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一種新型跟蹤式可控硅直流穩(wěn)壓電源的設計
摘要: 該設計在串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源的基礎上加裝了可控硅相位控制裝置,,用調(diào)整管兩端壓降來控制可控硅觸發(fā)的導通角,,維持調(diào)整管壓降不變,從而設計出跟蹤式大功率直流穩(wěn)壓電源,。該穩(wěn)壓電源限制了調(diào)整管功耗,實現(xiàn)了大功率,。
Abstract:
Key words :

  1 引 言

  信息時代里,,BP機已成為常用的通信工具。目前,,我國BP機總臺的發(fā)射設備都采用進口設備,,其輸出電壓為13.8V,電流為15~20A,。進口電源不帶可控硅部分,,而我國電網(wǎng)波動較大,為此設計了這種低成本穩(wěn)壓電源,。該設計在串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源的基礎上加裝了可控硅相位控制裝置,,用調(diào)整管兩端壓降來控制可控硅觸發(fā)的導通角,維持調(diào)整管壓降不變,,從而設計出跟蹤式大功率直流穩(wěn)壓電源,。該穩(wěn)壓電源限制了調(diào)整管功耗,實現(xiàn)了大功率,。
  
  該穩(wěn)壓電源主要由單相半控橋整流濾波,、線性穩(wěn)壓器及可控硅相位控制等環(huán)節(jié)組成,并加裝了過流保護,、短路保護,、過熱保護裝置及顯示部分。在220V電網(wǎng)電壓波動±15%情況下,輸出電壓13.8V,,輸出電流可達20A,。由于采用了可控硅相位控制技術,能將調(diào)整管兩端壓降限制在3V左右,,功耗不大于40W,,提高了電源效率。
  
  當輸出電流超過20A時,,限流保護可減小輸出電流,。若輸出短路,短路保護輸出封鎖信號關斷可控硅,。調(diào)整管溫度高于60℃時啟動電扇,,溫度低于40℃時關斷電扇,溫度高于80℃時關斷可控硅,。該電源采用集成可控硅觸發(fā)器,,雙運算放大器及具有溫度補償?shù)姆€(wěn)壓管作基準源,并配有三端穩(wěn)壓器作為輔助電源,,實現(xiàn)了高精度,。

    2 具體電路實現(xiàn)

  電路結構框圖如圖1所示。

   

 

電路結構

  該電路選取單向橋式半控整流電路,,降低了成本,。大功率或大電流的穩(wěn)壓電源,一般采用L-C濾波電路,。但是,,大電流的濾波電抗器體積大,重量重,,價格也較貴,,因此,在該穩(wěn)壓電源的設計中仍采用大電容濾波,。線性穩(wěn)壓器部分仍采用串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓器原理,,構成一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。主要包括:調(diào)整管,,取樣電路,,基準電壓源,誤差比較放大器,。由于該穩(wěn)壓電源輸出電流20A,,電流很大,所以,,為減小調(diào)整管功耗,,采用并聯(lián)形式,在本電源中,調(diào)整管用兩個大功率三極管并聯(lián),,使每管流過電流為10A左右,。這樣,每個管子的功耗不大于40W,,減小了調(diào)整管功耗,。調(diào)整管集電極電流為10A左右,因此應采用大功率晶體三極管,,選取β=40~50,,這樣,基極電流應達2×0.3A,,即600mA,。而一般集成運算放大器輸出電流只有幾十毫安級,不能讓比較放大電路的輸出端直接來推動調(diào)整管,,因此在比較放大電路的輸出端與調(diào)整管的基極之間,,加入推動級,此處選擇一個小功率三極管,,構成復合管的形式,。啟動電阻Rc取2k。防振電容C取10μF,。
  
  在穩(wěn)壓電路中,,基準源是整個穩(wěn)壓系統(tǒng)工作的參考,,穩(wěn)壓的最終效果取決于基準源的水平,。因此,該電源中,,選用具有溫度補償特性的2CW234系列硅穩(wěn)壓管作為基準源,,并選擇其穩(wěn)定電壓為6.4V。由特性較好的三端集成穩(wěn)壓器供電,,限流電阻采用精密金屬膜電阻R(溫度系數(shù)約為±1×10-5/℃),。為了減小噪聲的影響,將穩(wěn)壓管封裝在盛油的小容器里,,噪聲指標將會有明顯的改善,。

   

 

電壓取樣


  
  電壓取樣如圖2所示。分別將調(diào)整管的集-射極電壓經(jīng)電阻分壓,,并將分壓后的射極電壓通過一電阻送入比較放大器反相端,;在集電極電壓的取樣電路中串入一穩(wěn)壓管,由該管決定調(diào)整管壓降大小,。此處選3.3V,。并將集電極電壓減去穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值后分壓送入比較放大器的同相端。為保證取樣精度,應使集-射極采樣電阻完全對稱,,并選取溫度特性較好,、同一型號的精密金屬膜電阻。比較放大器采用集成運放并接成負反饋,。

