浪涌电流范文
时间：2023-04-11 21:31:28
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篇1
关键词：大功率电源；浪涌电流；浪涌抑制
中图分类号：TM344 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0140-03
1 引言
大功率电源已经成为一些工业设备例如电力和控制系统的关键部分。大功率电源由于输入滤波电容较大（数千至数万微法），会导致电源在启动瞬间形成数倍乃至数十倍于额定值的浪涌电流。浪涌电流过大会使大功率电源前端的空气开关、继电器、整流管等器件承受过大的工作流，严重时导致器件过早失效或寿命降低。近年来，由于大功率电源的应用不断增加，许多浪涌电流抑制技术和产品应运而生。基于浪涌抑制电路的技术发展，本文介绍了一种大功率电源浪涌电流抑制电路的设计，这种电路与传统的浪涌抑制电路相比，浪涌电流大大减少，同时其所用元器件数量较少、控制简单、功耗低、性能可靠。
2 浪涌电流的成因分析
图1为传统电源输入端电路原理图。
电路启动瞬间，电容C1开始充电，由于电容充电初期内阻很低，导致电流迅速增加，形成浪涌电流，浪涌电流最大值可通过公式（1）近似估算：
（1）
其中
k：整流系数；
Uin：交流输入电压；
f：整流后的脉动电压频率（单相按100Hz计算，三相按300Hz计算）；
R：线路电阻；
C：电容容量；
L：电感感量。
由上式可以看出，浪涌电流If与输入电压Uin和电容容量C成正比，与线路电阻R及电感L成反比。由于大功率电源通常使用的初级滤波电容容量较大（通常几千微法至几万微法）而线路电阻因为使用较粗的导线而较低（通常几十到几百毫欧），因此电源启动时会形成较大的浪涌电流。以下是20kW大功率电源产品（输入380V，初级滤波电容5000uF）浪涌电流实测值（使用500A电流传感器进行测试，峰值电压25.2V，换算成电流约为300A，持续时间4-6ms）：
从图2可以看出最大浪涌电流已经突破200A，而该电源每相额定电流值仅为30A，浪涌电流约为额定值的7倍，在这种情况下工作，大功率电源前端的器件必须留有充足的余量，同时由于器件频繁在开机瞬间受到大电流冲击，容易导致器件寿命下降。
3 传统浪涌抑制电路的做法
根据上述浪涌电流成因的分析，传统浪涌电流抑制电流有2种做法。
3.1 增加负温度系数的热敏电阻限制启动时的浪涌电流
图3是利用NTC电阻限制浪涌电流的经典电路（NTC加在交流侧或直流侧均可）。
负温度系数热敏电阻NTC是一种热敏器件，常温下电阻较大，利用自身的高阻特性抑制浪涌电流，通电后由于自身损耗产生热量，其阻值也随之降低，因此在正常工作状态下的功耗也会随之降低。
该方法优点为电路非常简单，只需串入一只NTC电阻即可。缺点为：1）由于NTC为热敏器件，因此在关机后立即再次启动电源，由于NTC已经处于高温状态，会导致NTC失去浪涌电流抑制效果。2）由于NTC为串联在回路中的电阻，因此在大功率场合下（几十安至几百安），即使NTC电阻阻值下降到几十毫欧级别，造成的功率损耗依然十分巨大。同时导致电源内部发热，影响其它器件寿命。因此该方法一般仅适用于小功率场合（功率小于10kW），并需要在控制端增加延时启动电路。
3.2 增加电感限制启动时的浪涌电流
图4是利用电感限制浪涌电流的经典电路。
由公式（1）可以看出浪涌电流与线路电阻R及电感L成反比，增加电阻R或者电感L都可以有效降低浪涌电流。但通常在线路中增加电阻阻值会带来极大的能量损耗和热耗，因此可以通过增加电感L对浪涌电流进行抑制。
电感是一种磁性器件，可以将电能转化为磁能进行存储，同时具有抑制电流突变的作用，通电之后，电感可以在一定程度抑制电容产生的浪涌电流。该方法缺点如下：
1）电感感量与线圈匝数的平方成正比，在获得较大的感量的同时线圈匝数也必须相应提高，在大功率电路中，由于电流较大，所选用的铁心和铜线体积也较大，在实际电路中由于体积有限因此很难将感量做到很大，通常仅能维持在几百微亨至几毫亨，对限制浪涌电流而言作用十分有限。
2）电感作为元器件串联在回路中，产生铜损和铁损形成发热。
4 新型浪涌抑制电路运行和计算
与传统浪涌电流抑制电路相比，图5所示的新型浪涌电流抑制电路在整流之后增加一只电阻和辅助开关即可达到抑制浪涌电流的作用。
电路工作原理如下：主开关为K1，辅助开关为K2，限流电阻为R1，电路启动时打开主开关K1，此时电路进入预充电模式，由于限流电阻R1的存在，电容C1产生的浪涌电流大大减少。待电容C1充入部分电量后，辅助开关K2打开，此时电路进入正常工作模式，将限流电阻R1短路，由于电容C1中已充入部分电量，接入主电路后，同时启动后，限流电阻通过辅助开关K2短路，并不串联在主回路当中，减少了限流电阻的发热。
上述电路关键参数的选取：
1）辅助开关打开时间T。辅助开关打开越晚，电容C1通过电阻R1的充电就越充分，主回路正常启动时的浪涌电流就越小。通过RC电路充电计算公式可以得出3-5RC后电容几乎充满电，2RC时即可冲到85%以上。
因此在条件允许的情况下，尽可能将K2打开时间控制在大于2倍RC以上。
2）辅助开关的电流容量。采用浪涌抑制电路后，辅助开关的电流容量只需要满足主回路额定工作要求即可。
3）限流电阻R1的选取。电路最大浪涌电流取决于直流端电压Vd和限流电阻R1的大小，Imax=Ud/R1，电阻R1的选取只需满足Imax小于额定工作电流即可。
5 试验结果
试验以20kW大功率电源作为试验平台，初级滤波电容C1=5000uF，限流电阻R1=4.7kΩ/50W，辅助开关延迟打开时间为1min，采用浪涌抑制电路后输入电流如图6所示，可看出无论是浪涌电流的峰值还是持续时间均得到了减小。通过试验验证了该拓扑结构的合理性。
6 结论
本文对大功率电源中浪涌电流的成因及经典浪涌电流抑制电路的优缺点进行了分析，提出了新型浪涌电流抑制电路的拓扑结构并对关键的工作参数进行了解析。所运用的元器件较少，损耗低，在大功率电源设备中应用前景广泛。
参考文献
篇2
关键词：浪涌电流；限流器件；STIL02；PFC应用
在脱线变换器启动期间，因对大容量电容器充电会产生一个大电流。这个大电流比系统正常电流大几倍乃至几十倍(即所谓浪涌电流)，而这可能使AC线路的电压降落，从而影响连接在同一AC线路上的所有设备的运行，有时会烧断保险丝和整流二极管等元件。因此，必须对其加以限制。
