1 发展历史
1955年美国的科学家罗那(G.H.Royer)首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后,利用这一技术的各种形式、精益求精的直流变换器不断涌现,从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态,由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻,因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后,不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管,所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入,并且转换的速度也不是太高。
60年代开始,由于微电子技术的快速发展,出现了高反压的晶体管,从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入,不再需要工频变压器降压了,从而极大地扩大了它的应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器,又使开关稳压电源的体积和重量大为减小,开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。
70年代以后,与这种技术有关的高频,高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来,使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展,并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域,从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。
使用稳压电源的必要性
随着社会飞速前进,用电设备与日俱增。但电力输配设施的老化和发展滞后,以及设计不良和供电不足等原因造成末端用户电压的过低,而线头用户则经常电压偏高。对用电设备特别是对电压要求严格的高新科技和精密设备,犹如没有上保险。
不稳定的电压会给设备造成致命伤害或误动作,影响生产,造成交货期延误、质量不稳定等多方面损失。同时加速设备的老化、影响使用寿命甚至烧毁配件,使业主面临需要维修的困扰或短期内就要更新设备,浪费资源;严重者甚至发生安全事故,造成不可估量的损失。
2 主要功能
3 工作原理
工频交流电源经过变压器降压、 整流、滤波后成为一稳定的直流电。图中其余部分是起电压调节,实现稳压作
稳压电源工作原理图
用的控制部分。电源接上负载后,通过采样电路获得输出电压,将此输出电压和基准电压进行比较。如果输出电压小于基准电压,则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端,通过调节器调节使输出电压增加,直到和基准值相等;如果输出电压大于基准电压,则通过调节器使输出减小。稳压器电路由电源电路、电压检测控制电路、过电压保护组成,如图所示。电源电路由调压变压器T的W4、W5绕组和整流二极管VDl-VD4、滤波电容器Cl、C2组成。电压检测控制电路由电阻器R-R7、电位器RPl、Rm、稳压二极管VS、电容器C3、C4和运算放大器集成电路IC(Nl-N3)组成。过电压保护电路由IC内部的N3、晶体管V3、电阻器Rl2和继电器K组成。自动调压电路由电阻器R8-Rll、晶体管Vl、V2、直流电动机M、滑动触头和T的Wl-W3绕组组成。将交流稳压器的输大端与市电相接后,在T的W4、W5绕组上产生了感应电压。该电压经VDl-VD4整流及Cl、C2滤波后,为IC和Vl、V2等提供 士l2V不稳定工作电压。+l2V电压还有其他作用。经Rl-R3分压、VS稳压后,分别为Nl-N3的反相输入端提供基准电压;为过电压保护电路申的K和V3提供工作电源;经R4、RP2、R6分压后,为Nl和N2的正相输入端提供检测电压;经R7、RPl、R5分压后,为N3的正相输入端提供检测电压。
Nl-N3将正相输大端的检测电压与反相输大端的基准电压进行比较,用产生的误差电压去控制自动调压电路。
当市电电压正常时,Nl和N2的输出端电压为OV,Vl和V2均处于截止状态,电动机M不工作。
当市电电压偏低时,Nl和N2输出低电平,使V2导通,Vl截止,M逆时针旋转,通过滑壁臂驱动滑动触头移动,与T相应的电压抽头接触 (T的Wl、W2绕组共设置了21个电压抽头,每一档的电压调节范围为5V),通过T的W2绕组来提升输出电压。当输出交流电压升至220V时,V2截止,M停转。当市电电压偏高时,Nl和N2均输出高电平,使Vl导通,V2截止,M顺时针旋转,通过滑臂驱动滑动触头移动,与T相应的电压抽头接触,通过T的Wl绕组来降低输出电压。当输出交流电压降至220V时,Vl截止,M停转。当市电电压偏高超过260V时,N3因正相输入端电压高于反相输入端电压而输出低电平,使V3截止,,K释放,其常闭触头接通交流电压的输出回路。当市电电压为160-260V时,N3因正相输入端电压低于反相输入端电压而输出高电平,使V3导通,K吸合,其常闭触头断开,从而保证负载(用电器)不会因过电压而损坏。
