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40V稳压电源
 
文章编号:
091111153611
文章分类: 电路 电源
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关 键 词: 40V/4A
文章来源:
百合电子工作室收集整理
摘 要:

  1、技术特性

  (1)输入电压:220V、50Hz,允许变化±10%;

  (2)稳压输入电压:-48V、4A,蓄电池-48V,变化小于10%;

  (3)稳压输出:

①输出电压:40V,误差≤±2%;
②输出电流:最大4A;
②纹波电压:≤40mV(当Io为标准输出电流时);
④过载电流保护点:6A±1A。

  2.工作原理

  如图1和图2所示。本电源由变压器,桥式整流电路,直流电源汇集电路相直流稳压电路所构成。

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                   图1(点击查看大图)

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                               图2(点击查看大图)

  直流稳压电路是一个无辅助电源的串联型线性稳压电路。它由取样环节、基准电源、比较放大环节、调节环节加过流保护电路、告警电路等几个部分构成。

  取样环节由电阻R39、R40和电位器RP组成。采用电位器RP是为了使输出电压Uo在一定范围内可以任意连续调节。

  比较放大环节是一个单端输入、单端输出的差动放大器。和普通放大器相比较,差动放大器的最大优点是能够有效地抑制放大电路的零点涤移,以提高稳压电源的温度稳定性。三极管VT14的集电极电压从稳压二极管VD12、VD13两端获得。R31是稳压管的限流电阻,再经过一级由R32和VD14~VD16构成的简单稳压电路后,再从稳压二极管VD14、VD15、VD16上取得基准电压加到差动放大器VT13的基极,与经过二极管VD2。加三极管VT14的基极上的取样电压进行比较电压放大,被放大以后的信号由差放管VT13的集电极输出,经电阻R35加到调整环节的输入端VT12的基极。
 

  为什么采用差分放大器能使稳压电源输出电压的温度稳定性提高呢?关键在于发射极电阻R37的电流负反馈作用。假设环境温度上升了,必然会导致如下循环过程,使输出电流Ic13保持稳定:

  

  显然,适当加大R37的值,电流负反馈作用更强,电路的温度稳定性更好。二报管VD17、VD18用于对差放管VT13和VT14的Icbo的变化进行温度补偿,并兼有保护作用。而C11、R34用来消除稳压电路内部可能产生的自激振荡。但电容C11不能取得过大,否则对输出的控制电流Ico的旁路作用加大,并影响稳压电路的调节时间。

  为了增大稳压电源的输出电流,调整管采用了八只并联的硅三极管构成。从而使可以输出的最大集电报电流比单管扩大约8倍。为了避免并联管因管子性能差异导致某只管子先坏,在每只管子的发射极均串接了一只0.3Ω的小电阻,利用串联电流负反馈的原理通过各只并联管的电流基本相同。  

  根据三极管的电流控制关系Ic=βIb可知,在调整管的集电极电流Ic可以很大,而比较放大环节输出的控制电流(近似等于调整管的基极电流Ib)又很小的情况下,只有通过增大管子的电流放大系数β才能使上面的等式成立。为此,在调整管的输入端还接入了由复合管VT12构成的推动级。这样,整个调整环节就可以看成是一只具有电流放大作用的复合调整管,其等效电流放大系数:

  β≈β5·β6·β7·β8·β9·β10·β11·β12

  这就保证了比较放大级对调整管的有效控制。但是,复合管的穿透电流很大会使调整环节的热稳定性变得很差,为此,分别在VT11和VT12的发射极接入分流电阻R28和R29。但分流电阻的接入,会使复合管的等效电流放大系数减小,这是不利的一面。一般说来,分流电阻的阻值取得越小,分流作用越大,克服穿透电流对热稳定性影响也越好,但是等效电流放大系数β总的降低也越厉害。应用时,应权衡利弊,酌情掌握。

  整个稳压电路的稳压过程如下所示:

  

  本电源的过流保护电路由于输出电压较高.采用开关切断人工复位的过流保护电路。从图1和图2可以看出,该过流保护电路由三极管VT1~VT4,晶闸管VS,稳压二极管VD9、VD11,二极管VD10、VD12继电器K2、K3、K4以及电容C5~C10,电阻R4~R21等元件构成。

  在正式分析过流保护电路以前,有必要简单介绍一点有关单向晶闸管的情况,以便加深理解。晶闸管是可控硅整流元件的简称,通常用英语名称的三个缩写字母SCR来表示,中文常用VS来表示,其符号和结构如图3所示。

图3

   图3(a)是晶闸管的代表符号;图3(b)是晶闸管的结构,从结构图可以看出,一只晶闸管由P-N-P-N四层半导体构成,中间形成三个两反结的PN结J1、J2和J3。晶闸管有三个引出极,一个称阳极用A表示,一个称阴极用K表示,第三个极是控制极用G表示。如果象图3(c)那样,将晶间管从中间局部分开,它就相当于两个互相连接的晶体三极管,(其中,一个是PNP型管,另一个是NPN型管),如图3(d)所示,用图3(d)可以说明晶闸管的工作原理。如果在A和K间加上足够的正向电压(即A为正K为负),在A、G间不会有电流流过,因为两只晶体管都没有导通;这时如果在G、K间也加上一个正的触发电压,如图4所示。很容易看出两只等效的三极管都满足进行放大所需要的外部条件(即发射结正偏,集电结反偏)而处于放大状态。此时,由触发电源EG产生的控制电流就相当于NPN型管(令它为VT2)酌基极电记Ib2,经VT2放大后,得到的β2·Ib2就是PNF型管(令它为BT1)的基极电流,而且流向相同,这个β2·Ib2再经VT1放大,变成Ic1=β1·Ib1=β1·β2·Ib2。当把Ic1再次作为VT2的输入电流注入时,它已经比循环前扩大β1·β2倍,而且这种放大作用还要无限循环下去,直到VT1和VT2饱和,也就是晶闸管完全导通时为止。从图4还可以看出,当晶问管一旦开始导通,触发信号也就不再参与工作,即使去掉,对晶闸管的导通也无影响,只有当外电路断开或者去掉外加电压后,晶闸管才又恢复到截止状态。

