一种高精度稳压、稳流电源的研制[UPS电源]我们向您推荐 =>上海伊敦信息技术有限公司
摘 要：介绍一种高精度、高效率、大功率稳压稳流双功能电源的电路原理及设计特点。该电源采用简单的输出电压跟踪调整法和电子开关控制电路，降低功耗，提高效率，实现大功率稳压、稳流。
关键词：稳压；稳流；双功能电源
1 电源原理结构
为了减小电源纹波电压，设计的电源采用串联调整原理，整机由半控桥式整流、复合调整管、误差放大器、基准电源，电子开关、取样电阻、反馈移相控制电路、数字显示及辅助电源组成，整机原理框图如图1所示。
市电220V经过变压器降压，半控桥式整流，LC滤波后，通过复合调整管向负载提供电压、电流；反馈触发电路从调整管两端取样，经放大反馈控制晶闸管调整触发相位，使整流电压自动跟随调整管压降的变化，让调整管工作在最佳状态，实现安全可靠的连续调节；电子开关电路通过功能转换，控制电路的工作状态。
电路工作在稳压状态时，并联在输出回路中的电压取样电阻，通过电子开关将电压取样信号送误差放大电路与基准信号不断比较、放大，得到的误差信号控制调整管的基极电压，使输出电压稳定在设定值上：如果电源负载出现故障，引起电源输出短路或负载电流超过设定值，电子开关自动转换到稳流状态，保证负载电流不超过某一设定值。
电路工作在稳流状态时，串联在输出回路中的电流取样电阻，通过电子开关将电流取样信号送误差放大电路与基准信号不断比较、放大，得到的误差信号控制调整管，使输出电流稳定在设定值上。
2 电路特点
2．1 电压跟踪调整电路
电路设计中采用调整管压降跟踪调整法（图2）。
用两只晶闸管代替主回路中的普通整流二极管，组成桥式半控整流电路，并使晶闸管的触发信号跟随调整管压降变化而变化，从而控制调整管的压降，使之基本不变，即控制了管耗。
图中双基极二极管Q1是常用的晶闸管触发电路，脉冲变压器T2输出的控制脉冲相位受W、Q3和Q4等取样放大电路的控制，构成反馈闭环。
输出压降的变化通过整流输出电压的变化来补偿，因而可节省调整管的数量，提高了效率，简化了工艺，降低了成本。
按照以上原则所设计的样机，输出电压为0～50V，输出电流为0～20A时，散热器面积只需承受最大120瓦的热量，体积大大减小，调整管管壳温度较低，整机电路长期工作安全可靠，输出电压稳定。
2．2 电子开关电路
电子开关采用CD4053三组2通道模拟多路开关。由真值表可知，当禁止端INH为低电平，输入端A、B、C地址为000时，通道AX、BX、CX导通，当输入端A，B，C地址为111时，通道AY、BY、CY导通，根据这种功能，将CD4053中两组模拟开关接在误差放大器的输入端，自动控制电路的工作状态，电路控制原理图如图3所示。
当功能开关K1处在“电压”位置时，电源工作在稳压状态，电子开关CD4053的输入端A、B、C通过运算放大器A1被箝位在高电平，通道AY、BY导通，误差放大器A2的同相输入端接在由基准电压VZ与电阻R2和电位器W2的阻值所设定的电压值上，此电压可在V2＝0～RW2×VZ÷R2范围内连续可调；误差放大器的反相输入端接在电源输出的正端，因为输出的正端是放大部分的公共地，因此误差放大器同相端的电压值即为电源的输出电压值，即
当设置开关K2处在“工作”位置时，电流显示表头显示电源的输出电流；当K2处在“设定”位置时，通过调节电流电位器W1，即设定误差放大器A2同相输入端的电压，以控制电源输出的最大电流，同时电流显示表头显示设定的电流值。比较器A1的同相输入端的电位也被设定，如果电源输出回路短路或负载过重而过流，电流取样电阻R0上的电压值超过设定的值，比较器A1输出低电平，电子开关CD4053的输入端A、B、C地址变为000，通道AX、BX导通，使电路工作在稳流状态，限制负载电流增加，起到自动保护作用。
当功能开关K1处在“电流”位置时，电源工作在稳流状态，CD4053的输入端A、B、C通过电阻R3接地，通道AX、BX导通，由基准电压VZ与电阻R1和电位器W1所设定的电压值加在误差放大器的同相输入端，误差放大器的反相输入端接在电流取样电阻R0的高端。误差放大器同相端的电压在V1＝0～VZ×RW1÷（R1＋RW1）范围内，电源的输出电流为
上面的W为多圈线绕精密电位器；R0电流取样电阻，采用高精度锰铜电阻；R1、R1分压电阻，采用精密金属膜电阻。
2．3 变压器原理电路
变压器原理电路图如图2所示，交流电压经变压器四个次级绕组输出。第一组次级绕组经半控桥式整流，LC滤波，成为主电路输入电压；第二组次级绕组经桥式整流后供触发电路工作；第三组次级绕组经桥式整流，电容滤波，三端稳压器稳压，获得稳定对称的正负直流辅助电压；第四组次级绕组整流滤波后，经7805三端稳压器分别供电压、电流数字式表头工作。
3 样机实测指标
按照本文介绍的研制方案，我们设计的稳压、稳流双功能电源样机实测指标如下：
（1）输入交流电压：220V±22V，50Hz±2．5Hz；
（2）输出直流电压：0～50V连续可调；
（3）输入直流电流：0～20A连续可调；
（4）电压稳定度：优于0．02％（3分钟）
（4）电流稳定度：优于0．05％（3分钟）
（6）纹波电压：≤1mV（有效值）
参考文献：
