基于TL494和IR2110的断路器操作电源的设计电路

　　0、引言

　　高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护电路，其作用就是接通或切断高压电路，对电力系统起保护作用。动作电压试验、机械特性测试是最能反映高压断路器电气、机械性能的测试，通过它能考核断路器的各种开断与关合性能，验证灭弧室与其它部分的结构设计，制造工艺和材料选择是否正确合理，尽早检测出断路器的机械缺陷和隐患，避免发生高压断路器拒分、拒合、分合不成功、爆炸等事故发生。因为操作机构动作迟缓等，将引起消弧的延缓，其后果使继电保护动作不正确，如跃级跳闸等，严重时使断路器爆炸。

　　高压断路器动作电压试验、机械特性测试是断路器安装、检修工作中必不可少的项目，也是保证电力系统安全运行的一项基本预防性试验。为了做好该项测试，可调电压的断路器操作控制电源是关键。当前广泛使用的整流电源，在带上负载后的输出电压，比较之前的整定值会有明显跌落。无论是恒定还是瞬间的电压跌落，其对断路器动作特性影响都是不可忽视的，因为断路器操作线圈的动作时间不到一个周波，整个断路器的分、合闸时间也只是几个周波。对动作电压试验而言，操作电压跌落的影响就更大。因此，需要研制较高负载调整特性、纹波系数小、抗干扰性强的断路器操作控制电源。随着高频开关电源技术的发展应用，使得较高负载调整特性、纹波系数小、抗干扰性强的断路器操作控制电源研制有了技术基础与背景。

　　本文采用电压脉宽型PWM控制芯片TL494，高压悬浮驱动器IR2110，以及功率开关器件IGBT方案实现高频开关电源。

　　1、电源主要技术指标、工作原理与系统构成

　　1.1电源的主要技术指标

　　输入电压范围：220VAC±10%50Hz±5%

　　环境工作温度：-50℃～45℃

　　输出电压范围：30VDC～265VDC

　　连续可调最大输出电流：Imax=15A

　　输出纹波系数：《±0.2%结

　　构型式：便携式

　　1.2工作原理

　　该高频开关电源由主电路、控制电路、保护电路、滤波电路、辅助电源和散热装置组成。输入的220V交流电经二极管全波整流及大电容滤波后得到平滑稳定的直流电，然后由IGBT全桥结构的逆变电路将其逆变为高频交流方波，再经变压器升压和输出整流滤波电路滤波将交流方波整定为所需的可调直流电。控制电路由TL494和IR2110构成，TL494输出的PWM信号经IR2110放大驱动IGBT。保护电路设有软启动、过电流、过电压等保护功能。系统框图如图1所示。

　　

　　图1系统框图

　　2、TL494的结构和性能

　　TL494是美国德克萨斯州仪器公司生产的一种性能优良的电压驱动型脉宽调制器件，可作为单端式、推挽式、全桥式、半桥式开关电源控制器，被广泛应用于开关电源中，是开关电源的核心控制器件。TL494的输出三极管可接成共发射极及射极跟随2种方式，因而可以选择双端推挽输出或单端输出方式。在推挽输出方式时，其两路驱动脉冲相差180°，而在单端方式时，其两路驱动脉冲为同步同相。TL494是有16引脚双列直插式塑料封装集成芯片。它的工作频率为1～300kHz，输出电压达40V，输出电流为200mA。TL494的引脚说明如下：

　　1、2脚：内部误差放大器1的同相输入端和反相输入端，可用于闭环稳压;

　　3脚：脉宽调制补偿端;

　　4脚：死区时间设置端，通过设置死区时间，可防止上下桥臂直通;

　　5、6脚：设定振荡器频率用电容与电阻连接端;

　　7脚：工作参考地端;

　　8、11脚：脉宽调制方波输出晶体管的集电极;

　　9、10脚：脉宽调制方波输出晶体管的发射极;

　　12脚：工作电源连接端，极限电压41V，低于7V电路不启动;

　　13脚：输出方式控制端，在该端为高电平时，TL494为推挽输出型，最大占空比为48%;在该端为低电平时，两路输出脉冲相同，最大占空比为98%;

　　14脚：基准电压输出端，该端输出一标准的5V±5%基准电压，其温度稳定性好，可用来作为给定信号或保护基准信号;

　　15、16脚：内部误差放大器2的反向输入端与同相输入端，用于过电压和过电流保护。

　　TL494的内部结构图如图2所示。