限制浪涌电流的最简单方法是在系统AC线路输入端串联一只NTC热敏电阻。由于在冷启动时，NTC热敏电阻呈现高阻抗，因而将使涌入电流得到限制。而当电流的热效应使NTC热敏元件的温度升高，NTC阻值急剧下降时，对系统的电流限制作用会较小。同时，由于NTC热敏电阻在热态下的阻抗并不是零，故会产生功率损耗，从而影响系统的运行效率。还有一个问题是NTC热敏电阻在热态下重新启动时，对浪涌电流起不到限制作用。为此，可在系统启动之后，利用SCR等元件将NTC热敏元件短路。
1基于HCRB的电流限制器STIL02
在传统浪涌电流限制电路中，HCRB被认为是较为先进的一种电路，其基本结构如图1所示。HCRB电路是在桥式整流器上部二极管D1、D2和限流电阻(Rinrush)之间并接两个SCRS(SCR1和CSR2)，以组成SCR／二极管混合桥路，从而在系统(PFC升压预变换器)启动期间使浪涌电流通过D1、D2和Rinrush并被Rinrush(NTC)限制。当大容量电容器完全充电后，AC电流通过触发的SCR1、SCR2和D3、D4整流而将D1、D2和Rinrush短路。
基于HCRB电路，ST公司利用专门的ASDTM工艺研制出新型浪涌电流限制器件STIL02。该器件内置两个非灵敏单向开关和驱动器电路，如图2所示。这种采用5引脚小型单列直插式(PENTAWATTHV2)封装的器件，在使用时可将脚L(1)连接到AC线路的火线上，脚N(5)连接AC线路的地线上。而它的其余3个引脚中，OUT(3)为输出端，PT1(2)和PT2(4)为触发输入端。
STIL02的重复正向和反向截止电压达700V，输出平均电流Iout(AV)为2A，具有dV／dt＞500V／μs的高抗扰性能和较小的功率损耗。
与HCRB电路比较，STIL02解决了功率损耗与抗扰性之间的矛盾。众所周知：SCR分为灵敏和非灵敏两类。如果HCRB中SCR采用灵敏型器件(触发电流小于100μA)，尽管其反向漏电流和反向损耗都很小，但实际上还是不可行。原因是其抗扰性太差，dV／dt仅约10V／μs(加进阻尼电路也只有约100V／μs)，而系统启动时在前端产生的窄振荡脉冲电压上升速率dV／dt通常将近300V／μs。如果HCRB中的SCR采用非灵敏器件(触发电流为几个mA)，虽然dV／dt可达200V／μs(附加阻尼电路将近400V／μs)，但其反向漏电流和反向损耗比灵敏型SCR约高100倍。而STIL02的功率损耗与灵敏SCR相同，但抗扰性是所有类型的SCR都不能比拟的(其dV／dt可达1000V／μs以上)。
2应用电路及工作原理
SITL02应用在PFC升压变换器前端的连接电路如图3所示。当该电路在室温下冷启动时，STIL02中的两个单向开关是断开的，浪涌电流通过桥式整流二极管和涌入电流限制电阻R4(NTC)对PFC输出电容C7充电。一旦PFC变换器导通，那么由升压电感器的次级绕组(n2)、二极管D1和D2、电阻R3及电容C1、C2、C3组成的辅助电源(实际上作为STIL02的驱动电路使用)将会提供足够的能量，以驱动STIL02的两个开关以使其导通，从而使AC电流通过两个开关和桥式整流器下的两只二极管整流。
如果AC线路脱落，输入电流突然消失，电容器C3不再充电，其电压降低。一旦STIL02脚PT1和PT2上的输入驱动电流低于触发电流门限电平，内部两个单向开关就会断开。而当AC线路恢复输入时，对C3充电的涌入电流将通过R4(NTC)被限制。
图2和图3
3设计举例
设PFC升压变换器工作在临界模式(CriticalMode)且技术要求如下：
最大输出功率Pout(max)为85W；
输入AC电压为85～264Vrms(50／60Hz)；
经调节的DC输出电压Vout为400V；
峰值涌入电流Ipeak小于30A(＠Ta＝25℃)；
系统效率η为80％；
最大开关频率fs(max)为365kHz。
根据上述条件，可选择L6561为PFC控制器。
3．1主要功率元件的选择
ST公司生产的浪涌电流限制器件除STIL02外，还有STIL04。其中STIL02的平均输出电流为2A，STIL04则为4A。在PFC升压变换器中，可以认为桥式整流器的输入电流为正弦电流，故通过浪涌电流限制器件的平均电流为：
因此，对于本设计，可选用STIL02来进行浪涌电流限制。
在系统启动之后的稳态条件下，由于R4被STIL02短路，故R4的温度不会升高。然而，环境温度应尽可能低一些，才能保持R4有足够高的等效阻值以限制浪涌电流。由于在冷启动时要求通过R4的峰值电流为30A，R4的阻值可选10Ω。
在稳态条件下，桥式整流器上部的两只二极管将被STIL02的两个开关短路，因此，仅有下部的两只二极管工作。同时，由于通过二极管的平均电流与STIL02相同(1．12A)，因此，可选平均电流高于1．12A的二极管，推荐采用4A／800V的全桥整流器。
3．2STIL02驱动电路的元件参数
STIL02驱动电路元件参数的设计主要有：升压电感器辅助绕组匝数n2的计算、以及电容和电阻的参数设计等。对于图3电路，根据上述设计要求，其参数设计为：C1、C2为330nF，C3为10μF，R1和R2为0．33Ω，辅助绕组匝数n2可选3匝。
4结束语
用STIL02(或STIL04)替代传统浪涌电流限制元件或电路的主要优点如下三点：
(1)尺寸较小，器件体积比单只SCR稍大一点，由于仅有5个引脚。用其替代HCRB电路，可以省略HCRB电路中两只SCR的控制极触发电路，因此，有助于提高电源变换器功能密度。
篇3
关键词：机载电子设备；雷电防护；浪涌保护
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）29-0235-03
机载电子设备由于在空中执行任务的时间长、所处的地理位置高等特点，导致机载电子设备遭受雷电危害的概率大大增加。机载电子设备由于安装在设备舱内，一般不会遭受直击雷，大部分危害来自于感应雷。感应雷可在机载电子设备的电源线、信号线上感应出过电压、过电流，由于其瞬变时间极短，所以具有很强的破坏性。感应雷产生的感应电磁脉冲可干扰数据通信，甚至影响电子设备的性能、寿命或直接损毁，因此雷电防护设计已经成为机载电子设备设计的一个重要组成部分。
1雷电防护要求
雷电防护是新品研制的一项重要指标，应作出详细的计划与安排，必须根据自身的特点采取适当的防护措施，尽可能减少雷电对机载电子设备的危害。国外标准主要包括美国宇航工业推荐标准《SAE ARP5412飞机雷电环境和相关试验波形》、《sAE ARP5414飞机雷电分区》和《sAE ARP5416飞机雷电试验方法》等。国内军用飞机雷电防护要求《GJB2639-1996军用飞机雷电防护》，雷电防护鉴定试验标准包括《GJB3567-99军用飞机雷电防护鉴定试验方法》和《HB6129-87飞机雷电防护要求及试验方法》。
