０～５００Ｖ直流穩(wěn)壓電源

周興華

通常我們見到的直流穩(wěn)壓電源，要么輸出電流較大（3A左右），但輸出電壓不高（最高200V左右），要么輸出電壓較高（最高可達500V），但輸出電流不大（僅幾十mA~1A）。而在工業(yè)應(yīng)用場合，有時需要用到輸出電壓調(diào)整范圍大、輸出電流也大的高性能穩(wěn)壓電源，而且要求發(fā)熱量小、持續(xù)工作的可靠性要高。這不是一般的串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源能達到的。開關(guān)電源盡管效率高、自耗小，但它的輸出電壓通常為固定輸出，要做到大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)也有困難。這里向大家介紹一款實用型大功率寬電壓輸出的穩(wěn)壓電源。

電路原理

整機電路如圖1所示。主輸出電路由晶閘管預(yù)調(diào)壓電路和晶體管線性調(diào)整電路串聯(lián)而成。

1.主輸出電路原理主電路的輸出回路見附圖中粗實線。B2為升壓型高壓變壓器，初級輸入220V，次級升壓至560V，次級額定輸出電流大于5A。B2次級輸出的交流電壓經(jīng)晶閘管SCR301、SCR302全波整流、C303、C304、L301濾波后產(chǎn)生一直流電壓U2，晶閘管的導(dǎo)通角受控后可在0~180°范圍內(nèi)調(diào)整，因此U2的輸出電壓范圍很寬，約數(shù)伏到500多伏。變壓器B301為一個多繞組的變壓器，其中次級16V繞組的額定輸出電流大于5A，其它次級繞組的電流大于1A即可。次級16V繞組輸出的電壓經(jīng)全橋ZL201整流、C201濾波后，產(chǎn)生出約20V的低電壓U1。大家可以看出，U1與U2是串聯(lián)疊加的。由于二極管D304的箝位作用，加在線性調(diào)整管Q301、Q302的c、e極兩端的最大電壓不會超過U1的值。因此輸出電壓UO由U1+U2串聯(lián)升壓后再經(jīng)Q301、Q302線性穩(wěn)壓后產(chǎn)生。Q301、Q302承受的最高電壓不超過20V，即使輸出電流達5A時，最大功耗也才100W，只要加上合適的散熱器，完全在安全工作范圍內(nèi)。而Q301、Q302則處于開關(guān)狀態(tài)，功耗也不大，再加上使用了大電流高耐壓的單向晶閘管（25A/1200V），因此整個系統(tǒng)的可靠性非常高。

2.晶閘管移相觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路

B301的次級雙14V繞組電壓經(jīng)D101、D103全波整流后，形成100Hz的脈動波加至IC101A的同相輸入端。IC102穩(wěn)壓產(chǎn)生12V的穩(wěn)定工作電壓，該電壓由R103、R104、R105串聯(lián)支路分壓產(chǎn)生1.5V、0.5V兩個參考電壓。其中0.5V參考電壓加至IC101A的反相輸入端，1.5V參考電壓加至IC101B的同相輸入端。IC101A為一電壓比較器，由其將100Hz脈動波整形成前后沿陡峭的矩形波（占空比接近100%）。IC101B構(gòu)成積分器電路，它將矩形波轉(zhuǎn)換成線性良好的鋸齒波。IC101C也為一電壓比較器，這里它構(gòu)成了脈沖寬度調(diào)制器，IC101C的反相端加入鋸齒波，同相端則加入調(diào)制電壓信號。當(dāng)同相端的電壓升高時，IC101C輸出的脈沖占空比升高。反之則降低。

3.基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路B301的次級18V繞組電壓經(jīng)橋式整流濾波后，產(chǎn)生約20V的非穩(wěn)定電壓，該電壓供IC2工作。D107為9V的穩(wěn)壓二極管，它產(chǎn)生一精確的基準(zhǔn)電壓，經(jīng)IC2C變換成14V穩(wěn)定參考電壓。

