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能标记保险丝故障的阻抗变压器

关键词:"通信电源 阻抗变压器 电磁传感器"

时间:2013-08-29 14:45:06      来源:网络

图1所示的电路能检测出高可靠性通信电源中小型断路器或强击穿能力保险丝的开路状态。当故障引起电磁传感器的阻抗发生变化时,这一电路就会产生一个报警信号。传统的故障检测电路都是检测开路保险丝两端的电压差、流过装有保险丝的电路的漏电流或者一个激励器保险丝引起的辅助(无电压)触点的闭合状态。这三种方法全都有缺点:电压差电路因系统电池维持总线电压而会引入长达30分钟的延迟;漏电流传感器仅仅在有负载时才起作用,而在某些情况下负载可能并不存在;增加辅助的小型断路器支持电路或特殊的强击穿能力指示器保险丝及其连接器,则可能大大提高系统成本。

 

 

电容器C4和变压器T1的次级电感L2的谐振频率

约为42 kHz,这一频率可使音频、射频(RF)和测量仪噪声频段内产生的噪声降至最小程度。运算放大器IC1以及相关的元件构成了一个增益为20的交流耦合正反馈放大器。在正常工作时,完好的保险丝或闭合的断路器通过T1的单匝初级(检测)绕组形成一条低阻抗通路。变压器的作用就是使在C2、C4和R5的连接点呈现一个低阻抗,同时将IC1的环路增益降低到一个不足以维持振荡的数值。

当故障发生并切断T1初级绕组中的电流时,T1 的次级阻抗增大,使得电路达到全闭路增益,并使IC1以(由L2和C4决定的)42 kHz的频率振荡。在故障情况下,T1的匝数比会使注入直流总线中的宽带传导噪声低于10 mV。电容器C3将振荡信号耦合到增益为3的放大器IC2,IC2又驱动由D3和C5组成的峰值检测器。晶体管Q1饱和,并为一个外部报警器提供一个逻辑低电平信号。图2示出了一种检测备用电池电路故障的典型应用电路。

 

 

为了设计变压器T1,就要计算所需的阻抗和匝数比。公式1描述基本的变压器关系:

公式1:

 

式中,Z1为初级绕组阻抗,Z2为次级绕组阻抗,N1为初级绕组匝数,N2为次级绕组匝数。

正常工作时,初级绕组中有电流流过,次级绕阻的阻抗就由初级一侧的低阻抗再加上T1的漏电抗组成。当初级绕组中没有电流流过时,次级绕组中的匝数和环形磁芯AL(每匝的电感)就确定了初级绕组L2的电感和匝数,如公式2所示:

公式2:

 

式中,N2为环绕在环形磁芯上的匝数。

铁氧体磁芯制造商通常会公布每匝电感的数据,从而简化对T1设计的更改,不过,如果没有这些数据,可以利用公式3来计算这一电感。

公式3:

 

式中,有效磁导率me等于磁性常数4p×10-7Hm-1,I为路径长度,A为以平方毫米为单位的横截面积。

为了确保开路初级电路和闭合初级电路之间的差别能引起相对初级绕组阻抗很大变化,应该选择能产生很大电感值的磁芯。此外,还应该选择在最大初级电流下不会饱和的磁芯材料。

要注意的是,磁芯的中心区域必须为电池线缆(初级绕组)和次级绕组留出空隙。本变压器采用Philips公司的3C85环形铁氧体磁芯(零件号为TN 16/9.6/6.3-3C85),而次级绕组由5匝0.2mm2的绝缘铜线组成。(不过,Philips公司已停止生产3C85铁氧体磁芯。Ferroxcube公司的型号为3C90的铁氧体磁芯可用作为替代品,其技术规范可从该公司网站(www.ferroxcube.com)上获得),图3示出了完整的变压器。

 

 

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