新型跟蹤式可控硅直流穩(wěn)壓電源

信息時代里，BP機(jī)已成為常用的通信工具。目前，我國BP機(jī)總臺的發(fā)射設(shè)備都采用進(jìn)口設(shè)備，其輸出電壓為13．8V，電流為15～20A。進(jìn)口電源不帶可控硅部分，而我國電網(wǎng)波動較大，為此設(shè)計了這種低成本穩(wěn)壓電源。該設(shè)計在串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)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(dǎo)通角，維持調(diào)整管壓降不變，從而設(shè)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(hù)、短路保護(hù)、過熱保護(hù)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(dá)20A。由于采用了可控硅相位控制技術(shù)，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(dāng)輸出電流超過20A時，限流保護(hù)可減小輸出電流。若輸出短路，短路保護(hù)輸出封鎖信號關(guān)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(guān)斷電扇，溫度高于80℃時關(guān)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(zhǔn)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(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　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(shè)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(gòu)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(zhǔn)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(yīng)采用大功率晶體三極管，選取β＝40～50，這樣，基極電流應(yīng)達(dá)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(gòu)成復(fù)合管的形式。啟動電阻R_c取2k。防振電容C取10μF。
　　
　　在穩(wěn)壓電路中，基準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)將會有明顯的改善。
　　
　　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(yīng)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(fù)反饋。

　　令R₁＝R₃，R₂＝R₄；設(shè)分壓系數(shù)n＝R₂／（R₁＋R₂）；集成運算放大器輸出為U_o；放大系數(shù)為K；調(diào)整管集電極電壓為U_C；調(diào)整管發(fā)射極電壓為U_E；A點電壓為U_A；B點電壓為U_B；有：

　　當(dāng)調(diào)整管壓降增大，U_cE上升，使U_o增大，即觸發(fā)器的控制電壓U_b增大，而集成觸發(fā)器KJ785是負(fù)極型的：控制電壓增大，導(dǎo)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(dān)任第一步的穩(wěn)壓工作，其輸出電壓的變化是由導(dǎo)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(dǎo)通角，進(jìn)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(yīng)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(zhǔn)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(fù)極性，即移相電壓增加，導(dǎo)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。

　　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(fēng)扇送風(fēng)，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(dāng)溫度達(dá)60℃左右時，啟動風(fēng)扇降溫，當(dāng)溫度回落至40℃左右時，關(guān)閉風(fēng)扇。當(dāng)溫度高達(dá)85℃時，給可控硅觸發(fā)回路發(fā)出封鎖信號，關(guān)斷可控硅，進(jìn)而關(guān)斷電路，避免調(diào)整管過熱損壞。

　　電路如圖3所示。
　　
　　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?！?/font>

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

　　設(shè)溫度40℃時比較器基準(zhǔn)電壓為EmL，有

　　取：R₁=2k;R_f=10k

　　校驗：

　　所以：當(dāng)溫度為61℃時，啟動風(fēng)扇；當(dāng)降低為40℃時，關(guān)閉風(fēng)扇。當(dāng)調(diào)整管溫度達(dá)80℃左右時，比較器輸出零電平，封鎖可控硅，進(jìn)而關(guān)斷電路。

　　該穩(wěn)壓電源中，短路保護(hù)的功能為當(dāng)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(guān)斷可控硅，關(guān)斷電路，防止損壞器件。
　　限流保護(hù)的作用是當(dāng)負(fù)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(jié)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(jī)發(fā)射臺使用。輸出電壓范圍可達(dá)12V至15V，電流可達(dá)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。