图4

  综上所述,单向晶问管具有以下三个特点:  

  (1)晶闸管具有可控单向导电特性。它虽然也是三端器件,但不象晶体三极管那样能用来进行线性放大,由于它只能在一个方向上导电,反方向不能导电.所以又象二极管那样能起开关作用,只是这种开关作用是受G极的控制的。

  (2)要使晶间管导通,必须具备以下三个条件:即在晶闸管的A-K极间加正向电压;G-K极间加正向电压;流经阳极的电流IA应大于能使晶闸管导通所必需的维持电流。

  (3)当晶闸管一旦导通后,G极便失去控制作用。就是说在实际应用时,加到G极上的控制信号不一定是直流电.仅仅加一个正的脉冲就可以了。

  在本电源中,正是利用了它的上述特点来构成过流保护电路。

  在输出电流Io≤4A的正常工作情况下,在检测电阻R15两端的压降UR15很小,即

  不足以使三极管VT4导通,VT3和VT4均处于截止状态,过流保护电路不起作用。

  当输出电流达到6A左有时,在检测电阻R15两端的电压降UR15达到0.6V左右。这个电压经R18和R19分压后再经R14加到VT3的发射结上,使VT3开始导通。另外UR15还经R13加至VT4的发射结上,使三极管VT4也开始导通。

  VT3导通以后,它的集电极电流Ic3迅速增大,并对电容C10充电,随着电容C10电位差增大,二极管VD19正向导通,差放管VT14发射结的正向偏置加强。另一方面,随着Ic3增大,通过R36和二极管VD19流入差放管VT14的基极电流Ib14也相应增大,经过下面的调整过程使输出电压Uo迅速降低,输出电流Ico也下降到正常范围之内。

  

  因为电容C10上的电压在VT3导通瞬间不能突变,只有当C10充电到一定程度时才会发生上述调整过程。所以电容C10在电路中可以用来控制保护电路的动作时间,并防止误动作。

  随着输出电压Uo迅速成小,跨接在输出端的继电器K5因流过电流不足而释放,则静合接点K5-2.5闭合,发出告警信号。

  二极管VD19和VD2。构成自动切换电路起隔离作用。当输出电压正常而VT3截止时,VD19截止,VD20导通,使过流保护电路不对稳压电路产生影响;当过流保护电路动作,VT3导通时,VD19导通,而VD20截止,使稳压电路只受VT3的控制。

  和阴极K之间本身就存在正向电压,而且因电阻R5的阻值较小又使阳极电流较大,所以品闸管VS因G极取得正向电压而导通。VS导通以后,强大的阳极电流通过继电器K4使其吸合,K4吸动以后,接点K4-2.8闭合使继电器K3和K2相继动作。K3吸动后,所控接点K3-1.2闭合使电器K2和K3自保。当K2动作以后,由K2控制的接点2.5—3.6断开,这就切断了由整流器输入稳压电路的-48v直流电,保障了调整管VT5~VT10的安全。

  这时,可断开整流器输出开关S2,对稳压电路进行检修。当过流故障排除以后,重新将开关S2合上,稳压电源又重新恢复正常输出。

  当市电220V停电时,继电器Kl释放,其静合接点K1-1.2闭合,发出告警信早。当来电可自
恢复。

  在三极管VT4导通以后,随着其集电极电位变化,通过R20、二极管VD12使三极管VT2的基极电位变负,三极管VT2、VT1导通,它们的集电极电流流经R6、C7在其上产生上“-”下“+”的电压UR6,这个电压使品闸管VS的G-K间得到正向触发电压,由于晶闸管的阳极A电路中二报管VD10、VD11、VD12和电阻R10、R11、R12构成自动切换电路。正常情况下-48V电源经限流电阻Rl2后在稳压二极管VD11上产生一稳定负压(约-13V左右),这个负电压经电阻R10和R11降压后加在二极管VD10两端使其导通,此时R10两端的电位差同时使二极管VD12截止,以减小VT1、VT2等对VT4的影响。当VT4因过流而导通时,由VT4输出的负电位因为更负将使二极管VD12导通,并使二慑管VD10截止,以确保VT4对VT2的控制关系。

  R4和稳压二极管VD9构成简单稳压电路,使三极管VT1的发射极电位稳定在-15V左右。

  平时由于稳压管VD9相VD11上的电压差,将在电容C8两端产生3V左右电压降.这个电是左负右正,它使VT1和VT2的发射结固反向偏置而截止。

  在VT4导通瞬间,VT4集电极上的-47V左右的电位将通过R20,VD12对C8充电,当充电结束时,C8两端电压极性改变成左正有负,使VT1和VT2的发射结因得到正向偏置而导通,同时二极管VD10因VT2基极电位变负而截止。

  R18和R19是VT3的分压式基极侗置电阻,R13和R14分别为VT4和VT3的发射极电阻,它们用来给VT3和VT4建立合适的静态工作点,同时具有提高电路热稳定性的作用。

 
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