2雷电防护措施
雷防护的目的是减少雷电对机载电子设备的损害，雷电防护的主要措施有以下几项。
2.1接地
接地是雷电防护的基础，它的目的是雷电流通过低阻抗接地系统向大地释放，从而保护电子设备和人员的安全。雷电的破坏作用主要是雷电流引起的，雷电流是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流。要想达到良好的防雷效果，接地电阻必须越小越好。良好的接地是防雷成功的重要保证之一。
2.2屏蔽
屏蔽的主要作用是减少电磁干扰。机载电子设备设计一个金属外壳，并且有效接地，使其发挥一定的屏蔽作用。同时将信号线、电源线采用屏蔽电缆或穿金属管屏蔽，同时需要沿线路多点接地。
2.3等电位联接
等电位联接就是将设备舱内各种电子设备搭接起来，让设备之间的电位相等或相近，从而消除或减少设备间电位差引起的破坏。
2.4浪涌保护
浪涌保护是雷电防护的最后一道防护墙，它主要是防止雷电波从信号线、电源线入侵造成各设备的损坏。在进入机载电子设备的信号线、电源线上加装相应的浪涌保护器，提供瞬间浪涌回路，将浪涌能量导人参考地，将线路上的电压箝制在安全范围内，从而起到保护机载电子设备的作用。
3雷电防护器件选用
为了避免雷电产生的浪涌电压损害电子设备，需要将浪涌电压控制在一定的范围内。浪涌器件工作的基本原理是，当它的两端经受瞬间的高能量冲击时能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，从而使后级电子设备可靠工作。常用的浪涌器件有气体放电管、压敏电阻、TVS管等器件。根据不同的应用场景选用不同的浪涌器件及他们的组合电路，浪涌器件选用注意事项如下：
3.1响应时间
响应时间就是当过电压出现时，浪涌保护器件由高阻态变为导通状态，高峰值脉冲电流通过的时间一般称的响应时间。同样，当过电压消失时，保护元件应从低电阻导体迅速变为高阻值绝缘体。响应时间反映了电压保护元件对于快速脉冲的响应能力，在实际应用中只有响应时间小于线路过电压的上升时间，才可具有过电压抑制功能。同时对于高频信号，只有快速地恢复状态，才能保证线路信号的接收与传输的效率，所以高频信号需要选择响应时间短的器件。
3.2最小击穿电压
最小击穿电压是1mA电流流过浪涌保护器件时，相加在器件两端的电压值。为了保证电路在正常的工作范围内，最小击穿电压必须大于被保护电路的最大额定工作电压。
3.3最大箝位电压
峰值电流流过浪涌保护器件时，其两极的最大峰值电压为最大钳位电压。为了良好的保证被保护电路不受损害，选择的浪涌保护器件的最大限制电压，一定要小于电路的耐压水平。
3.4通流容量
通流容量是指在规定的条件下，允许通过的最大峰值电流值。在实际应用中，浪涌保护期间所吸收的浪涌电流应大于产品的最大通流量，所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量，从保护效果出发，要求所选用的通流量大一些。
3.5使用寿命
浪涌保护器件的使用寿命是有限的，在一定峰值电流的浪涌电流冲击下，只能动作有限次，而且每次动作后，性能都会下降。所以，对于这些器件一定要查看厂家提供的相关的寿命曲线图，使器件有足够的峰值电流裕量，保证器件有足够多的动作次数。
4雷电防护设计
4.1接地设计
在机载电子设备的机箱外壳上设计接地点，安装接地端子，便于和飞机地连接。尽可能降低接地线的高频阻抗，选用宽厚、扁平的导线。机箱内部的零部件采用导电氧化处理，降低接触面的阻抗，提供一个低阻抗接地系统。
4.2屏蔽设计
采取电磁滤波、抑制辐射源、切断传播途径等措施，来提高设备的电磁屏蔽性能，减小电磁干扰。在机箱上安装了电源滤波器，电连接器进入机架后先通过滤波器进行滤波，提高了电磁兼容性能；在箱盖板与箱体间设计低电阻的导电密封材料进行密封，减少对内的电磁干扰及对外的电磁辐射；对于机箱上的风孔可以采用蜂窝状屏蔽网或者采用小孔阵列，既可以保证通风也可以屏蔽；采用带有滤波功能的航空连接器，切断传导途径。
4.3浪涌保护设计
在接口电路中增加浪涌保护电路。根据不同的信号类型，电平幅值，通信速率采用不同的浪涌保护器件或者组合电路，常用的方法是将浪涌器件和被保护信号并联，将器件放置在靠近信号人口的位置，保护后级电路在雷电环境下的安全。
5雷电防护验证
雷电防护措施的可靠性、有效性应通过试验来验证。国内军用飞机雷电防护试验方法、试验条件和过程执行主要参考《GJB3567-1999军用飞机雷电防护鉴定试验方法》，《HB6129-87飞机雷电防护要求及试验方法》进行。
5.1验证流程
雷电防护设计是一个不断验证改进的过程，基本的验证流程如图1所示。
5.2雷电试验
以某型核心处理机为例，在实验室条件下进行雷电间接效应模拟试验，根据系统要求确定试验方法、试验波形和电平参数，具体见表1～表4所示。
试验结论：核心处理平台在雷电试验的过程中功能正常、性能稳定，通过了雷电试验的考核，达到了系统雷电防护的要求。
篇4
AS1331采用4开关架构，效率高达90％，轻负载时的静态电流低至22μA。在关断模式下，AS1331可完全断开输入和输出，关断电流仅有100nA，从而进一步延长了电池使用寿命。AS1331在1.8～5.5V的输入电压范围内可提供2.5～3.3V可调输出电压。为减少外部元件数及缩小电路板空间，器件还提供了2.5、3.0和3.3v多种固定输出电压版本，精度可达±3％。在一节锂离子电池输入电压范围内，AS1331可供出300mA电流。AS1331外配2个小型电容和单个片状电感，可为电池供电应用提供所需的小尺寸、超薄占位解决方案。
austriamicrosystems
电话：0512-6762-2590
http:／／
初级端调节PWM控制器
FSEZ1016A是集成了一个初级端调节PWM控制器和一个功率MOSFET的EZSWITCH PSR PWM控制器，而FAN100是一个初级端调节PWM控制器。FSEZ1016A和FAN100具有专有的节能模式，提供关断时间调制功能，以线性方式减小轻负载状况下的PWM频率。另外，它们还通过减少次级端反馈电路和组件，最大限度地减小功耗(无负载下待机功耗
Fairchild Semiconductor
电话：0755-8246-3088
配备数字接口的输入功率监控器IC
IR3725是为12V电源而设的多功能输入功率、电压和电流监控器IC。它采用已申请专利的TruePower技术，在串行数字接口上于特定区间输出平均功率，不像同类解决方案需要依赖昂贵的A／D转换器来量度系统的功率。系统控制器以新器件提供的数据，体现极佳的整体功率消耗，达到1％的基准电流精度。
