于测量大型变压器、互感器、发电机、高压电动机、电力电容、电力电缆、避雷器等设备的绝缘电阻，直流高压电源是绝缘电阻测量仪非常重要的一部分，针对不同绝缘物承受电压的不同和不同高压下绝缘电阻的测量，直流高压电源要能够输出不同的直流高压对不同绝缘物施加不同的直流高压，如250V、500V、1000V、2000V等。绝缘电阻测量仪的供电源一般为低压直流电源，满足需求的DC-DC升压电源设计具有重要意义。

传统的直流高压电源有的采用boost型升压拓扑及PWM模式实现输入低电压输出稳定高电压的变换器，未采用软开关技术，高频驱动方波使开关导通时会产生大的浪涌电流，关断时会产生很高的尖峰电压，开关损耗大；有的采用正激变换器，利用双环负反馈系统输出稳定高压，利用接到变压器原副边的二极管、电容实现了变压器去磁功能，有效提高功率传输效率，但在去磁过程中开关管的开关损耗大，开关管关断时二极管导通，变压器原边的激磁能量经二极管给电容充电实现去磁，开关管导通时输出电压为电容电压与变压器副边电压之和，因此在开关管断开期间两端电压应力逐渐增大，导通的瞬间开关损耗大。由此可知，传统的直流高压电源大都存在开关损耗大的问题。

实用新型内容

有鉴于此本实用新型提出了一种绝缘电阻测试仪用直流高压电源，以解决传统绝缘电阻测试仪用直流高压电源开关损耗大的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种绝缘电阻测试仪用直流高压电源，包括低压直流电源、功率变换器、倍压整流电路及PWM控制器，所述功率变换器包括开关管S1、开关管S2、升压变压器T1及电容C3；

所述低压直流电源的输出端正极连接升压变压器T1原边绕组的一端，升压变压器T1原边绕组的另一端分为两路，一路依次经开关管S1的集电极、开关管S1的发射极连接所述低压直流电源的输出端负极，另一路依次经电容C3、开关管S2的集电极、开关管S2的发射极连接所述低压直流电源的输出端负极，开关管S1与开关管S2的栅极均连接所述PWM控制器，升压变压器T1的副边绕组连接所述倍压整流电路。

可选的，所述功率变换器还包括电阻R1及电容C4，开关管S1的集电极依次经电容C4、电阻R1连接开关管S1的发射极。

可选的，所述倍压整流电路包括电容C5、电容C8、二极管D3及二极管D4；

升压变压器T1副边绕组的一端依次经电容C5、二极管D3的正极、二极管D3的负极连接升压变压器T1副边绕组的另一端，升压变压器T1副边绕组与二极管D3负极的公共端依次经电容C8、二极管D4的正极、二极管D4的负极连接电容C5与二极管D3正极的公共端。

可选的，所述倍压整流电路还包括电容C6及电容C7，电容C6与电容C5并联，电容C7与电容C8并联。

可选的，所述倍压整流电路还包括电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、二极管D5及二极管D6；

二极管D4负极与电容C5的公共端依次经电容C9、二极管D5的正极、二极管D5的负极连接二极管D4正极与电容C8的公共端，二极管D5负极与电容C8的公共端依次经电容C11、二极管D6的正极、二极管D6的负极连接二极管D5正极与电容C9的公共端，电容C10与电容C9并联，电容C12与电容C11并联。

可选的，所述倍压整流电路还包括电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、二极管D7及二极管D8；

二极管D6负极与电容C9的公共端依次经电容C13、二极管D7的正极、二极管D7的负极连接二极管D6正极与电容C11的公共端，二极管D7负极与电容C11的公共端依次经电容C15、二极管D8的正极、二极管D8的负极连接二极管D7正极与电容C13的公共端，电容C14与电容C13并联，电容C16与电容C15并联。

本实用新型的绝缘电阻测试仪用直流高压电源相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本实用新型的功率变换器通过钳位电容C3与升压变压器T1漏电感以及开关管寄生电容实现了开关管S1的零电压关断、开关管S2的零电压通断，降低了开关损耗；且采用正激变换，利用开关管S2与电容C3组成的有源钳位电路实现升压变压器T1的磁通自动复位，无需另加复位措施，激磁电流I2可以沿正负方向流通，使磁芯在磁化曲线第一及第三象限运行，提高了磁芯的利用率并简化了电路设计；

(2)本实用新型的倍压整流电路以两个电容为一组，可以使升压变压器T1的体积明显的减小，并且有效的降低了升压变压器T1副边首末端的电压差，降低了升压变压器T1副边绕组线圈的缠绕难度和成本，有效降低了高压风险，提高了直流高压电源的带负载能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的绝缘电阻测试仪用直流高压电源的结构框图；

