新型跟踪式可控硅直流稳压电源

新型跟踪式可控硅直流稳压电源

信息时代里，BP机已成为常用的通信工具。目前，我国BP机总台的发射设备都采用进口设备，其输出电压为13．8V，电流为15～20A。进口电源不带可控硅部分，而我国电网波动较大，为此设计了这种低成本稳压电源。该设计在串联反馈调整型稳压电源的基础上加装了可控硅相位控制装置，用调整管两端压降来控制可控硅触发的导通角，维持调整管压降不变，从而设计出跟踪式大功率直流稳压电源。该稳压电源限制了调整管功耗，实现了大功率。
　　
　　该稳压电源主要由单相半控桥整流滤波、线性稳压器及可控硅相位控制等环节组成，并加装了过流保护、短路保护、过热保护装置及显示部分。在220V电网电压波动±15％情况下，输出电压13．8V，输出电流可达20A。由于采用了可控硅相位控制技术，能将调整管两端压降限制在3V左右，功耗不大于40W，提高了电源效率。
　　
　　当输出电流超过20A时，限流保护可减小输出电流。若输出短路，短路保护输出封锁信号关断可控硅。调整管温度高于60℃时启动电扇，温度低于40℃时关断电扇，温度高于80℃时关断可控硅。该电源采用集成可控硅触发器，双运算放大器及具有温度补偿的稳压管作基准源，并配有三端稳压器作为辅助电源，实现了高精度。

2　具体电路实现

　　电路结构框图如图1所示。

　　该电路选取单向桥式半控整流电路，降低了成本。大功率或大电流的稳压电源，一般采用L－C滤波电路。但是，大电流的滤波电抗器体积大，重量重，价格也较贵，因此，在该稳压电源的设计中仍采用大电容滤波。线性稳压器部分仍采用串联反馈调整型稳压器原理，构成一个闭环反馈系统。主要包括：调整管，取样电路，基准电压源，误差比较放大器。由于该稳压电源输出电流20A，电流很大，所以，为减小调整管功耗，采用并联形式，在本电源中，调整管用两个大功率三极管并联，使每管流过电流为10A左右。这样，每个管子的功耗不大于40W，减小了调整管功耗。调整管集电极电流为10A左右，因此应采用大功率晶体三极管，选取β＝40～50，这样，基极电流应达2×0．3A，即600mA。而一般集成运算放大器输出电流只有几十毫安级，不能让比较放大电路的输出端直接来推动调整管，因此在比较放大电路的输出端与调整管的基极之间，加入推动级，此处选择一个小功率三极管，构成复合管的形式。启动电阻R_c取2k。防振电容C取10μF。
　　
　　在稳压电路中，基准源是整个稳压系统工作的参考，稳压的最终效果取决于基准源的水平。因此，该电源中，选用具有温度补偿特性的2CW234系列硅稳压管作为基准源，并选择其稳定电压为6．4V。由特性较好的三端集成稳压器供电，限流电阻采用精密金属膜电阻R（温度系数约为±1×10^－5／℃）。为了减小噪声的影响，将稳压管封装在盛油的小容器里，噪声指标将会有明显的改善。
　　
　　电压取样如图2所示。分别将调整管的集－射极电压经电阻分压，并将分压后的射极电压通过一电阻送入比较放大器反相端；在集电极电压的取样电路中串入一稳压管，由该管决定调整管压降大小。此处选3．3V。并将集电极电压减去稳压管稳压值后分压送入比较放大器的同相端。为保证取样精度，应使集－射极采样电阻完全对称，并选取温度特性较好、同一型号的精密金属膜电阻。比较放大器采用集成运放并接成负反馈。

　　令R₁＝R₃，R₂＝R₄；设分压系数n＝R₂／（R₁＋R₂）；集成运算放大器输出为U_o；放大系数为K；调整管集电极电压为U_C；调整管发射极电压为U_E；A点电压为U_A；B点电压为U_B；有：

　　当调整管压降增大，U_cE上升，使U_o增大，即触发器的控制电压U_b增大，而集成触发器KJ785是负极型的：控制电压增大，导通角减小。因此，触发脉冲后移，整流输出减小。
　　
　　可控硅整流担任第一步的稳压工作，其输出电压的变化是由导通角的变化来决定的。相位控制部分正是根据调整管压降的变化来改变可控硅导通角，进而改变整流滤波电路输出电压，将调整管压降维持在3V左右。该稳压电源中，采用KJ785晶闸管移相触发电路。因为作为一种电源产品，应力求在实现同样功能的前提下，器件性能好，电路简单，实现容易。该触发电路可以输出两路相差180度的触发脉冲，可在0～180度范围移相，可用于控制单相、双向晶闸管和晶体管。
　　
　　KJ785由同步检测寄存电路，基准电源，锯齿波形成电路，移相电压和锯齿波综合比较电路与逻辑控制功率放大等部分组成。锯齿波斜率决定于9脚外接电阻和10脚外接电容。脉冲宽度由脚外接电容决定，不接该电容时，脉冲宽度由内接电容决定，约为30μs。
　　
　　KJ785只需单电源工作，触发电路为负极性，即移相电压增加，导通角减小。同步电压从5脚输入，可以直接取自电网电压，降压限流电阻取电网电压×10³Ω，也可采用同步变压器隔离输入。7，6脚可提供脉冲列和脉冲封锁的控制端。
　　
　　各管脚功能如表1所示。

　

　　由于该稳压电源是大功率电源，有发热量较大的变压器、整流二极管、可控硅、集成稳压器等，更主要的是，调整管是大功率晶体管，发热较大。因此该稳压电源中，采用风扇送风，选择价格便宜、性能很好的热敏元件AD590，将其加装在调整管的散热片上。当温度达60℃左右时，启动风扇降温，当温度回落至40℃左右时，关闭风扇。当温度高达85℃时，给可控硅触发回路发出封锁信号，关断可控硅，进而关断电路，避免调整管过热损坏。

　　电路如图3所示。
　　
　　AD590的外部特性：0℃时，其电流为273μA；温度每上升1℃，电流增加1μA；温度每下降1℃，电流减小1μA；工作温度为－50℃～＋150℃；为避免比较器频繁动作或误动作，选择滞环宽度为1V。　

　　取R＝40kΩ；选择集成运放由单电源＋5V供电，可由CW78M15分压得到。
　　
　　设温度65℃时比较器基准电压为EmH，有：

　　设温度40℃时比较器基准电压为EmL，有

　　取：R₁=2k;R_f=10k

　　校验：

　　所以：当温度为61℃时，启动风扇；当降低为40℃时，关闭风扇。当调整管温度达80℃左右时，比较器输出零电平，封锁可控硅，进而关断电路。

　　该稳压电源中，短路保护的功能为当检测到输出电压低于2V并延时2s后时，就判断为短路。发出封锁信号关断可控硅，关断电路，防止损坏器件。
　　限流保护的作用是当负载电流超过20A时，减小调整管基极电流，使输出电流减小。

3　结束语

　　这种新型跟踪式可控硅直流稳压电源成本低，性能较好，精度较高，适于BP机发射台使用。输出电压范围可达12V至15V，电流可达20A。该电源的特色部分是相位控制，它兼有可控硅和串联反馈稳压器的优点，克服了传统串联反馈调整型稳压电源中调整管功耗过大的缺点。