教学实验用电源的特点及检测保护电路

教学实验用电源的特点及检测保护电路

摘要：介绍教学实验用电源的特点，单表法自动检测，新颖的过流及短路保护电路。关键词：I/V检测转换电源检测保护

1教学试验电源的特点

作为学校教学用的实验电源是电源技术中的一个很重要的分支。近年来，开关电源、线性稳压电源发展很快，但教学用试验电源却由于各种原因没能得到更新，仍然是传统的电源。从而在性能、应用上都受到限制。特别是电压和电流的检测方法存在着三个问题：测量方法与手段、测量显示与精度、过载保护与显示方式。这些因素制约了教学用试验电源的开发，影响了实验电源的发展。做为学校用实验电源（特别是中专、技校、职专）应具有下述特点：

（1）高可靠性由于学生实验负载的不确定性和操作者不留神可能带来的各种短路事故，所以要求电源必须具备很好的过载、短路、过热、过压保护，使电源的安全性得以保障；

（2）中精度高精度的电源对只具有一般实验要求的大中专学校实验室来说是一种浪费，同时高精度必定高价位，很不适应学校的使用；

（3）优示性在教学用实验电源中进行电压、电流检测显示常用单表法，即用转换开关切换电压、电流显示检测结果，一表两用；在高档的电源中，采用了两表法来同时显示电压和电流的检测结果，这种产品价格高、体积大。学生在进行试验时，往往是在空载状态下调节选择符合要求的输出电压值，在实验过程中，接入负载后应即时显示工作电流，当出现过载、短路时给以声、光报警并加以保护；

（4）低价位电源是学生做电子实验的能源泵，是一个必须的教学设备。电源要保证为教学所用，并且价格低廉，可以通过降低实验仪用电源的高精度来补偿。采用新技术、新材料、新电路是降低成本的根本途径。

2教学试验电源的可调性与测量保护

（1）教学用实验电源的输出电压可调性与电源功耗的矛盾

教学用实验电源为了减小噪声，降低成本大都采用串联型稳压电路形式。其工作框图如图1所示，其稳压电路功耗Pc=I0(Ui－Uo)。由于教学用电源的Uo必须是可调型，这样在低电压、大电流的输出状态下，稳压电路的功耗增加，工作性能下降，安全受到影响。所以减少功耗应尽可能地同步改变输入电压Ui，采用多抽头的电源变压器是一种理想的方法。这里介绍一种桥式整流—全波整流转换电路，可采用通用的全波整流变压器，电路如图2所示。K1可是双刀双掷开关，也可用继电器构成自动控制，当变压器中心抽头接地时（K1如图2中所掷位置），为全波整流型，输出电压U1=1.2Ui，当变压器中的抽头不接地时，为桥式整流型，输出电压U1=2×1.2Ui，采用桥式整流—全波转换无需专用变压器，即可方便地扩大输出电压的范围。

图1串联型稳压电源

图2整流电路转换原理

（2）输出电压、电流的测量和保护

实验电源必须具有优良的可示性，和完善的保护功能才能为学生所用，以往电源的输出电压、电流测量有两表法和单表复用法，两表法成本高、体积大；单表复用法由于手工转换使用不方便。为此我们采用美国美信公司生产的MAX471集成电路，设计了单表复用转换电路，如图3所示。它主要依据学生实验电源操作程序，先空载调整输出电源，接入负载即时显示电流，来进行工作的。

MAX471/472是完善的双向、高端电流灵敏放大器，MAX471内部具有35mΩ的电流检测电阻，可测量±3A的电源电流，MAX472可以使用外部检测与增益设定电阻构成更大电流的测量。它们都有一个电流输出端，可用一个电阻将其变换成以地为参考点的电压，实现I/V转换。图3电路可设计在一块电路板上与任意电源相连，构成电流电压的自动显示和过流报警与保护。R1为MAX471输出端电阻，它决定I/V的转换灵敏度。电表可用任意磁电系电压表（电流表）。R1=Uout/(ILOAD×500μA/A)，Uout=所需的满度电压，ILOAD=被测的满度电流，当R1=2kΩ时，灵敏度为1V/A，当R2=20kΩ时，灵敏度为10V/A。实际应用时，R1可依据标准仪表进行微调校正。J1?1为V/I电压电流显示转换继电器，初始状态下（空载时），由于未接负载，IO=0，IOUT端输出电压为零，J1不吸合，J1?1常闭使电压表置电源输出端，显示输出电压；同时VD3发光，以示测量值为电压。当负载接入电源后，IOUT端通过R1产生电压使VT2导通，继电器J1吸合，电表通过J1?1接入IOUT端显示I/V转换值，即负载电流。K为强制转换开关，闭合时，可置电表为输出电压测量。VT1为射极输出器，以减小VT2和IC2对IOUT端的影响。过流保护用TL431来完成，J2为过流保护用继电器，RP为过流量保护调节电位器，当Vref=UIOUT=2.5V时，IC2导通，J2吸合，J2?1切断输出；同时J2?2闭合，VD5发光指示，报警音乐卡得电并通过VT3驱动报警喇叭，以声光形式构成保护指示，很方便学生使用。同时过流量可在很大范围内进行调整或设定。

图3采用MAX471的单表复用转换电路

3结语

学生实验用电源是推行素质教育，提高教学实验水平所需的仪器，它应以“工业用电源的适应性（可靠性）、仪表用电源的可视性、实验电源的可调性、消费用电源的优价性”为设计目标，开发出满足教学需求的优良电源产品。

参考文献

1MAXIM公司1999年产品手册光盘版.

2（日）户川治郎著,何伟仁译.《实用电源电路设计手册》.