International Rectifier
电话：010―6803―8195
过压保护稳压器和浪涌电流限幅器
LT4356－3是一个新的可选版本，在故障情况下提供锁断工作。它也是一个产品系列的最新成员，这个产品系列用来抑制高压浪涌和电流，以保护下游电子组件免受损坏。性能特点：电压范围为4～80V，可调输出钳位电压；浪涌电流限制；反向输入保护至－60V,可调故障定时器；故障输出指示，备用放大器用于电平检测比较器或线性稳压器控制器，过流保护；－55～+125℃工作。
Linear Technology
电话：00852-2428-0303
Email：.cn
httpt／／.cn
针对超级电容LED相机闪光应用的4A单芯片驱动器
CAT3224是4A超级电容发光二极管(LED)闪光驱动器。其支持三项关键功能：精密的超级电容充电控制、电流放电至LED闪光的管理，以及为LED手电筒模式提供恒流。CAT3224以模拟控制输入电路上的外部电阻进行简单编程，吸收达4A的LED闪光脉冲电流及达400mA的手电筒模式电流。这器件集成了双模1x／2x电荷泵，这电荷泵将堆叠的超级电容充电至5.4V额定电压，同时主动平衡控制电路确保两个超级电容单元的电压在充电周期匹配。
篇5
关键词：SPD；智能楼宇；防雷设计
中图分类号：TU7 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）020(C)-0165-01
引言：当前，建筑的智能化取得长足进展，与此对应，建筑的防雷技术也将进入到一个崭新的时期，在实际应用中，要充分考虑雷击的物理性能及其作用原理。雷击是一种强大的放电现象，其周围将产生电磁场的变化，并有电磁辐射现象，将对其周围的电子元器件等造成损坏。依据电磁兼容学的观点，对智能楼宇应进行多级保护，通常意义上讲，完整的防雷系统包括接闪器、屏蔽网、避雷针（带）、等电位连接和浪涌保护器SPD（Surge Protection Device）等，其中SPD使用灵活方便，即适用于新建的建筑，也能用于已有建筑的改进，在西方国家已经广泛应用，值得大规模推广。
一、SPD的原理和类型
SPD，指浪涌保护器，国内最先将其成为电压保护器，之后在国家标准GB50057建筑物防雷设计规范中，将其统一称为浪涌保护器，这是由于SPD不仅能够抑制过压的功能，还可以对浪涌电流进行分流，因此称为电压保护器，对其功能概括不全。
SPD通常包括气体放电管、半导体放电管、齐纳二极管、放电间隙、保险丝和滤波器等元件构成。按照用途划分，可将其分为信号浪涌保护器和电源浪涌保护器等；而按照工作原理的不同，又可以分为电压开关型、限压型和组合型等三种。
电压开关型SPD，也叫短路开关型，在常态时为高阻态，而当电压浪涌到达一定值后，跳变为低阻态，这种浪涌保护器一般使用充气放电管、放电间隙和闸流管作为其组成元件。这种SPD的特点是放电能力强，但残余电压高，一般可达2―4kV。适合安装在楼宇中相邻区域的结合处，可以最大程度消除浪涌电流。
限压型SPD，也叫做钳制型SPD，在在常态时的表现同样为高阻态，随着电压和浪涌电流的不断增加，其阻抗会逐渐变小。这种浪涌保护器一般使用抑制二极管和压敏电阻等作为其组成元件。其特点是残余电压比较低，一般为0.9―1.5kV。在进行过压保护时，具有逐级限制电压的作用。
组合型SPD，顾名思义，是由电压开关型SPD和限压型SPD混合而成，兼具二者的优点。其利用限压型SPD对浪涌反应速度快的优势，在普通雷电的过压保护时，由限压型SPD工作，其放电电流很大，可以达到10―20kA。如果遇到量级很大的过电压，由限压型SPD组成的电路保险丝将断开，由电压开关型SPD对雷电进行过电压保护。
二、使用SPD应考虑的主要问题
1、电网最高运行电压Usmax。为了使智能楼宇中电气设备免遭雷击过压的危害，电涌保护器SPD的电压保护水平Up必须一直小于电气设备能够忍耐的电压Uchoc，而且要大于电网的最高电压Usmax。
2、选用SPD的注意事项。（1）如前所述，电涌保护器SPD的电压保护水平必须一直小于电气设备能够忍耐的电压，即Up＜Uchoc；（2）若进线端的电涌保护器SPD的电压保护水平与电气设备能够忍耐的电压相比要大得多，那么应该在电气设备处再装一个浪涌保护器；（3）浪涌保护与智能楼宇电气设备两端的引线要尽量短，一般应在0.5m之内；（4）对于一般的电气设备，为了能够对其进行最好的保护，就需要即可以承受高电流，又能够有小的残压，此时最好的办法是作一级和二级保护，其中一级保护要求可以承受大电流，可以迅速灭弧。而二级保护则用来减小残余电压；（5）当进线端浪涌保护与智能楼宇电气设备间的距离超过30m时，就应该在离电气设备尽量近的地方，安装另外一个浪涌保护器。这是由于电缆的距离很长，假如不加一级保护，那么上一级SPD上的残余电压，再加上感应电压，就可能对电气设备造成损害，起不到防护作用；（6）对于电源系统的防雷保护，通常应该进行3～4级防护，在电源端的进线端，安装一级浪涌保护器，通常选用三相的电压开关型SPD；在重要设备的电源进线端，装2～3级的浪涌保护器，通常选用限压型SPD；在末端配电处，安装4级浪涌保护器，通常也选用限压型SPD。使用SPD的具体级数，要根据建筑物的防雷等级来决定。
3、SPD安装的位置和连接导线要求。（1）对于电源系统，各级SPD要分别安装在设备电源线的前端处，浪涌保护器的接线端要分别和配电箱中对应的端子相连。浪涌保护器的接地端也要和配电箱中的接地线接地端子板相连，而接地端子板还要与其所处防雷区域的等电位体端子板相连。（2）对于有接线端子的浪涌保护器，要使用压接；而对于有接线柱的浪涌保护器，则应使用线鼻子与接线柱进行连接。（3）对于安装在电路上的浪涌保护器SPD，前端要加装一个空气开关或保险丝等过流保护装置。
4、其他因素。除了以上介绍的几个需重点考虑的因素外，SPD的选择使用还要综合以下几个方面进行考虑：容量必须满足要求，相应的时间要尽量快，要具备良好的可维护性，具有长寿命指标，价格有竞争力等。
结论：现代智能楼宇中，防雷设计不容忽视，传统的防雷技术难以满足智能建筑的要求，浪涌保护器SPD由于其突出优势，其应用将逐渐广泛。在选择和使用SPD的过程中，必须吃透技术，对相关指标理解透彻，在施工过程中注重细节，如此才能使其作用发挥到最优。
作者单位：广东中信建江工程有限公司
参考文献：
[1]刘子刚,李阳斌,邓朝阳.SPD在低压配电系统中的雷电防护应用[J].中国电力教育,2009,(01).
