專利名稱：移相控制全橋變換電路實現(xiàn)的電力工程高壓電阻負載的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種電器元件——電阻，特別是涉及電力工程中測量被測充電 機的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度測試的高壓電阻負載。
背景技術(shù)：
隨著國家建設的飛速發(fā)展，對電力工程中被測充電機的測量要求越來越高?，F(xiàn)有 的電力工程高壓電阻負載或多或少存在不足，傳統(tǒng)的滑線變阻器調(diào)節(jié)電阻不能實現(xiàn)程 控調(diào)解；利用半導體器件作為發(fā)熱元件的缺點是體積大，笨重；采用固定電阻排列 組合方式的電阻負載不能連續(xù)變化阻值。近年來發(fā)展的陶瓷PTC直流負載，雖 然具有制造成本低、控制技術(shù)簡單等優(yōu)點，但PTC元件施加電壓后，因本身的 自熱功能，所產(chǎn)生的內(nèi)熱和外熱達到平衡后，即使改變電流或電壓，而其自身 或環(huán)境溫度未變化，其阻值是恒定的，要使輸出電流在0 100%In范圍內(nèi)連續(xù) 調(diào)整變化是無法實現(xiàn)的。同時陶瓷TPC易受使用環(huán)境(如溫度、風力)的影響， TPC因材料成分及純度、燒結(jié)工藝等會造成各批次產(chǎn)品特性差異很大，給維修 更換帶來較大的困難。所以這些負載均不能滿足日益發(fā)展的電力工程建設，尤 其是對高精度測量充電機的直流穩(wěn)壓、直流穩(wěn)流的電阻負載需要。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種用于測量的高壓電阻負載，這種負載體積小、重量 輕，可實現(xiàn)0 50A的全范圍實現(xiàn)連續(xù)程控可變，且效率高、可靠性好。
本實用新型的目的是這樣達到的 一種移相控制全橋變換電路實現(xiàn)的電力工程高 壓電阻負載，與被測充電機的檢測系統(tǒng)連接，高壓電阻負載、被測充電機的檢測系統(tǒng) 和被測充電機形成檢測回路，含有真空電阻管，其特征在于設置有負載控制器，負 載控制器是移相控制全橋型零電壓開關(guān)-脈沖調(diào)制變換電路，在負載控制器上分別連 接兩組真空電阻， 一組為固定真空電阻R2，另一組為繼電器組DL2控制的真空電阻 組合R1，直流電壓加在兩組電阻上。
負載控制器上設置有I/0控制接口，通過I/0控制接口與可編程控制器連接，可 編程控制器與計算機CPU連接，計算機CPU還與被測充電機的檢測裝置連接，經(jīng)D/A
3轉(zhuǎn)換后與被測充電機構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，通過顯示屏對系統(tǒng)進行監(jiān)控，通過計算機鍵盤對
負載控制器進行程序控制，并存儲數(shù)據(jù)。
移相控制全橋型零電壓開關(guān)-脈沖調(diào)制變換電路是UC3875控制芯片。 真空電阻是合金絲真空電阻管，真空電阻組合R1是由若干真空電阻管并聯(lián)的電
阻組合。
在直流電源輸入到負載控制器和電阻之前，加裝有斷路器。
本實用新型的積極效果是可調(diào)高壓程控負載采用移相控制全橋變換電路脈寬調(diào) 制技術(shù)達到程控電阻負載全范圍無縫調(diào)節(jié)，使程控電阻負載實現(xiàn)0 300V， 0 30A 的全范圍連續(xù)可變。配有可擴充固定電阻負載，根據(jù)測試需要變換電阻管的數(shù)量或電 阻值，實現(xiàn)0 50A的全范圍連續(xù)測試。效率高、體積小、重量輕，安裝維修方便， 簡單。


圖1是本實用新型高壓電阻的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型控制器的控制部分電路圖。
圖3是本實用新型控制器采用的UC3875控制芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖。
圖4是本實用新型釆用的移相控制全橋電路的電阻負載控制波形圖。
具體實施方式附圖給出了本實用新型的一個具體實施例。
參見附圖。在負載控制器上分別連接兩組真空電阻，Rl是真空電阻管組成的電 阻組合。本例Rl由RA=30Q， RB=30 Q , RC=30 Q ， RD=3 0 Q ， RE=30 Q ， RF=30 Q，RG=75Q, RH=140Q, R卜270Q系列電阻組成。通過繼電器組DL2控制改變 上述系列電阻并聯(lián)組合改變電阻值。R2為一固定真空電阻，本例的R2:30Q。 通過改變R2端電壓，改變功率。在負載控制器上連接R1、 R2，就可以通過R1， R2電阻的組合，實現(xiàn)電流0-50A連續(xù)調(diào)節(jié)。