图2为本实用新型的功率变换器及倍压整流电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，绝缘电阻测试仪用直流高压电源包括低压直流电源、正激功率变换器、倍压整流电路及PWM控制器，如图2所示，功率变换器包括开关管S1、开关管S2、升压变压器T1及电容C3，低压直流电源的输出端正极连接升压变压器T1原边绕组的一端，升压变压器T1原边绕组的另一端分为两路，一路依次经开关管S1的集电极、开关管S1的发射极连接低压直流电源的输出端负极，另一路依次经电容C3、开关管S2的集电极、开关管S2的发射极连接低压直流电源的输出端负极，开关管S1与开关管S2的栅极均连接PWM控制器，升压变压器T1的副边绕组连接倍压整流电路。

其中，低压直流电源用于提供低压直流电，如+15V或+24V，功率变换器用于将低压直流电转换为高压，倍压整流电路用于对功率变换器的输出进行倍压整流，提供绝缘电阻测试仪用的250V、500V、1000V、2000V等直流高压，PWM控制器用于输出PWM信号控制开关管的开关。

本实施例中，设L1、L2分别为升压变压器T1的漏电感、激磁电感，I2为激磁电流，开关管S1为主开关，开关管S2为钳位开关，电容C3为钳位电容，二极管D1和电容C1分别为开关管S1的寄生二极管和电容，二极管D2、电容C2分别为开关管S2的寄生二极管和电容。开关管S1的一个开关周期有4个状态模式：

t0-t1时间段，开关管S1开通，A点电位为零，升压变压器T1正向激磁，升压变压器T1原边绕组电压等于低压直流电源电压，低压直流电源能量经升压变压器T1传递至负载，I2由第三象限的最大值向第一象限的最大值过渡，开关管S1开通后，电容C1放电，电容C2充电，t1时刻电容C1的电压降低至零，二极管D1导通，此时控制开关管S1关断，可实现开关管S1的零电压关断，降低开关管的关断损耗；

t1-t2时间段，为谐振过渡阶段，开关管S2两端的电压降为零，开关管S1关断后，电容C1充电，电容C2放电，A点电位由零上升至一定水平，t2时刻电容C2两端的电压为零，此时二极管D2因正向偏置导通，控制开关管S2导通，则为开关管S2耳朵零电压开通，开关管S1两端的电位被钳位于一定水平；

T2-t3时间段，开关管S2导通后，钳位电容C3的电压Vc为图2中的右正左负，电容C3能量通过开关管S2向升压变压器T1传输，开关管S1两端的电位被钳位于Vc，钳位电容电流I＝I2，I2由第一象限向第三象限过渡，即升压变压器T1的磁通复位过程；

T3-t4时间段，在能量转移过程中，关断开关管S2，则开关管S2为零电压关断，电容C1放电，电容C2充电，电感L1、电容C1、电容C2发生谐振，电感L1中的能量转移到电容C2，磁场能量使电容C1放电，A点电位由一定值下降为零，在t4时刻控制开关管S1开通，则开关管S1为零电压开通，重复上述过程。

设开关管S1的开通时间为DTs，D为开关管S1的开通时间与开关周期的比值，Ts为开关周期，升压变压器T1原边绕组承受的电压为Vs，则有Vc＝Vs/(1-D)。这样，本实施例的功率变换器通过钳位电容C3与升压变压器T1漏电感以及开关管寄生电容实现了开关管S1的零电压关断、开关管S2的零电压通断，降低了开关损耗；且采用正激变换，利用开关管S2与电容C3组成的有源钳位电路实现升压变压器T1的磁通自动复位，无需另加复位措施，激磁电流I2可以沿正负方向流通，使磁芯在磁化曲线第一及第三象限运行，提高了磁芯的利用率并简化了电路设计。

进一步的，如图2所示，本实施例的功率变换器还包括电阻R1及电容C4，开关管S1的集电极依次经电容C4、电阻R1连接开关管S1的发射极。电阻R1及电容C4构成开关管S1的缓冲回路，开关管S1关断时，开关管S1的集电极上升，电容C4限制了集电极电压的上升速度，同时减小了上升电压和下降电流的重叠，从而减低了开关管S1的损耗。

进一步的，如图2所示，本实施例的倍压整流电路包括电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、二极管D3、二极管D4、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、二极管D5、二极管D6、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、二极管D7及二极管D8。

升压变压器T1副边绕组的一端依次经电容C5、二极管D3的正极、二极管D3的负极连接升压变压器T1副边绕组的另一端，升压变压器T1副边绕组与二极管D3负极的公共端依次经电容C8、二极管D4的正极、二极管D4的负极连接电容C5与二极管D3正极的公共端，电容C6与电容C5并联，电容C7与电容C8并联。二极管D4负极与电容C5的公共端依次经电容C9、二极管D5的正极、二极管D5的负极连接二极管D4正极与电容C8的公共端，二极管D5负极与电容C8的公共端依次经电容C11、二极管D6的正极、二极管D6的负极连接二极管D5正极与电容C9的公共端，电容C10与电容C9并联，电容C12与电容C11并联。二极管D6负极与电容C9的公共端依次经电容C13、二极管D7的正极、二极管D7的负极连接二极管D6正极与电容C11的公共端，二极管D7负极与电容C11的公共端依次经电容C15、二极管D8的正极、二极管D8的负极连接二极管D7正极与电容C13的公共端，电容C14与电容C13并联，电容C16与电容C15并联。其中，电容C5-C16的容值相同。