篇6
【关键词】嵌入式电路；热插拔；接口设计
热插拔的概念来源于我们的桌面PC，其一般定义为将设备板卡或模块等带电接入或移出正在工作的电脑[1]。嵌入式系统中的热插拔是指对正在运行的嵌入式电路板，在不关闭电源情况下对某些部件进行插入（连接）或拔出（断开）操作。下面要谈的正是在一个嵌入式单片机系统中对其扩展部件或板卡的硬件热插拔技术，将根据接口上的信号类型等探讨热插拔的危害产生原因及防止危害发生的一般性措施。本文以下部分将把要插拔的两块电路板分别称为主电路板（正在运行的嵌入式主电路板）和扩展板。
一、热插拔设计的重要性
对正在工作的电路板进行热插拔通常都是不被许可的，但在有些时候却是难于避免的，比如使用者疏忽或特殊功能要求等。对未采取任何保护措施的嵌入式电路板进行热插拔操作，其将带来的损害通常是很严重的，包括电源电路损坏，单片机IO口烧坏，单片机复位或死机，或者与接口相连的IC出现部分或全部管脚烧坏等。这些故障将导致嵌入式电路板产生永久性损害，或在重新上电之前系统无法再正常工作。因此，在嵌入式系统的扩展接口设计中加入一定的热插拔保护措施是十分必要的。热插拔操作对嵌入式电路板的危害通常表现在三方面：过电流冲击、瞬态过电压、静电释放[1]。进行热插拔设计的目标应是在不增加太多硬件成本的前提下，使设计出的电路板不因热插拔操作造成系统复位、死机或对元器件产生永久性损害。
二、电源与地接口的防过电流冲击热插拔设计
当把扩展板插入正在工作的嵌入式主电路板中时，扩展板上的各类电容和IC需要瞬间从主电路板的电源处上吸走大量电荷，给电源造成一个短暂的低阻抗路径，造成一次浪涌电流[1]。此浪涌电流可以把系统电压拉低到系统重置阈值以下，造成单片机复位，甚至烧毁电源电路。在硬件设计时通常采取如下措施进行应对：
1.在扩展接口的电源网络上使用大容量电容（可以用并联方式获得）减轻扩展板上电过程中对主电路板电源电压的影响。主电路板电源电路中的电容量最好要比扩展板的蓄能电容量之和稍大。
2.在扩展接口的电源网络上串入电源专用的磁珠以减少上电瞬间的电流尖峰，并阻断高频噪声信号的干扰。
3.如果浪涌电流特别大并且系统允许复位，为保护主电路板上的电源电路可以考虑在电源入口处加自恢复保险丝让电源在过流瞬间自动切断。如果系统对热插拔时的稳定性要求更高可以使用目前市面上的专用热插拔控制器LM5069等，这些器件具有功率和电流限制的能力[2]。
在热插拔操作时为提高设备的热插拔寿命，热插拔动作应避免来回抖动，并且两次热插拔之间的时间间隔不要太短；如果扩展板的负荷可以先行卸除，最好不要带负荷进行热插拔。
三、电源与地接口的防过电压冲击热插拔设计
进行热插拔操作前不同设备的接口之间可能存在一定的电位差，尤其是使用了隔离电源或共模电感的“浮地”系统。虽然这类电位差是瞬间的且没有多大的电流能力，但此电位差通常会超出各类IC的最高工作耐压而损坏IC。如果在热插拔同时还伴随着静电释放，在接口接触瞬间产生的过电压和过电流冲击会更加厉害，可以瞬间烧毁电路板中脆弱环节上的IC。应对此类危害的唯一办法是快速钳位电压，即在接口附近的电源与地之间以及比较脆弱的信号与地之间使用具有浪涌能量吸收能力和内部散热能力的压敏电阻或TVS管之类的浪涌电压抑制器等保护措施。
四、电源与地接口在结构上的热插拔设计
现在CMOS器件已经在各种电路上广泛使用，CMOS器件的一个缺点是容易产生闩锁效应而烧毁。在热插拔过程中VCC和GND的突然变化或者芯片I/O口电压超出VDD-GND的范围时很容易发生闩锁效应。如果接口结构设计不合理造成在热插拔过程中I/O口信号已经连接上而GND或VCC还没有连接上，这时极易发生闩锁效应而烧毁芯片。因此，在接口结构设计时必须保证接口在带电插入过程中要先让GND和VCC连接上再连接I/O口；反之在带电拔出过程中则需要先拔出I/O口再断开VCC和GND。在实际应用时可以采取如下措施：把GND和VCC放在接口两端、并在接口上多放几个GND信号，或者把GND和VCC的插针做得比其它信号插针稍微长些等。图一是按一般热插拔要求设计的一款主电路板电源与地的接口实例。
五、常见信号接口的热插拔设计
对嵌入式电路板上单片机的片上外设（on-chip peripheral）类信号口（比如SPI输出口），通常其耐电压和电流冲击能力并不是很强，如果需要把这些信号接口在电路板上扩展出去最好先把这些信号经过外部逻辑门电路处理后（比如两次反相）再接到扩展接口上。
对耐电压和电流冲击能力较强的单片机GPIO信号接口可使用阻容电路进行简单保护。其中的电阻能起到限流作用，电阻值可根据信号辨识的需求选在几欧到几百欧之间；而对地的小滤波电容则能起到滤除瞬间电压尖峰的作用，电容值可根据信号线上传递的信号频率特性选在几百pF到几nF之间。
对比较脆弱而又关键的重要信号接口（比如SPI输入口、并行总线接口等）可以在信号端口与电源和地之间使用双向二极管对信号电压进行精准钳位。这样可确保此类接口上的电压不会超出芯片的工作电压范围，能起到非常好的保护作用。图二是一款常见信号接口的热插拔设计实例（电源和地部分参见图一）。
嵌入式系统电路的接口热插拔设计通常是一个反复和复杂的过程。在设计时通常需要通过热插拔实验把接口电路中的脆弱环节找出来，然后采取针对性的措施进行应对，要做到既不增加太多硬件成本又能满足一般的热插拔需要。热插拔问题是各类电子设备中都会面临到的一个问题，本文探讨的热插拔设计技术在电路设计中具有一定的现实意义。
参考文献
[1]凌有慧,张胡.热插拔的硬道理[J].微型计算机,2003(23):107-111.
[2]National Semiconductor Corporation.LM5069 Positive High Voltage Hot Swap/Inrush Current Controller with Power Limiting data sheet,2008.