4.比較放大器 IC102D構(gòu)成電壓比較放大器（實際上為一跟隨器）。VR301為調(diào)節(jié)輸出電壓的主電位器，VR302、VR102等構(gòu)成補償電路，調(diào)節(jié)VR301后，即可改變加于IC102D同相端的參考電壓。調(diào)整過程如下：當(dāng)某種原因（如溫漂）使Q302的發(fā)射極電壓上升時，經(jīng)1R27、FL301、R125后反饋回IC102D的反相端，進而使IC102D的輸出電壓下降，Q302趨于截止，使Q302的發(fā)射極電壓恢復(fù)正常。

5.限流保護電路 IC102B、電流取樣電阻1R27、FL301等構(gòu)成保護電路。VR303為調(diào)節(jié)限流的主電位器，VR101為補償電位器。IC102B的同相端加一穩(wěn)定的參考電壓，而反相端則加上由1R27、FL301電流取樣后轉(zhuǎn)換出的電壓。一旦過流，IC102B的反相端電壓大于同相端電壓，IC102B輸出低電平，經(jīng)D111后使Q301、Q302截止，同時使Q201導(dǎo)通，通過光耦N201后使Q202、Q203導(dǎo)通，蜂鳴器FM301報警，單穩(wěn)電路IC201動作，J302吸合（當(dāng)K303閉合時）切斷輸出主回路。同時J302的另一副觸點閉合自保，維持J302吸合。

6.晶閘管的預(yù)調(diào)壓 IC101C產(chǎn)生的PWM脈沖信號，經(jīng)Q101、Q102、Q103電流放大后，加于SCR301、SCR302的門極上進行移相觸發(fā)，進而控制其導(dǎo)通角，實現(xiàn)晶閘管在大范圍內(nèi)進行預(yù)調(diào)壓。調(diào)整過程如下：有某種因素使輸出電壓Uo↓→Q301、Q302的基極電流Ib↑→Q301、Q302的c、e極電壓Uce↓→Q104的基極電流Ib↓→Q104的c、e極電壓Uce↑→IC101C輸出的矩形波占空比↑→SCR301、 SCR302導(dǎo)通角↑→預(yù)調(diào)電壓U1↑→Uo↑恢復(fù)正常。

7.其它 IC202、IC203穩(wěn)壓產(chǎn)生的兩組5V電源供數(shù)字電流表及數(shù)字電壓表工作所用。電路中A為三位半電流表，V為四位半電壓表，M301為冷卻風(fēng)扇，F(xiàn)L301錳銅絲制成的電流表取樣電阻。

元件選用

變壓器B2的次級繞組額定電流應(yīng)達5A。變壓器B301的次級16V繞組額定電流也應(yīng)達5A，其它次級繞組的額定電流有1A就可以了。

晶閘管SCR301、SCR302選25A/1200V。V301~V305為25A/1200V整流二極管，它們均需安裝在合適的鋁質(zhì)散熱器上。C301~C306、C310~C311應(yīng)選進口高品質(zhì)鋁電解電容器。VR301、VR303為多圈式精密線繞電位器。其它元件均按圖中標(biāo)示選用。

主要技術(shù)特點

本電源的輸出電壓為0~500V直流（連續(xù)可調(diào)）；輸出電流為0~3A直流（連續(xù)可調(diào)）；按鍵AN301按下時，調(diào)節(jié)VR303用于設(shè)定最大輸出電流（從電流表顯示）；開關(guān)K303閉合時，若過流即切斷輸出，否則只進行蜂鳴器報警。

若將此電源擴展為5A級輸出，只需將變壓器B2更換成次級繞組額定電流達8A，將變壓器B301更換成次級16V繞組額定電流達8A，另外重新選用合適的錳銅絲電流取樣電阻（5A級），適當(dāng)加大鋁質(zhì)散熱器即可。