新穎的大功率測試電源

提起輸出10A以上大功率可調穩壓電源，凡是有過(guò)接觸的讀者都會(huì )聯(lián)想起：巨大的帶抽頭的電源變壓器、體積很大的散熱器，多個(gè)大功率調整管固定其上，至少lOW以上的儀表風(fēng)機不停轉動(dòng)為之散熱、加上密布元件的控制板，足以體現出其結構復雜程度。頗為壯觀(guān)的儀器。很多的開(kāi)關(guān)、電位器、復雜的設定和LED或LCD顯示裝置似乎很有高科技的味道。

但從基本結構上來(lái)看，串聯(lián)穩壓電路實(shí)在缺少創(chuàng )意。大型電源上仍然為一品當朝。其效率低、調整管功耗大的缺點(diǎn)。至今為人們所垢病。

能不能采用效率高、管耗小的高頻開(kāi)關(guān)電源呢?答案是在很多場(chǎng)合，如無(wú)刷電機檢測方面。根本無(wú)法正常使用，原因很簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)電源輸出并不純凈，在阻性負載時(shí)并無(wú)影響，但接PWM方式工作的脈動(dòng)很大的負載時(shí)就力不從心了。

這也是現在大型電源采用串穩結構為主的主要原因，當然廠(chǎng)家也作了很多努力，如為了減少調整管功耗，采用分抽頭輸出電源變壓器。在外部電壓需求變化時(shí)，繼電器控制跟蹤調節，自動(dòng)調整抽頭位置。此舉大大降低調整管功耗，改善了系統效率。

當然也使原來(lái)并不簡(jiǎn)單的結構更為繁復。

常規結構的大型穩壓電源，很難為廣大電子愛(ài)好者仿制，當然也包括很多在技術(shù)力量不足的廠(chǎng)家。

為什么不能夠獨出心裁，制造出結構簡(jiǎn)單、實(shí)用的大電源來(lái)，首先必須在基本構思上有一個(gè)突破，路還是有的。

本人曾經(jīng)供職的公司是無(wú)刷電機生產(chǎn)廠(chǎng)家，生產(chǎn)24V一36V/200W自行車(chē)電機，每個(gè)電機都必須經(jīng)過(guò)加載運行試驗，需要12V一45V可調。最大20A測試用可調穩壓電源。這個(gè)任務(wù)落在本人身上。為此。

考慮了很多結構：最后決定采用30A/380V交流調壓模塊為控制器件。串聯(lián)在電源變壓器初級，變壓器次級整流濾波輸出相應直流電壓。

該模塊為雙向間閘管全角控制型，控制電壓0-5V,控制部份與開(kāi)關(guān)部份絕緣。而且散熱器與內部器件絕緣，有很多品牌，我用的杭州西子固態(tài)繼電器廠(chǎng)產(chǎn)品。

控制方案設計：控制電壓由5V電源用電位器分壓調節設定，與輸出直流電壓取樣信號比較處理后，送到模塊輸入端。另外。運行中檢測到電流很大時(shí)。保護電路隨機動(dòng)作，關(guān)閉模塊并自鎖，直至按下復位鈕解除。

電源變壓器選用1KW,220V輸入、45V輸出的控制變壓器，為了擔心出現晶閘管調節時(shí)帶來(lái)波形崎變。引起異常發(fā)熱和機振現象。作了多次長(cháng)時(shí)間模擬試驗，結果除變壓器在低電壓大電流時(shí)略有振動(dòng)外，無(wú)其他異常跡象。證明變壓器可以在晶閘管調壓工況下運行。

一、電路元器件介紹如下

UT為50N380V單相調壓型晶閘管模塊。其工作模式為過(guò)零觸發(fā)，控制電壓0-5V控制導通角度。和整流器模塊共用200X120鋁成品散熱器，12V/0.45A風(fēng)機作為強制風(fēng)冷風(fēng)源。B1為1KW/220V控制變壓器，次級45V,L1、C1為8A電源濾波器，K2為雙刀10A電源開(kāi)關(guān)，C3、R1為消振元件。D1一D4為全波整流二極管模塊。C4大容量電解電容，RL為假負荷電阻。

LM2576ADJ、D5、L1、C6、R2、R3、組成12V穩壓電源。向風(fēng)機、ICl、7805供電，7805、C7、C8為5V穩壓器組件。其基本電路如圖1.