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篇7
关键词：雷击过电压损坏统计；过电压损坏原理；降低过电压损坏措施
某县山区或地势较高地区约占该县总面积的1/3，属于雷电高发带。每年3月中旬到10月中旬的7个月是当地的雷雨高发时段，当地变电设备饱受雷电等过电压危害。自动化设备也未能幸免，每年在这一时段都有变电站远动及通讯设备遭遇雷击以及设备过电压损坏。不仅造成了一定的设备损失，还危及到电网的稳定运行，影响到无人值班变电站的安全运行，延长了远动设备故障停运时间。
一、现状分析
某县供电公司调度自动化设备通常分为主站和分站。自动化主站设备安装位于平原地带的调度通信大楼5楼远动机房，通过4楼通信机房的光端机、无线扩频等通讯设备与分站自动化设备相连。分站设备均分布于各变电站内。该县四个变电站位于山区，两个变电站位于山区边缘地势较高地带，而其他6个变电站处于平原地区。
远动装置与通讯信道机间通讯方式全部为RS232通讯方式，通讯线上均加有数字避雷器或信号防雷器，有的还单独装有光电隔离器（简称光隔），但防雷效果并不理想。雷电过电压损坏的经常损坏都是PCM的232板和自动化通信口。扩频有室外天线，容易引雷，反而基本没坏过。经测试，所有变电站避雷针和地网接地电阻均在合格范围内。
二、自动化遭受雷击过电压损坏统计
近几年，分站自动化设备雷击及过电压损坏频繁，据统计，造成远动设备故障停运时间中，雷电过电压损坏为70.11%，为自动化设备故障停运主要因素。从2012年到2014年，某县供电公司调度自动化设备因雷击和过电压损坏共29次，其中雷击损坏19次，各种过电压损坏10次。合计造成直接经济损失8.275万元。
根据调查，雷击及过电压损坏故障全部发生在远动分站，而大多数损坏部位都发生在自动化设备的通讯端口部位。这说明通讯端口是过电压浪涌电流的必经之路，也是设备的薄弱点。提高通讯端口防雷（过电压）能力应成为自动化工作的重中之重。
三、过电压损坏原理分析
过电压是站内设备引起站内接地，如穿墙套管击穿、电流互感器击穿、设备绝缘损坏等。而常见的雷电是重要的过电压损坏原因。
雷电分为直击雷、感应雷和球形雷，直击雷为雷电直接击中地面设施，击穿绝缘，产生强大的电流，以电流的热效应等损坏设施。
感应雷是指某种电荷的带电云层经过地面设施上空时，由于静电荷异性相吸，因此地面设施可以产生与云层相反的电荷，当空中云间雷电放电时，感应电荷由于失去异性电场的支持，会迅速向低电位泻放而产生过电压。
球形雷发生极少，雷击概率可乎略不计。
无论是雷击过电压还是设备过电压，它们的共同特点是当浪涌电流入地时，站内地电位升高或站内局部电位升高，从而对远方或一定距离外发生电击，俗称反击。由于接地铁带电抗的存在，很多时候即使通讯设备距离远动装置距离仅数米，共用一个接地装置却也发生了过电压损坏，这与接地电阻关系就不大了，究其原因为过电压发生时，由于弧光的产生，浪涌电流内含有大量的谐波，可以在接地带铁的电抗作用下远动装置与信道机之间产生电位差，造成通信口过电压。
某县以前很多站远动设备通讯口上根本没有光电隔离器，这是因为从前通信方式多为4线模拟通信，不需要加装光隔。而现在通讯方式基本上都淘汰了4线而采用RS232通信方式，对通讯口保护提出了新的要求。现场人员试着把光电隔离器加上去后，通讯就中断了。经解剖分析，原来远动装置COM输出口收发顺序与现行标准正好相反，所以光隔加不上。
四、降低过电压损坏的措施
1.远动设备过电压损坏原因：
（1）防浪涌措施不满足现场要求；
（2）部分设备通讯接口无隔离装置；
（3）部分设备通讯接口无防过电压装置。
光电隔离器保护效果较明显，它能隔断1000V以上电压，但为了降低反击电压，防雷器或数字避雷器又有较好的效果。
2.具体的防雷（过电压）方案
（1）在通讯主站和自动化主站加装三级电源防雷设备，每站3个点，分别加装于UPS进线侧、出线侧和设备用电侧，分站加装在通讯电源进线侧、远动电源进线侧。通讯信道机与远动装置通讯口（两个）间加装避雷装置。
（2）为通信口防过电压设施不完善的站点加装双重防过电压元件。
3.现场改造
为主站UPS各电源出线重复加装三级防浪涌装置、同时完善分站三级防浪涌装置。对有缺陷的站点逐站加装了数字避雷器和远动通讯口光电隔离器。对于那些加装不上光隔的装置，用一公一母两个九针插头制作了转换插头，圆满解决了这一问题。
本次设备改造活动从2014年4月30日始，结束于2014年5月27日，历时近1个月。然后5月27日至10月27日为巩固期，在这期间，远动职工经常对防过电压设备进行检查测试，并跟踪记录过电压发生及损坏情况。
在技改活动中，远动职工亲自采购防过电压元器件，通过理论指导实践、实践印记理论的辩证理论及方法，消除了早期厂家设计所遗留的缺陷，解决了远动设备过电压损坏这一难题，201年远动设备过电压损坏次数降低到0次，圆满达成了当初的设定目标。
五、效果评价
1.经济效益
该项技改活动若由专业防雷公司或厂家来施工，所需费用近20万元，而且由于外来人员对变电站设备不熟悉，一方面他们的施工会打乱设备布局，影响变电站的标准化，引起后续问题，而且由于利益驱动，他们的方案不一定是一针见血地去解决问题，材料浪费较大，所以该县供电公司决心自己动手施工，仅此一项就节约资金20万元。
2.生产效益
篇8
关键词：弱电系统；防雷；信息导航；等电位联结
中图分类号：TM3
文献标识码：B
文章编号：1008－0422(2011)03－097－01
1 引言
近年来，各种通信控制系统和网络因雷击而受破坏的事例屡见不鲜，造成的经济损失逐年上升。防雷设计已成为智能建筑弱电系统能否安全运行的一个重要问题。因此，对智能建筑弱电系统作好全面、完善的防雷措施是十分必要的。认真研究和科学设计智能建筑弱电系统的防雷和接地，具有深远的影响和现实意义。
2 弱电控制自动化系统遭受雷击的因素
弱电系统作为整个建筑物的核心要害信息中枢。自然要预先消除任何事故诱发的因素。雷电对智能建筑的设备危害来自三个方面，首先，浪涌电流沿着缆线进入网络系统；其次，由于地电位对网络系统产生影响，设备的冲击阻抗的反击地电位通常可达数十至数千伏；另外现代的计算机网络对雷电极为敏感，即使几公里以外的高空雷闪或对地雷闪都有可能导致这些设备的薄弱环节――计算CPU控制中心误动或损坏。各个子系统的配电单元及计算机网络与外界联系的信号数据线、建筑物内部较长的网络数据线、卫星小站的高频头、天馈线应该做好防雷措施。
3 智能建筑弱电系统的防雷、接地设计方案
在国际标准IEC1024《建筑物防雷》和IEC1312《雷电电磁脉冲的防护通则》中，重点提出了防雷分区和等电位联结的概念。根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域，并在不同的防雷区域的界面上进行等电位联结。能直接连接的金属物就直接相连，不能直接连接的(如电力线路和通信线路等)则必须依据不同的防雷区域进行科学划分，采用不同防护等级的防雷设备器件，对后续被保护设备进行有效的保护，且必须实施等电位联结。实践证明，这种分区、分级等电位均压连接并以防雷设备来确保被保护设备的防护措施是实现有效防护的主要方法。