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4 选购
元器件选择
R8和R9均选用lW金属膜电阻器,其余各电阻器选用1/4W或l/2W金属膜电阻器。
稳压电源
RPl和RP2均选用精密可变电阻器。Cl-C4均选用耐压值为16V的铝电解电容器。
VDl-VD4均选用lN5404型硅整流二极管。
VS选用1/2W、6V的硅稳压二极管,例如lN5233A或lN5995B等型号。
Vl选用DSl5或2SC2073型硅NPN晶体管;V2选用CSl5或2SA940型硅PNP晶体管;V3选用S805O或C8050型硅NPN晶体管。
IC选用LM324型运算放大集成电路。
M选用l2V直流电动机。
K选用JRX-l3F型l2V直流继电器,使用时将其两组常闭触头并联,以增大电流负荷。
采用300-500W的电源变压器改制。先计算出匝/伏比等有关数据后再进行绕制,每5V处取出一抽头并作好标记。先绕Wl-W3绕组,后绕W4和W5绕组。将T各抽头的外接点与滑臂的滑动触头分别装在两块完全一样的印制板上,粘合后对应连接。滑臂为上、下两片型式,印制板夹在其中间,使其在滑动时接触良好。滑臂申心装上齿轮,电动机M通过齿轮变速后驱动滑臂移动。
电路调试
调试时,先将RPl和R陀的动触头调至中间位置,在交流稳压器的输入端接上一台手动调压器,在输出端接上电压表,调整调压器使输入交流电压为220V,然后调节R陀的阻值,使M在输出电压为220V时停转。
断开M的引线 (滑动触头应接在-220V处),调整RPl,使输人电压调至230V时,K立即吸合即可。
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5 特点
6 分类
常用的稳压电源有:①铁磁谐振式交流稳压器。由饱和扼流圈与相应的电容器组成,具有恒压伏安特性。②磁放大器式交流稳压器。将磁放大器和自耦变压器串联而成,利用电子线路改变磁放大器的阻抗以稳定输出电压。③滑动式交流稳压器。通过改变变压器滑动接点位置稳定输出电压。④感应式交流稳压器。靠改变变压器次、初级电压的相位差,使输出交流电压稳定。⑤晶闸管交流稳压器。用晶闸管作功率调整元件。稳定度高、反应快且无噪声。但对通信设备和电子设备造成干扰。20世纪80年代以后,又出现3种新型交流稳压电源:补偿式交流稳压器。数控式和步进式交流稳压器。净化式交流稳压器。具有良好隔离作用,可消除来自电网的尖峰干扰。
7 故障排除
稳压电源在使用过程中的故障排除:
(1)出现压敏电阻爆裂
① 压敏电阻坏;
② 其对应相的光电耦合器损坏;
③ 其对应相的可控硅模块损坏;
④ 其对应相的变压器损坏。
(2)出现熔断体烧断,引起故障声光报警
① 熔断体坏;
② 其对应相的光电耦合器损坏;
③ 其对应相的可控硅模块损坏;
④ 其对相的变压器损坏。
(3)出现断相声光报警
① 其输入电源缺相;
② 机器线路开关缺相输送;
③ 采样变压器损坏;
④调压电位器损坏。
(4)出现某一相稳压指示灯闪烁
① 其对应输入电压超出稳压范围;
② 其对应相的排线插件可否插紧;
③ 其模块板接线端子的线头可有断裂。
8 安装环境
稳压电源应在室内通风干燥处使用,其使用条件要求较严,安装场所应无严重影响稳压器绝缘性能的气体、蒸汽、化学性沉积、灰尘、油腻污垢及其它爆炸性和腐蚀性介质,应无严重振动颠簸。
稳压电源在到达安装场所过程中,应轻装轻放,稳压器应始终处于垂直向上状态,不得经受风、雪、冰、雹。
稳压电源在调试安装前,必须先检查设备各部件应完好无损,固定件应牢固可靠,再次确认,使用场合电压与稳压器电压是否相符,本设备为三相四线制,分相调节方式,其系统中线(零线)联结的可靠性要求较高,应尽可的减少中线(零线)联结的接触电阻。本设备必须良好接通大地,地线不能与电力系统重复接地线(中线和与地线相边)共同使用,以保证安全和提高抗干扰性能。
9 注意事项
1.为防止漏磁干扰,稳压器与使用设备之间放置距离不应少于2米.各种磁性记录,碟,卡等应远离本机2米之外,以防意外磁化。
2.稳压器一般包括输入端子(A,B,C),输出端子(a,b,c,n),屏蔽,铁芯壳接地端子.这些端子在稳压系统已正确联接。
3.如负载不平衡度超过20%时在轻载的一相并联一个电阻性负载使之平衡.同样,如果输入端的线电压的不平衡度大于10%时也会影响本机的稳压性能,这时也应从输入端设置单相调压器使输入端的线电压基本平衡.输入电压及负荷两平衡度不超过上述范围,输出线电压不平衡≤5%。
4.当负载设备有短路时,用户需关机检查,消除短路故障后再另行开机。
5.连续工作时间较长时,机器有一定的温升,其指示值会稍为下降,略低于实际电压值。
6.应放在通风较好的位置,若通风条件较差的,请在室内装上换气扇。