目录
简介
保护电路整体结构
电路分析与设计
二极管限幅电路
简介
针对直流高压电源系统，设计了一种束流调节保护电路。束流采样是在电源 主电路输出端串联一个电流采样电阻，将电压信号转为电流信号。束流检测信号 经束流调节保护电路连接到束流调节器，通过对束流信号进行运算放大，并与保 护阈值电压进行比较，确定输出过流信号，触发单向可控硅，控制继电器的吸合， 从而实现电源电路保护的目的。
保护电路整体结构
束流调节保护电路整体结构如图3.1所示。束流信号Us经过运放A1、B1 进入比较器B2中，当输出电压U2超过保护阈值电压U3时，保护电路产生过 流信号，触发可控硅，继电器工作，立即切断束流调节器输出，仪器停止工作， 确保整机系统安全。
束流采样电路如图3.2所示［23］，通过采样电阻，获取相应的束流信号Us。
束流调节保护电路工作原理
束流调节保护电路工作原理图如图3.3所示。正常工作情况下，束流信号为 0-10V。选取220V转6V变压器，将整流滤波电路得到输出电压Uo作为吸收 比较保护阈值。
正常工作情况下，整流输出电压Uo满足
出现强干扰时，Us>Uo，D3导通，大电容C2对强干扰有很强的吸收抑制作 用，有效地抑制了Us的上升速率［25］。强干扰消失后，R6为C2的放电电阻。同 时，当强干扰导致Us达到压敏电阻R7的工作电压时，R7所在回路导通，Q点 电位被钳位于R7工作点电压，压敏电阻对电路起到稳压保护的作用。 运放A1为正负12V双电源供电，B1为12V电源供电。当输入电压超过运 放的最大电压时，运放正负两端会产生巨大压差导致其受到损坏，故加入二极管 D1、D2构成的限幅电路保证运放安全工作［26］。此时，D1、D2导通，H点电压 被钳位于二极管正向压降。比较器B2输出电压U2>U3，电路产生过流信号，继 电器线圈吸合，接入束流调节器的常闭触点断开，快速切断电源避免高压放电进 一步加激
电路分析与设计
利用MATLAB软件仿真研究C2不同容值对Us的抑制效果，仿真电路图如 图3.4 所示。
在MATLAB仿真电路中，将示波器接在R6两端，R6两端电压随时间的变 化如图3.5所示，图中（a）、（b）分别表示C2电容值为1000uF与6000uF时， 在10s的设定时间内R6两端电压上升的快慢。从图3.5中可以看出，大容量电 容对强干扰Us有更好的抑制效果。改变电容大小，测得不同电容值下Us的上 升时间与上升速率，见表3.1
根据上表可知，随着电容值的增大，Us的上升速率得到了有效的抑制。在 电解电容的选取上，除了要考虑其对强干扰的抑制作用，还要考虑体积问题，容 量越大的电解电容体积也越大。在频率较高的电路中，电容体积大的话，存在的 寄生电容也就越大，这会影响到电路的稳定性。综合上述考虑，具体电路中选取 四个3300uF的电解电容。
二极管限幅电路
利用二极管具有导通和截止两种工作状态的这一性质可构成限幅电路，在束 流调节保护电路中加入二极管限幅电路，可保护后续电路中的运放电路。限幅电 路在电路中的某一点的限制了信号幅度大小，如果信号幅度没有达到限制幅度， 限幅电路就不工作，如果信号幅度增大到某个确定数值，它可以防止信号的幅度 再增大。限幅电路可设定上限电平，也可设定某一下限电平［27］。 本实验选取双向限幅电路，可在输入电压过高或过低的两个方向上保护后续 运放，双向限幅电路由两个二极管D1、D2组成，如图3.6所示。正常工作情况 下，根据运放“虚短”原理（下文中介绍），运放正负端无压差。当输入电压超 过运放的最大电压时，运放正负两端会产生巨大压差导致运放受到损害。二极管 限幅电路的作用是将运放输入端电压钳位在二极管正向压降，此时运放输出不超 过运放最大电压。