［1］吴润宇，等．实用稳定电源［M］．人民邮电出版社，1994．
［2］吴 敏，等．50A高稳定度直流稳流器［J］．电测与仪表，1992，（8）．
关键词：稳压；稳流；双功能电源
1 电源原理结构
为了减小电源纹波电压，设计的电源采用串联调整原理，整机由半控桥式整流、复合调整管、误差放大器、基准电源，电子开关、取样电阻、反馈移相控制电路、数字显示及辅助电源组成，整机原理框图如图1所示。
市电220V经过变压器降压，半控桥式整流，LC滤波后，通过复合调整管向负载提供电压、电流；反馈触发电路从调整管两端取样，经放大反馈控制晶闸管调整触发相位，使整流电压自动跟随调整管压降的变化，让调整管工作在最佳状态，实现安全可靠的连续调节；电子开关电路通过功能转换，控制电路的工作状态。
电路工作在稳压状态时，并联在输出回路中的电压取样电阻，通过电子开关将电压取样信号送误差放大电路与基准信号不断比较、放大，得到的误差信号控制调整管的基极电压，使输出电压稳定在设定值上：如果电源负载出现故障，引起电源输出短路或负载电流超过设定值，电子开关自动转换到稳流状态，保证负载电流不超过某一设定值。
电路工作在稳流状态时，串联在输出回路中的电流取样电阻，通过电子开关将电流取样信号送误差放大电路与基准信号不断比较、放大，得到的误差信号控制调整管，使输出电流稳定在设定值上。
2 电路特点
2．1 电压跟踪调整电路
电路设计中采用调整管压降跟踪调整法（图2）。
用两只晶闸管代替主回路中的普通整流二极管，组成桥式半控整流电路，并使晶闸管的触发信号跟随调整管压降变化而变化，从而控制调整管的压降，使之基本不变，即控制了管耗。
图中双基极二极管Q1是常用的晶闸管触发电路，脉冲变压器T2输出的控制脉冲相位受W、Q3和Q4等取样放大电路的控制，构成反馈闭环。
输出压降的变化通过整流输出电压的变化来补偿，因而可节省调整管的数量，提高了效率，简化了工艺，降低了成本。
按照以上原则所设计的样机，输出电压为0～50V，输出电流为0～20A时，散热器面积只需承受最大120瓦的热量，体积大大减小，调整管管壳温度较低，整机电路长期工作安全可靠，输出电压稳定。
2．2 电子开关电路
电子开关采用CD4053三组2通道模拟多路开关。由真值表可知，当禁止端INH为低电平，输入端A、B、C地址为000时，通道AX、BX、CX导通，当输入端A，B，C地址为111时，通道AY、BY、CY导通，根据这种功能，将CD4053中两组模拟开关接在误差放大器的输入端，自动控制电路的工作状态，电路控制原理图如图3所示。
当功能开关K1处在“电压”位置时，电源工作在稳压状态，电子开关CD4053的输入端A、B、C通过运算放大器A1被箝位在高电平，通道AY、BY导通，误差放大器A2的同相输入端接在由基准电压VZ与电阻R2和电位器W2的阻值所设定的电压值上，此电压可在V2＝0～RW2×VZ÷R2范围内连续可调；误差放大器的反相输入端接在电源输出的正端，因为输出的正端是放大部分的公共地，因此误差放大器同相端的电压值即为电源的输出电压值，即
当设置开关K2处在“工作”位置时，电流显示表头显示电源的输出电流；当K2处在“设定”位置时，通过调节电流电位器W1，即设定误差放大器A2同相输入端的电压，以控制电源输出的最大电流，同时电流显示表头显示设定的电流值。比较器A1的同相输入端的电位也被设定，如果电源输出回路短路或负载过重而过流，电流取样电阻R0上的电压值超过设定的值，比较器A1输出低电平，电子开关CD4053的输入端A、B、C地址变为000，通道AX、BX导通，使电路工作在稳流状态，限制负载电流增加，起到自动保护作用。
当功能开关K1处在“电流”位置时，电源工作在稳流状态，CD4053的输入端A、B、C通过电阻R3接地，通道AX、BX导通，由基准电压VZ与电阻R1和电位器W1所设定的电压值加在误差放大器的同相输入端，误差放大器的反相输入端接在电流取样电阻R0的高端。误差放大器同相端的电压在V1＝0～VZ×RW1÷（R1＋RW1）范围内，电源的输出电流为
上面的W为多圈线绕精密电位器；R0电流取样电阻，采用高精度锰铜电阻；R1、R1分压电阻，采用精密金属膜电阻。
2．3 变压器原理电路
变压器原理电路图如图2所示，交流电压经变压器四个次级绕组输出。第一组次级绕组经半控桥式整流，LC滤波，成为主电路输入电压；第二组次级绕组经桥式整流后供触发电路工作；第三组次级绕组经桥式整流，电容滤波，三端稳压器稳压，获得稳定对称的正负直流辅助电压；第四组次级绕组整流滤波后，经7805三端稳压器分别供电压、电流数字式表头工作。
3 样机实测指标
按照本文介绍的研制方案，我们设计的稳压、稳流双功能电源样机实测指标如下：
（1）输入交流电压：220V±22V，50Hz±2．5Hz；
（2）输出直流电压：0～50V连续可调；
（3）输入直流电流：0～20A连续可调；
（4）电压稳定度：优于0．02％（3分钟）
（4）电流稳定度：优于0．05％（3分钟）
（6）纹波电压：≤1mV（有效值）
参考文献：
［1］吴润宇，等．实用稳定电源［M］．人民邮电出版社，1994．
［2］吴 敏，等．50A高稳定度直流稳流器［J］．电测与仪表，1992，（8）．