負載控制器上設置有1/0控制接口，通過1/0控制接口與可編程控制器連接， 可編程控制器與計算機CPU連接，計算機CPU還與被測充電機的檢測裝置連接，經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換后與被測充電機構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，通過顯示屏對程控負載控制器進行監(jiān)控，通 過計算機鍵盤對負載控制器進行程序控制，并存儲數(shù)據(jù)。
傳統(tǒng)的全橋變換電路開關(guān)元件在電壓很高或電流很大的條件下，在門極的控制下 開通或關(guān)斷，開關(guān)過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)重疊，導致了開關(guān)損耗。開關(guān)損 耗隨開關(guān)頻率增加而急劇上升，使電路效率下降，阻礙了開關(guān)頻率的提高。在移相控制技術(shù)基礎上，利用功率管的輸出電容和輸出變壓器的漏電感作為諧振 元件，使全橋變換器四個開關(guān)管依次在零電壓下導通，實現(xiàn)恒頻軟開關(guān)。由于減少了 開關(guān)過程損耗，變換效率可達80%-90%，并且不會發(fā)生開關(guān)應力過大。所以選用移相 控制全橋型零電壓開關(guān)脈寬調(diào)制(PSC FB ZVS-PWM)變換電路。在本例中采用了美國 UNITR0DE公司針對移相控制方案推出的專用芯片UC3875控制芯片。一般地用UC3875 做的功率開關(guān)電源，輸出電壓固定而且在低壓值，負載變化。在本實用新型中， 創(chuàng)新地用UC3875做高壓大功率開關(guān)電源，工作方式是移相諧振全橋軟開關(guān)。 輸入DC180V—300V,輸出電阻30Q，輸出0—200V，最大電流7A。
UC3875芯片可對全橋開關(guān)的相位進行相位移動，實現(xiàn)定頻脈寬調(diào)制控制，UC3875 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖3所示。
l腳輸出+5V基準電壓，可作為內(nèi)部或外部電路的其他元件的電源。2腳作為電 壓反饋控制端，當引輸出信號高到一定值時，由內(nèi)部RS觸發(fā)器及門電路作用使C輸 出與A輸出反相，即A、C輸出信號移相180度；同樣，當引腳2輸出信號低于1V時， 通過內(nèi)部RS觸發(fā)器及門電路作用使C輸出與A輸出同相，即A、 C輸出信號移相0度。 可見通過控制引腳2端的輸出可以控制A、 C間相位在0 180度之間變化。B、 D的工 作原理與A、 C相似。3腳作為誤差放大器的反相輸入端，通常利用分壓電阻檢測輸 出電源電壓。4腳作為誤差放大器的同相輸入端，和l腳基準電壓相連，檢測3腳的 輸出電源電壓。5腳作為電流檢測端，其基準設置為內(nèi)部固定2.5V (由分壓)，當 電壓超過2.5V時輸出即被關(guān)斷，軟起動6腳復位，即可實現(xiàn)過流保護。7腳和15腳 作為輸出延遲控制端，通過設置該腳對地之間的電流來設置死區(qū)，加在同一橋臂兩管 驅(qū)動脈沖之間，以實現(xiàn)零電壓開通時的瞬態(tài)時間。8、 9、 13、 14腳作為輸出端，可 驅(qū)動MOSFET和變壓器。IO腳作為電源電壓端，為輸出級提供所需電源。11腳作為 芯片供電電源，為芯片內(nèi)部數(shù)字、模擬電路部分提供電源，內(nèi)部有欠壓鎖定電路，其 開啟閾值為10.75V，關(guān)閉閾值為9.25V。開啟和關(guān)閉之間有1.5V的回差，可有效防 止電路在閾值電壓附近工作時的跳動，16腳作為頻率設置端，需外接電阻和電容來 設置振蕩頻率。17腳作為輸出時，提供時鐘信號；作為輸入，提供同步點。18腳作 為陡度端，需外接一個電阻以產(chǎn)生斜波。19腳作為斜波端，需外接電容到地。20腳 作為信號地，是所有電壓的參考基準。
控制器的控制原理及工作過程參見圖2、圖3。 INPUT+, INPUT-為充電機電源 的輸出電壓；UREF為調(diào)節(jié)負載功率的控制電壓；UOUT+， UOUT-為控制電壓輸出。工 作過程是輸入的UREF (0 5V)線性電壓到UC3875的EA+ (引腳4，誤差放大器同相輸入端)在與EA-(引腳3，誤差放大器反相輸入端，開關(guān)電源輸出電 壓的分壓值)進行比較。當EA+上電壓在DC0 5V線性變化時，改變脈寬調(diào)制器 的占空比，開關(guān)電源輸出就從DC0 200V變化，由于負載電阻30Q固定，輸出 電流就在0-7A變化，調(diào)節(jié)細度達到了O. 1%。