3.1 直击雷防护
直击雷防护主要是指建筑物主体的防雷，一般是防止建筑物或设施避免直击雷危害而采取的防雷措施。它主要通过接闪器(包括避雷网、避雷带、避雷针等)利用引下线将雷电流引至接地体，将它泄放至大地。按照GB50057－1994(2000年版)《建筑物防雷设计规范》的要求，将雷电流引人大地时分散雷电流。建议采用联合接地方式构筑整个大楼的防雷防御网。
3.2 电源系统的雷电防护
目前，经实际运行经验验证，由电源系统耦合进入的感应雷击造成的设备损坏占雷击灾害损失60％以上的比例。因此，对电源系统的避雷保护措施是整个防雷工程中必不可少的一个环节。要防止由外输电线路的感应雷电波和雷电电磁脉冲的侵入，使其在进人大楼电源系统之前将其泄放人地。由于机房电力供给是由大楼的建筑物变配电室引入的，电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。按照国标GB50057－1994，为了将低压配电系统线路上的电压限制在一个安全的水平，在供电线路上需安装SPD。弱电机房的电源浪涌保护通常作三级保护：电源引入的总配电柜处安装浪涌保护器，作为一级保护；通常弱电机房均由总配电柜单独配出一个回路为机房供电，因此需要在机房配电箱处安装浪涌保护器，作二级保护；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应相对地加装浪涌保护器，作为三级保护。有了这三级的保护，就可将雷电过电压(脉冲)钳制在1kv以下，达到保护设备的目的。当然，浪涌保护的级数可根据工程的实际情况进行增减，以求经济合理的方案，达到抑制浪涌的目的，保护弱电设备。
3.3 等电位联结
通过设置等电位联结，可有效消除不同接地点可能存在的电位差，发生雷击时可有效避免因感应产生的不同接地点电压不同而导致的放电现象。在建筑物实际设计与施工中，通常按照设备、机房的不同位置，分别设置由共用接地系统引来的总等电位联结端子板和局部等电位联结端子板，将引入建筑物的给排水管、电缆金属护套、金属保护导管、煤气管道、金属构件等与等电位联结端子可靠连接。设备安装时将各设备间和管道间的各种金属管道、金属构件、电源PE线等与各局部等电位联结端子板可靠连接，构成等电位联结。高层建筑物内各种金属导体和管道(如金属门窗、设备的金属外壳等)作等电位联结；电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位联结；建筑物各处的均压环、起到一定电磁屏蔽作用的钢筋网、各处的电气装置以及防雷等电位联结导体形成总等电位联结，最后与联合接地系统相连，形成一个理想的“法拉第笼”。
3.4 合理的屏蔽
建筑物中做屏蔽的主要目的是对微电子设备进行防护。对有大量微电子设备的房间，要采取屏蔽措施，使仪器处于无干扰的环境中。屏蔽的有效性不仅与房间加装的屏蔽网和仪器金属外壳屏蔽体本身有关，还与微电子设备的电源线和信号线接口的防过电压、等电位联结和接地等措施有关。为了保证非防雷系统的电气线路在防雷装置接闪时不受影响，应采用金属管布线，这样防止雷电反击的能力强，对防止各种电磁脉冲也具有较好的屏蔽能力。电气线路的主干线一般集中于高层建筑物的中心部位(其雷电电磁场强度最弱)，避免靠近作为引下线柱筋的位置，缩小于扰的范围。穿线钢管和线槽等都应与各楼层的等电位联结板和接地母线相连接，达到良好的屏蔽效果。
4 防雷产品在智能建筑中的应用
弱电系统雷电及浪涌防护产品是针对特定的要求未设计的，技术指标繁多，在选用时需要认真分析。目前在弱电系统中使用的主要防护设备有：用于2MHz以下音频通信线路的MDF保安单元，用于15MHz以下接入网线路的XDSL浪涌保护器，用于百兆局域网的宽带网络浪涌保护器，用于控制系统、低速网络的数据线浪涌保护器，用于天馈回路的天馈防雷器等。智能建筑雷电防护是一个系统性的工程，需要分别针对不同的系统采取不同的防护方法。使用不同的防护产品，根据现场情况作好方案设计是十分重要的。“系统性”要求在整个防雷工程保护范围内作全面地考虑，仅仅针对重点设备或以往发生过事故的设备做一些局部的防护是不够的。有的用户反映在完成防雷工程后，损坏的频率增多发生的位置也更不确定，部分原因便与防护工程存在“系统性”的缺陷有关。当一个没有安装防护设备的网络受到对地浪涌电压冲击时，电压往往作用于传输线路与地之间的绝缘结构上，如果某一线路的这个结构可以承受数千伏的冲击而不出现击穿现象当然也不会产生浪涌电流，可能不会产生任何损伤。但在传输线路上的某个位置安装了一套防护设备后，由于保护电压很低，因此在同样的浪涌电压产生时会产生浪涌电流，进一步的将在传输线路和地线上产生浪涌电压，引起电压反击，从而对网络上连接的所有设备都造成一定的影响。因此必须同时考虑所有设备、线路的防护要求。
弱电系统通信网络的主要功能是进行大量的信息传送，特别是高速通信系统对网络的传输性能有很高的要求，通信网络上使用的防护设备必须同时具备良好的防护性能和优异的传输指标。从传输的角度来看，防护设备连接在通信网络上相当于增加了网络的分散参数，增加了线路损耗。对传输性能会造成一定的影响。如安装的防护设备传输性能较差，势必降低网络传输速率。影响网络稳定性。所造成的损失可能比遭雷电破坏还大得多。因此，在选择通信网络防护设备时需要根据防护要求和信号传输要求综合选择。在接入网线路中除了正常通信信号以外，还可能存在远供电源的电压，防护设备需要设计有一个电压动作区间。此外，出局线路可能与电力线相碰触，防护器件需要同时具备防护工频电压、电流的能力。
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关键词：输出特性 主电路 驱动电路 焊机 绝缘栅双极晶体管
前 言：
电力电子技术的高速发展，促进了器件、电路及其控制技术向着集成化、高频化、全控化、电路弱电化、控制技术多功能化的方向发展。
逆变式焊机与传统焊机相比，具有高效节能(约20％～35％)、省材(约80％～90％)、轻巧(输出l A焊接电流，传统焊机需0．5～l kg制造材料，而逆变式只需要0．06～0．12 kg)，而且动态特性和控制调节特性好、制造过程占地少、且加工量少等特点。因而它在国内得到迅速的推广应用。
1、国内外逆变式焊机发展与应用现状
现代焊接设备的发展与电力电子技术和器件的发展密切相关。 50年代末，功率半导体二极管开始用于焊接电源，所构成的弧焊整流器明显优于弧焊发电机。70年代初，由晶闸管（SCR）构成的可控整流式弧焊机的出现标志着现代电力电子技术开始进入焊接电源设备领域。SCR弧焊机的电气特性和工艺特性优于二极管整流弧焊机，是当时广泛应用的一种重要焊接电源设备。