本实施中，开关管S1导通时，升压变压器T1副边绕组的感应电动势为上正下负，二极管D3导通，电容C5与电容C6处于充电状态，能量储存在电容C5与电容C6中，电容C5与电容C6的电压极性为左正右负。开关管S1关断时，升压变压器T1副边绕组的感应电动势为上负下正，二极管D4导通，电容C5与电容C6处于放电状态，电容C7与电容C8处于充电状态，电容C7与电容C8上被施加的电压大小大致为升压变压器T1上的感应电动势与电容C5 C6上的电压之和，经过一段时间升压变压器T1的输出稳定后，电容C7与电容C8上的电压值大小就会是升压变压器T1副边绕组上感应电动势的二倍，并且电压极性为左正右负。后面的倍压电路原理与前边的相似，因此在经过少数几个周期以后，除了电容C5 C6上的电压等于升压变压器T1副边绕组感应电动势之外，电容C9C10、电容C9 C10、电容C11C12上的电压值与电容C7C8一样，都是升压变压器T1副边绕组感应电动势的二倍且左正右负，这样本实施例的倍压整流电路可提供大小为升压变压器T1副边输出电压大小六倍的直流电压，这样可以使升压变压器T1的体积明显的减小，并且有效的降低了升压变压器T1副边首末端的电压差，降低了升压变压器T1副边绕组线圈的缠绕难度和成本，并有效降低了高压风险。电容C6与电容C5并联，电容C7与电容C8并联，电容C10与电容C9并联，电容C12与电容C11并联，电容C14与电容C13并联，电容C16与电容C15并联，每两个电容为一组，还可以提高倍压整流电路输出的带负载能力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绝缘电阻测试仪用直流高压电源，包括低压直流电源、功率变换器、倍压整流电路及PWM控制器，其特征在于：

所述功率变换器包括开关管S1、开关管S2、升压变压器T1及电容C3；

所述低压直流电源的输出端正极连接升压变压器T1原边绕组的一端，升压变压器T1原边绕组的另一端分为两路，一路依次经开关管S1的集电极、开关管S1的发射极连接所述低压直流电源的输出端负极，另一路依次经电容C3、开关管S2的集电极、开关管S2的发射极连接所述低压直流电源的输出端负极，开关管S1与开关管S2的栅极均连接所述PWM控制器，升压变压器T1的副边绕组连接所述倍压整流电路。

2.如权利要求1所述的绝缘电阻测试仪用直流高压电源，其特征在于，所述功率变换器还包括电阻R1及电容C4，开关管S1的集电极依次经电容C4、电阻R1连接开关管S1的发射极。

3.如权利要求1所述的绝缘电阻测试仪用直流高压电源，其特征在于，所述倍压整流电路包括电容C5、电容C8、二极管D3及二极管D4；

升压变压器T1副边绕组的一端依次经电容C5、二极管D3的正极、二极管D3的负极连接升压变压器T1副边绕组的另一端，升压变压器T1副边绕组与二极管D3负极的公共端依次经电容C8、二极管D4的正极、二极管D4的负极连接电容C5与二极管D3正极的公共端。

4.如权利要求3所述的绝缘电阻测试仪用直流高压电源，其特征在于，所述倍压整流电路还包括电容C6及电容C7，电容C6与电容C5并联，电容C7与电容C8并联。

5.如权利要求3所述的绝缘电阻测试仪用直流高压电源，其特征在于，所述倍压整流电路还包括电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、二极管D5及二极管D6；

二极管D4负极与电容C5的公共端依次经电容C9、二极管D5的正极、二极管D5的负极连接二极管D4正极与电容C8的公共端，二极管D5负极与电容C8的公共端依次经电容C11、二极管D6的正极、二极管D6的负极连接二极管D5正极与电容C9的公共端，电容C10与电容C9并联，电容C12与电容C11并联。

6.如权利要求3所述的绝缘电阻测试仪用直流高压电源，其特征在于，所述倍压整流电路还包括电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、二极管D7及二极管D8；

二极管D6负极与电容C9的公共端依次经电容C13、二极管D7的正极、二极管D7的负极连接二极管D6正极与电容C11的公共端，二极管D7负极与电容C11的公共端依次经电容C15、二极管D8的正极、二极管D8的负极连接二极管D7正极与电容C13的公共端，电容C14与电容C13并联，电容C16与电容C15并联。

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