一種基于功率放大器的恒流源設計

在斷路器可靠性試驗設備中，試驗電源的穩定、精確是保證測試可靠的基礎。否則，無(wú)論是在斷路器出廠(chǎng)試驗還是型式試驗中，都會(huì )因為測試電源的波動(dòng)使校驗后的產(chǎn)品存在著(zhù)合格品被判為不合格，而不合格品被判為合格的可能。傳統恒流源制作是利用二極管、三極管、集成穩壓源的特性制作的參數穩流器、串聯(lián)反饋調整型穩流電源、開(kāi)關(guān)穩流源等，但往往存在著(zhù)輸出電流范圍小、穩流精度不高、效率較低、可靠性較差、輸出紋波大等缺點(diǎn)。我們設計了一種基于A(yíng)T89C51的恒流源控制系統，電流輸出0100A，電流精度≤2%，電壓輸出15V，能實(shí)現快速、高精度、靈活、多功能的控制要求，在斷路器可靠性試驗中提供了穩定、精確的試驗電源。
　　
主電路的組成
主電路是由電壓電流調節電路，升流變壓器，電流檢測反饋電路，輸入控制和顯示等幾部分電路構成的，以上各個(gè)模塊都是由AT89C51來(lái)控制的，其總體構架如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

1 電壓電流調節電路
電壓調節模塊主要由變壓器和DS1267數字電位器構成，單個(gè)DS1267可調精度最大為16位，可知單次最小變化量為1/512，對于220V電壓來(lái)說(shuō)基本可認為是線(xiàn)性關(guān)系，符合恒流源的電壓調節精度。電流調節模塊主要由TDA2030芯片和大功率晶體管2SA1302、2SC3281組成的。其中，2SA1302與2SC3281組成推挽功率放大結構，為了增加輸出電流，采用了兩路相同結構的并聯(lián)電路，其電路如圖2所示。

圖2 推挽功率放大電路

圖2中，當輸入電壓信號時(shí)，由于IN4001兩個(gè)二極管的動(dòng)態(tài)電阻很小，且R2的阻值較小，可以認為2SA1302管基極電位的變化與2SC3281管基極電位的變化近似相等，兩個(gè)基極的電位隨輸入電壓uin產(chǎn)生相同的變化。當處于輸入信號的正半周，且uin逐漸增大時(shí)，2SA1302管基極電流隨之增大，發(fā)射極電流也必然增大，負載電阻(即升流變壓器)RL上得到正方向的電流；當uin減小到一定數值時(shí)，2SC3281管截止。因此輸入信號的正半周主要是2SA1302管發(fā)射極驅動(dòng)負載。同樣道理，負半周期主要是2SC3281管發(fā)射極驅動(dòng)負載。

2 升流變壓器
本試驗要求產(chǎn)生0～100A的大電流，考慮到本電流源用于斷路器在線(xiàn)檢測，斷路器觸點(diǎn)接觸電阻是15mΩ，這樣在負載上消耗的功率應該為P=I2R=1002×0.015=150W。負載消耗功率150W，考慮變壓器效率及功率裕度，我們選用升流變壓器的額定容量為500VA。