0V-35V/10A高精度稳压电源的制作

时间:2013-11-24 12:08 | 来源: | 点击: 次 [去老版] [去论坛] [去网店]

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  笔者自制了一款稳压电源,该电源主要采用运算放大器给推动管的基极供电,利用PNP、NPN三极管模拟晶闸管工作原理制作了切断式保护电路,可输出0V~35V连续可调电压,且调节方便,稳压精度高,结构简单,使用元器件少,取材容易,性能稳定可靠。

  技术性能

  1.输出电源电压范围:0V~35V连续可调。

  2.输出电流:0A~10A。 

  3.纹波电压不大于0.5mV。

  4.输出稳压精度:0A~10A≤l0mV。

  5.输出电阻:ROUT=0.02Ω。

  6.具有输出过载短路切断式保护功能。

  电路基本工作原理

  该稳压电源为串联型晶体管稳压电源电路如附图所示。基本原理很简单,就是在稳压电源电路中调整管与负载电阻RL串联。调整LM358运算放大器的2脚,以输出电压的变化去控制调整管的集电极和发射极之间的电阻,即控制调整管的Vce(即管压降),使输出电压产生变化。

  电路的基本组成

  由下图可见,该稳压电源由电源变压器、辅助电源、整流滤波、推动、调整管、基准电压、取样电路、比较放大及过载短路保护等环节组成。以下就如何提高稳压电源输出精度及输出过载短路保护工作作重点介绍。

稳压电源由电源变压器、辅助电源、整流滤波、推动、调整管、基准电压、取样电路、比较放大及过载短路保护

  1.比较放大器

  比较放大器是由辅助电源提供基准电压来放大差值信号的直流放大器,为了提高稳压电源的稳压性能,要求比较放大器的放大倍数要高,动态稳定性能要好。这里采用运算放大器LM358控制VT1的基极,并采用独立的辅助电源给运算放大器LM358供电,使它不受稳压电源输出纹波的影响,又能保证运算放大器输出的稳定性,大大提高其增益,以控制调整管输出精度。这就可以在输入电压变化时,保持输出直流电压基本不变,使稳压系数降到最低。从物理意义上讲,硅稳压管与稳压电路稳定系数相同,稳定系数愈大说明稳压性能愈好。另外,为了把调整管损耗降到最低的同时发挥其最大效率,在交流电源输入端可加装交流电压转换开关S2,这样在使用低电压时调整开关S2,既能使输出稳压精度不受影响,又能降低调整管的管压降,把调整管的损耗降到最低。

  2.保护电路

  接通电源,在稳压电源正常工作时,晶体管VT4处于饱和导通状态,VT5截止,使稳压电源在不受电路任何影响下正常工作。为什么稳压电源在正常工作时VT4处于饱和,VT5能截止呢?稳压电源在正常工作时,VT4的b-e之间电压为-0.8V。b处于高电平。因VT4选用的是PNP管,它处于饱和导通,则VT5的b-e处于0电位,达不到它的开启电压而截止。所以稳压电源在正常工作时保护电路不会给稳压电源带来任何影响。

  当输出过载或短路时,串联在调整管发射极的电阻Rl0两端电压降(极性如图1所示)突然增加,这个增加的正电压通过电阻R9加到VT5的基极,使VT5由截止变为导通,VT5的导通使VT4基极降为低电平。Vbe约0.lV~0.2V,随着VT4由饱和变为导通,将VT1(推动管)基极电流切断短路对地,调整管基极失去了触发电流而截止,稳压电源停止工作。输出电压为0,从而起到了保护调整管的作用。根据电路原理分析,这种保护电路也可以看成是一种模拟晶闸管工作原理的应用。

  上述切断式保护电路即当输出过载或短路故障排除后,稳压电源不能自行恢复工作,为了使稳压电源恢复正常工作,可采取以下两种措施。

  (1)可切断(220V)交流电源,再接通交流电源,稳压电源即能恢复正常工作。

  (2)可在稳压电源电路上安装1个恢复按钮,见上图,恢复按钮SB的原理就不再叙述了。

  上述切断式保护电路有两个优点:一是当保护电路起作用后,可使稳压电源停止工作,这样就克服了限流式保护电路的缺点。二是电路简单,元器件少,便于制作。但它也有不足之处,即当输出过载或短路故障排除后,要人为地使稳压电源恢复正常工作,不像限流式保护电路那样,故障排除后能自行恢复正常工作。但限流式保护电路只限于小功率低电压使用。在大功率高电压使用时,可靠程度受到限制。而切断式保护就不同于限流式保护,它在额定功率范围内使用非常安全可靠。

  元器件选用与电路的制作

      除电源变压器和调整管外,整流滤波部分制作在一块印制线路板上。主电路与辅助电路制作在一块印制线路板上。调整管可根据自己实际使用情况,设计输出功率大小,并将调整管安装在足够大的散热器上。电源变压器也可根据自己的实际使用情况而定,在绕制次级绕组时,输出要比设定值大,辅助电源也可以单独设立,用一个3W~4W、输出28V~30V的小型变压器就可以了,也可以在电源变压器的次级加绕一组,输出交流电压同上。

  在元器件的选用上,整流管VD1~VD4选用1N4002,主电源整流管VD5~VD16可选用6A/200V塑封管,由12只3桥并联组成,减少内阻。滤波电容的电容量要选大一些,最好选10000μF,耐压63V。各电阻均选用l/2W金属膜电阻。调整管选斥3DD101、3DD15D,放大倍数在20~40倍都可以。运算放大器可选用单运放和双运放,型号有RC4558、TL072、LM358,NE5532。RP可选用线绕电位器。其他器件无严格要求。电路实物如下图所示。

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  装配调试

  按电路图装配好,细心检查,确认电路无误后即可通电调试,也可以分段调试,分段调试好后再进行整机调试。本机装配调试简单,细心者可一次成功。如果输出电压不能调到0或最高值时,可以调整R4阻值。若出现输出电压不能调整时,应检查调整管及推动管是否被击穿。如果以上调试良好,再调试输出过载或短路保护,输出大功率的稳压电源必须按设计要求在额定功率下带负载调试,当输出功率达到设定值时,保护电路就会动作。如果保护电路不动作,则是R10阻值太小。如输出功率达不到额定值,保护电路就动作,就是Rl0阻值过大,可在调整前先进行理论值计算,如Rl0的阻值是0.94V/1A=0.94Ω。过载保护调试好后再调试短路保护,可先将输出电压调低至2V~3V,输出正负两端进行短路对接,短路保护电路就会动作。低电压调试保护短路良好,检查各元器件没有问题后,逐渐调高输出电压再试。过载短路保护后按恢复按钮SB或开关220V电源,稳压电源应能恢复正常工作。若以上调试都没有问题,最后可调试稳压电源的稳压性能。对不同的输出电压接不同的负载RL,比如输出电压6V,负载RL接2Ω的电阻,它的负载RL电流就应该是3A,这时测量输出电压应该在5.990V范围内(数字表),否则应检查、测量调整管的放大倍数是不是太低。

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(责任编辑:JQDZW)>
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