2、 250A手弧焊机的设计
2．1、总原理框图
工作原理：输入端为50Hz、220V交流电，经整流滤波后得到310V左右逆变电路所需的较平滑的直流电流。再由逆变主电路中的两组大功率开关电子器件（IGBT）的交替开关作用变成几千至十几万赫的中高频高压电，再经（中）高频变压器降至适合于焊接的几十伏低电压，并借助于电子控制驱动电路和给定反馈电路（M、G、N等组成），以及焊接回路的抗阻，获得弧焊工艺所需的外特性和动特性。经输出整流器整流和电抗器C的滤波，把（中）高频交流变换成为直流输出。
2．2、主电路的设计:
2．2．2、主电路工作原理:
开关K11，K12闭合，为主电路输入220V，50Hz交流电流，经全桥整流器（ZL11），滤波网络（C11,R12,C12）,得到约308V的直流电流，再经全桥式连结的逆变电路（V11、V12、V13、V14、T11）、二次整流电路（D19、D110）得到高频低压适合焊接的电流。详细说明如下：
2．2．3、整流滤波部分电路参数的意义及工作原理。
为提高焊机的工作效率，ZL11部分采用全桥式连结。R11为启动电阻，因焊机启动时要给后面的滤波电解电容C11充电。为避免过大的开机浪涌电流损坏开关及触发空开跳闸，在开机时接入启动电阻，用以限制浪涌电流。开关接通之后，电流通过启动电阻给滤波电解电容充电，当电容电压达到一定值时，辅助电源开始工作提供24V电，使继电器吸合，将启动电阻短路。在关机以后，滤波电容中存有很高电压，为了安全，用电阻R12将存电放掉。C12为高频滤波电容，因在高频逆变中，需要给开关管提供高频电流，而电解滤波电容因本身电感及引线电感的原因，不能提供高频电流，因此需要高频电容提供。
2.2.4、IGBT的选择：
绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）是MOSFET与GTR的复合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点，是取代GTR的理想开关器件。从1986年至今，尤其是近几年来IGBT发展很快，目前已经被广泛地应用于各种逆变器中。
2．2．5、高频变压器的设计：
高频逆变式弧焊电源具有放率高、节能、体积小、重量轻等优点，已经成为一种新型的弧焊电源。其高频变压器（对弧焊电源变压器而言。工作频率在20KHz及其以上的频率即可称为高频）主要作用是电压变换、功率传递和输入输出之间的隔离。功能与普通弧焊变压器相仿。因其传递的是矩形交替脉冲。故可称为“脉冲功率变压器”。然而由于高频变压器工作在高频，高压、脉动传输状态，而且又与较为脆弱的高压开关器件相连，因此，其性能的优劣不仅关系到变压器本身的效率、发热，而且会左右整个弧焊逆变器的技术性能。
参考文献：
1．吴宪平 逆变焊机的研究现状与发展 长沙大学学报 2003年6月第17卷第二期
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关键词：控制电路 反馈 脉宽调制（PWM）
中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0041-02
1 控制器的设计结构
该设计考虑到小车移动控制的需要，以及在以后可以采用无线遥控，故采用主从控制结构，如图1所示。
1.1 控制芯片的选择
C8051Fxxx系列器件使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核。经过性能比较，以及电机控制精度对芯片的需要，最终选定Cygnal公司的8位单片机C8051F0XX系列作为控制芯片。
1.2 驱动芯片的选择
对直流电机的正反转的控制我们采用了一种典型的电机控制电路。如图2所示。三极管Q1、Q4导通而Q2、Q3关断时，将会有电流从电机的左端流向右端，电机将会转动。当三极管Q2和Q3导通而Q1、Q4关断时，电流将会从电机的右端流入，从左端流出。电流方向跟刚才的相反了，所以电机的转动方向跟刚才相反。当Q1和Q2或Q3和Q4同时导通时，电机就不转动。
1.3 电机控制系统硬件设计
整个硬件接口电路的结构如图3所示。
1.3.1 控制电路设计
控制电路的设计首先需要根据电路对控制芯片C8051F005进行引脚分配。CygnalC8051F005每个端口I/O引脚都可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051中固定的“弱上拉”可以被禁止，这为低功耗应用提供了进一步节电的能力。
因为电机的工作电压是24 V，且在工作的过程中容易产生电磁干扰，单片机系统对驱动芯片的控制信号需要通过光耦合电路传输。故采用光电耦合元件传递开关信号，本设计采用TOSHIBA的光电耦合器TLP521-4传递开关信号。
1.3.2 驱动电路设计
设计采用LMD18245芯片驱动电机，由于电机电流的跳变或换向经常出现，因此电源线上也经常会出现尖峰电压或浪涌电流。在电路实际设计中，常采用在芯片的电源端并联高频陶瓷滤波电容及大容量铝电解电容的方法消除尖峰脉冲及浪涌电流。通常陶瓷电容的容值设定为1μF左右;铝电解电容的大小设置为每安培负载电流100μF左右。
1.3.3 电源及其监控电路
由于需要对单片机控制电路和电机驱动电路分别供给5V、3V和24电源，而我们决定使用的是24V蓄电池，因此必须通过转换电路获得5V电源。+24V变为+5V，电源电路设计原理图4和电源的监控电路见图5。
在输入端需要并联两个4700 u和0.1 u的电容，4700 u的电容起到抗干扰，防电压冲击作用;0.1 u电容起到滤波作用;5V输出端并联一个100 u电容起到抗干扰和防止冲击电压的作用。为了防止电流过大烧坏DC-DC模块，在电路输入输出端都加装两个2A的保险丝。
通过同时调节两个变阻器，可使到当电源电压大于24 V时，比较器U_JKB的反相输入电压比正相输入电压的值小，比较器输出为高电平，监控灯亮;当电源电压小于24 V时，比较器的反相输入电压比正相输入电压的值要大，比较器输出为低电平，监控灯不亮。
2 结语
该论文在进行大量移动机构和控制器设计调研的基础上移动机构，该机构使用的电机数量少，转向灵活，整体结构可以在三个平面内活动使得其对地形的适应能力相应提高，就移动机构的地形适应性和相应的控制器的设计进行了研究，在该控制器的设计中，还存在着诸多不足之处和可以继续研究的地方，
参考文献
[1] 彭鸿才.电机原理及拖动[M].北京：机械工业出版社，1994.
[2] 陈传硕，田丽华.PID控制参数的整定方法[J].长春邮电学院学报，1994，12（l）：9-16.
[3] 陶永华，尹怡欣，葛芦生新型PID控制及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.