讀者可以看出：電路結構非常簡(jiǎn)單，其電氣性能也達到作為電機測試電源的參數要求，能輸出20-42V直流電壓：調定電壓值后。電流從0~18A變化時(shí)。電壓變化率為O.55V,這雖然相對精密穩壓器僅變化0.15V是大了一些，但己經(jīng)能滿(mǎn)足測試要求，因為對廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)。該電源無(wú)非是一種定量用測試工具，希望結構上牢固皮實(shí)、經(jīng)久耐用作為第一需求：事實(shí)上該電源非常合乎這種需求。其中一個(gè)電源表現不凡，竟創(chuàng )造了三年無(wú)需修理的紀錄!

二、電路介紹

圖中220電源相線(xiàn)輸入B1初級一端。初級另一端接模塊晶閘管一側、晶閘管另一側接中線(xiàn)，晶閘管在交流波形過(guò)零后導通。其導通角度。由控制端輸入電平所操控，輸入電壓幅度0V時(shí)，導通角為0,輸入5V時(shí)全角導通。所以控制電壓變化使輸入到初級的交流電壓相應變化，由于B1初、次具固定的比值，所以耦合到次級的電壓產(chǎn)生變化。經(jīng)整流濾波后得到預期幅值的直流電壓。需要說(shuō)明的是、調壓模塊的容量選擇取裕量較大的原因：模塊驅動(dòng)感性負載。工作在切波狀態(tài)，耐壓、電流值要取很大裕量。

12V電源由LM2576HV和D5,L1、C6等組成：

其輸入電源允許在7-60V之間變化。從輸入電壓上無(wú)需另置輸入電源。直接取電工作電源的另一個(gè)原因實(shí)現失電保護工況，發(fā)生短路和過(guò)流保護動(dòng)作后。

工作電源失電后使12V電源和5V電源相繼失電使系統關(guān)閉而停止工作。其機理詳見(jiàn)后述。

穩定的12V電壓還供給12V風(fēng)機、ICl和下一級5V穩壓電源使用。

IClA、R12、R13、W1、R14組成電壓設定信號處理電路，信號輸送到IClB同相端，與IClB反相端輸入的反饋信號作比較處理后。IClB輸出控制信號到模塊控制端。IClA工作于跟隨器模式。

IClB為減法器模式工作?？梢钥闯鲈O定信號與電壓反饋信號相減后放大1.4倍輸出。其增益為R15、R16、R19、R18比值決定，且R18=R16,R15=R19,如果設計使增益加大，可能造成過(guò)補償現象出現，負載電流加大時(shí)輸出電壓反而上升。

IClD、R6、R7、R8、C10組成W變換放大電路。

其增益為倍，IClC、R9、R10、R11組成比較器，一旦電流信號經(jīng)過(guò)I/、，變換放大后電壓>lClC反相輸入端的基準信號，IClC迅速翻轉為高電平，此時(shí)D6向C9充電，C9通過(guò)R17使7002導通。

IClB輸出的控制電壓被下拉到O.致使模塊晶閘管側快速關(guān)斷，此時(shí)次級電壓消失，工作電源電壓為零。

12V和5V因各級濾波電容延遲短時(shí)間也放電歸零。

此時(shí)雖末關(guān)閉220電源，但系統已處于失電狀態(tài)。

整機電流消耗僅為模塊晶閘管側漏電流。短期內要重啟時(shí)須按K1后使C9放電，并重新關(guān)閉開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)K2即可。

D6、C9的設置防止12V電源末失電時(shí)。IClC反復翻轉，使模塊反復開(kāi)關(guān)造成器件損壞!由于D6的單向饋電和C9的存貯效應。使模塊保持一定時(shí)問(wèn)關(guān)閉狀態(tài)。從而使系統失電或者排除故障有充裕的時(shí)間。

此電源有一個(gè)用途是作無(wú)刷電機耐久性測試，全天候不間斷工作，在夜里常常是無(wú)人值守。由于電機損壞、控制器損壞引起短路也常發(fā)生。采用上述失電保護方案，可以更好保護設備安全。避免不必要的耗電。

無(wú)此要求時(shí)：12V電源另由獨立電源供電，系統保護后能保持很長(cháng)時(shí)間的自鎖，而且復位極為便利，按下K1即可重新工作。無(wú)需操作電源開(kāi)關(guān)K2來(lái)實(shí)現了。所以使用獨立電源后的工況與前者相比截然不同!

在一切都必須服從實(shí)際需求的前提下，電子設計是有很大的靈活性?？梢哉f(shuō)，單元電路都是基本元素。一切元素都有各自的特證。關(guān)鍵在在于了解深度，在于優(yōu)化組合。這就是取勝的游戲規則!