能標(biāo)記保險(xiǎn)絲故障的阻抗變壓器

圖1所示的電路能檢測(cè)出高可靠性通信電源中小型斷路器或強(qiáng)擊穿能力保險(xiǎn)絲的開路狀態(tài)。當(dāng)故障引起電磁傳感器的阻抗發(fā)生變化時(shí)，這一電路就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信號(hào)。傳統(tǒng)的故障檢測(cè)電路都是檢測(cè)開路保險(xiǎn)絲兩端的電壓差、流過裝有保險(xiǎn)絲的電路的漏電流或者一個(gè)激勵(lì)器保險(xiǎn)絲引起的輔助(無電壓)觸點(diǎn)的閉合狀態(tài)。這三種方法全都有缺點(diǎn)：電壓差電路因系統(tǒng)電池維持總線電壓而會(huì)引入長(zhǎng)達(dá)30分鐘的延遲;漏電流傳感器僅僅在有負(fù)載時(shí)才起作用，而在某些情況下負(fù)載可能并不存在;增加輔助的小型斷路器支持電路或特殊的強(qiáng)擊穿能力指示器保險(xiǎn)絲及其連接器，則可能大大提高系統(tǒng)成本。

電容器C4和變壓器T1的次級(jí)電感L2的諧振頻率

約為42 kHz，這一頻率可使音頻、射頻(RF)和測(cè)量?jī)x噪聲頻段內(nèi)產(chǎn)生的噪聲降至最小程度。運(yùn)算放大器IC1以及相關(guān)的元件構(gòu)成了一個(gè)增益為20的交流耦合正反饋放大器。在正常工作時(shí)，完好的保險(xiǎn)絲或閉合的斷路器通過T1的單匝初級(jí)(檢測(cè))繞組形成一條低阻抗通路。變壓器的作用就是使在C2、C4和R5的連接點(diǎn)呈現(xiàn)一個(gè)低阻抗，同時(shí)將IC1的環(huán)路增益降低到一個(gè)不足以維持振蕩的數(shù)值。

當(dāng)故障發(fā)生并切斷T1初級(jí)繞組中的電流時(shí)，T1 的次級(jí)阻抗增大，使得電路達(dá)到全閉路增益，并使IC1以(由L2和C4決定的)42 kHz的頻率振蕩。在故障情況下，T1的匝數(shù)比會(huì)使注入直流總線中的寬帶傳導(dǎo)噪聲低于10 mV。電容器C3將振蕩信號(hào)耦合到增益為3的放大器IC2，IC2又驅(qū)動(dòng)由D3和C5組成的峰值檢測(cè)器。晶體管Q1飽和，并為一個(gè)外部報(bào)警器提供一個(gè)邏輯低電平信號(hào)。圖2示出了一種檢測(cè)備用電池電路故障的典型應(yīng)用電路。

為了設(shè)計(jì)變壓器T1，就要計(jì)算所需的阻抗和匝數(shù)比。公式1描述基本的變壓器關(guān)系：

公式1：

式中，Z1為初級(jí)繞組阻抗，Z2為次級(jí)繞組阻抗，N1為初級(jí)繞組匝數(shù)，N2為次級(jí)繞組匝數(shù)。

正常工作時(shí)，初級(jí)繞組中有電流流過，次級(jí)繞阻的阻抗就由初級(jí)一側(cè)的低阻抗再加上T1的漏電抗組成。當(dāng)初級(jí)繞組中沒有電流流過時(shí)，次級(jí)繞組中的匝數(shù)和環(huán)形磁芯AL(每匝的電感)就確定了初級(jí)繞組L2的電感和匝數(shù)，如公式2所示：

公式2：

式中，N2為環(huán)繞在環(huán)形磁芯上的匝數(shù)。

鐵氧體磁芯制造商通常會(huì)公布每匝電感的數(shù)據(jù)，從而簡(jiǎn)化對(duì)T1設(shè)計(jì)的更改，不過，如果沒有這些數(shù)據(jù)，可以利用公式3來計(jì)算這一電感。

公式3：

式中，有效磁導(dǎo)率me等于磁性常數(shù)4p×10-7Hm-1，I為路徑長(zhǎng)度，A為以平方毫米為單位的橫截面積。

為了確保開路初級(jí)電路和閉合初級(jí)電路之間的差別能引起相對(duì)初級(jí)繞組阻抗很大變化，應(yīng)該選擇能產(chǎn)生很大電感值的磁芯。此外，還應(yīng)該選擇在最大初級(jí)電流下不會(huì)飽和的磁芯材料。

要注意的是，磁芯的中心區(qū)域必須為電池線纜(初級(jí)繞組)和次級(jí)繞組留出空隙。本變壓器采用Philips公司的3C85環(huán)形鐵氧體磁芯(零件號(hào)為TN 16/9.6/6.3-3C85)，而次級(jí)繞組由5匝0.2mm2的絕緣銅線組成。(不過，Philips公司已停止生產(chǎn)3C85鐵氧體磁芯。Ferroxcube公司的型號(hào)為3C90的鐵氧體磁芯可用作為替代品，其技術(shù)規(guī)范可從該公司網(wǎng)站(www.ferroxcube.com)上獲得)，圖3示出了完整的變壓器。