  令R1=R3,,R2=R4;設分壓系數(shù)n=R2/(R1+R2),;集成運算放大器輸出為Uo,;放大系數(shù)為K;調(diào)整管集電極電壓為UC,;調(diào)整管發(fā)射極電壓為UE,;A點電壓為UA;B點電壓為UB,;有:

 電壓計算

  當調(diào)整管壓降增大,,UcE上升,使Uo增大,,即觸發(fā)器的控制電壓Ub增大,,而集成觸發(fā)器KJ785是負極型的:控制電壓增大,導通角減小,。因此,,觸發(fā)脈沖后移,整流輸出減小,。
  
  可控硅整流擔任第一步的穩(wěn)壓工作,,其輸出電壓的變化是由導通角的變化來決定的。相位控制部分正是根據(jù)調(diào)整管壓降的變化來改變可控硅導通角,,進而改變整流濾波電路輸出電壓,,將調(diào)整管壓降維持在3V左右。該穩(wěn)壓電源中,,采用KJ785晶閘管移相觸發(fā)電路,。因為作為一種電源產(chǎn)品,應力求在實現(xiàn)同樣功能的前提下,,器件性能好,,電路簡單,實現(xiàn)容易,。該觸發(fā)電路可以輸出兩路相差180度的觸發(fā)脈沖,,可在0~180度范圍移相,可用于控制單相,、雙向晶閘管和晶體管,。
  
  KJ785由同步檢測寄存電路,,基準電源,鋸齒波形成電路,,移相電壓和鋸齒波綜合比較電路與邏輯控制功率放大等部分組成,。鋸齒波斜率決定于9腳外接電阻和10腳外接電容。脈沖寬度由腳外接電容決定,,不接該電容時,,脈沖寬度由內(nèi)接電容決定,約為30μs,。
  
  KJ785只需單電源工作,,觸發(fā)電路為負極性,即移相電壓增加,,導通角減小,。 同步電壓從5腳輸入,可以直接取自電網(wǎng)電壓,,降壓限流電阻取電網(wǎng)電壓×103Ω,,也可采用同步變壓器隔離輸入。7,,6腳可提供脈沖列和脈沖封鎖的控制端,。
  
  各管腳功能如表1所示?!?/font>

 

    

 

各管腳功能如表1

  由于該穩(wěn)壓電源是大功率電源,,有發(fā)熱量較大的變壓器、整流二極管,、可控硅,、集成穩(wěn)壓器等,更主要的是,,調(diào)整管是大功率晶體管,,發(fā)熱較大,。因此該穩(wěn)壓電源中,,采用風扇送風,選擇價格便宜,、性能很好的熱敏元件AD590,,將其加裝在調(diào)整管的散熱片上。當溫度達60℃左右時,,啟動風扇降溫,,當溫度回落至40℃左右時,關閉風扇,。當溫度高達85℃時,,給可控硅觸發(fā)回路發(fā)出封鎖信號,,關斷可控硅,進而關斷電路,,避免調(diào)整管過熱損壞,。

  電路如圖3所示。

    

 

穩(wěn)壓電源電路

     電阻計算公式
  
  AD590的外部特性:0℃時,,其電流為273μA,;溫度每上升1℃,電流增加1μA,;溫度每下降1℃,,電流減小1μA;工作溫度為-50℃~+150℃,;為避免比較器頻繁動作或誤動作,,選擇滯環(huán)寬度為1V?!?

  取R=40kΩ,;選擇集成運放由單電源+5V供電,可由CW78M15分壓得到,。
  
  設溫度65℃時比較器基準電壓為EmH,,有:

     比較器基準電壓

  設溫度40℃時比較器基準電壓為EmL,有

    比較器基準電壓

    比較器基準電壓

  ?。篟1=2k;Rf=10k

  校驗:

      校驗

  所以:當溫度為61℃時,,啟動風扇;當降低為40℃時,,關閉風扇,。當調(diào)整管溫度達80℃左右時,比較器輸出零電平,,封鎖可控硅,,進而關斷電路。

  該穩(wěn)壓電源中,,短路保護的功能為當檢測到輸出電壓低于2V并延時2s后時,,就判斷為短路。發(fā)出封鎖信號關斷可控硅,,關斷電路,,防止損壞器件。

  限流保護的作用是當負載電流超過20A時,,減小調(diào)整管基極電流,,使輸出電流減小。

    3 結束語

  這種新型跟蹤式可控硅直流穩(wěn)壓電源成本低,,性能較好,,精度較高,,適于BP機發(fā)射臺使用。輸出電壓范圍可達12V至15V,,電流可達20A,。該電源的特色部分是相位控制,它兼有可控硅和串聯(lián)反饋穩(wěn)壓器的優(yōu)點,,克服了傳統(tǒng)串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管功耗過大的缺點,。

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