UC3875的核心是相位調(diào)制器，其13腳B輸出信號與14腳A輸出信號反相，9腳 C輸出信號與8腳D輸出信號反相，這四個驅(qū)動信號經(jīng)擴流后由驅(qū)動變壓器去驅(qū)動MOS 管。相位控制的特點體現(xiàn)在UC3875的四個輸出端具有相同的驅(qū)動脈沖分別驅(qū)動A / B、 C/D兩個半橋，通過移相錯位控制有源時間，使全橋的四個開關(guān)輪流導通。每個輸 出級導通前都有一個死區(qū)，而且可以調(diào)整死區(qū)時間。在該死區(qū)時間內(nèi)確保下一個功率 開關(guān)器件的輸出電容放電完畢，為即將導通的開關(guān)器件提供電壓開通條件。因此，每 對輸出級(A/B， C/D)的諧振開關(guān)作用時間，可以單獨控制。在全橋變換拓撲模式下， 移相控制的優(yōu)點得到最充分的體現(xiàn)。UC3875在電壓模式和電流模式下均可工作，并 具有過電流關(guān)斷以實現(xiàn)故障的快速保護。
本高壓電阻具有效率高、體積小、重量輕的特點。配有可擴充固定電阻負 載，實現(xiàn)0 50A的全范圍連續(xù)測試，控制器的作用和效果十分顯著，可達到
a. 占空比控制范圍0 100%。
b. 輸出導通延遲時間編程可控。
c. 電壓模式控制和電流模式控制。
d. 最高工作頻率lMHz。
e. 圖騰柱式驅(qū)動輸出電路，最大驅(qū)動電流2A。
f. 內(nèi)置lOMHz誤差放大器。
g. 具有欠電壓鎖定功能。
h. 啟動電流低，僅為150uA。
i. 欠電壓鎖定過程中，輸出端保持低點平。 j.具有軟啟動控制功能。
k.過電流比較器鎖定后在整個工作周期內(nèi)均可重新啟動。 1.內(nèi)置精密5V基準電壓，可微調(diào)。
移相控制全橋電路的控制波形如圖4所示，移相控制的優(yōu)點得到最充分的體現(xiàn)。
權(quán)利要求1、一種移相控制全橋變換電路實現(xiàn)的電力工程高壓電阻負載，與被測充電機的檢測系統(tǒng)連接，高壓電阻負載、被測充電機的檢測系統(tǒng)和被測充電機形成檢測回路，含有真空電阻管，其特征在于設置有負載控制器，負載控制器是移相控制全橋型零電壓開關(guān)-脈沖調(diào)制變換電路，在負載控制器上分別連接兩組真空電阻，一組為固定真空電阻R2，另一組為繼電器組DL2控制的真空電阻組合R1，直流電壓加在兩組電阻上。
2、 如權(quán)利要求1所述的電力工程高壓負載，其特征在于所述高壓電阻負載、 被測充電機的檢測系統(tǒng)和被測充電機形成檢測回路是在負載控制器上設置I/O控制 接口，通過I/0控制接口與可編程控制器連接，可編程控制器與計算機CPU連接，計 算機CPU還與被測充電機的檢測裝置連接，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后與被測充電機構(gòu)成閉環(huán)回路， 通過顯示屏對系統(tǒng)進行監(jiān)控，通過計算機鍵盤對負載控制器進行程序控制，并存儲數(shù) 據(jù)。
3、 如權(quán)利要求1所述的電力工程高壓負載，其特征在于所述移相控制全橋型 零電壓開關(guān)-脈沖調(diào)制變換電路是UC3875控制芯片。
4、 如權(quán)利要求1所述的電力工程高壓負載，其特征在于在直流電源輸入到負 載控制器和電阻之前，加裝有斷路器。
5、 如權(quán)利要求1所述的電力工程髙壓負載，其特征在于所述負載控制器上的真空電阻是合金絲真空電阻管，真空電阻組合Rl是由若干真空電阻管并聯(lián)的電阻組合。
專利摘要本實用新型涉及電力工程中測量被測充電機的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度的高壓電阻負載。采用移相控制全橋變換電路實現(xiàn)。負載含有真空電阻管，還設置有負載控制器，負載控制器是移相控制全橋型零電壓開關(guān)-脈沖調(diào)制變換電路，具體是UC3875控制芯片。在負載控制器上分別連接兩組真空電阻，一組為固定真空電阻R2，另一組為繼電器組DL2控制的真空電阻組合R1，直流電壓加在兩組電阻上。負載控制器通過I/O控制接口與可編程控制器連接，通過計算機CPU和被測充電機的檢測裝置連接，經(jīng)D/A變換與被測充電機構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機全程控制。本電阻可實現(xiàn)全范圍無縫調(diào)節(jié)，再0～300V，0～30A的全范圍連續(xù)可變。效率高、體積小、重量輕，安裝維修方便，簡單。
文檔編號G01R31/00GK201163292SQ20082006182
公開日2008年12月10日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者丁丹一, 平 劉, 曹永興, 晶 李, 燦 胡, 陳賢順 申請人:四川電力試驗研究院