稳压电源。方案、说明

稳定的电源调节器。无线电电子电气工程百科全书

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有时，在某些情况下，需要稳定负载中的功率，而负载的电阻随时间在很大范围内变化。在这种情况下，所提出的电源调节器将有所帮助，它同时执行稳定器的功能。

业余无线电文献中描述的大多数功率调节器要么与纯有源负载（白炽灯、电炉、电炉）一起工作，要么与有源电感负载（电动机）一起工作。然而，该负载要么是恒定的（电炉），要么是在相对较短的瞬态过程中变化，然后趋于稳定值（白炽灯、电动机）。在这两种情况下，此类负载的功率都是通过改变流动的平均电流来调节的。由于负载功率Рн，通过它的电流Iн和它的电阻Rн之间存在关系Pн=Iн2·Rн。在电阻恒定的情况下，功率调节只能通过电流调节来实现。

还有这样类型的负载，其电阻取决于各种因素，因此会根据预先未知的规律随时间变化。这种负载的一个例子是电极热水锅炉，其中工作介质和导电体是水。水的阻力取决于水中所含盐类的类型和含量、温度、通过锅炉的流量以及其他因素。这种负载的电阻可以变化十倍。在这种情况下，控制通过负载的电流并不能解决功率调节问题，因为其电阻是变量。这里，通过负载的电流不仅取决于其上的电压，还取决于其电阻。这不允许以通常的方式控制功率（通过设置特定的电流值）。即使目前的稳定也不是出路。

由于负载Un处的电压为Un时，其功率Pn=Un·In，为了稳定负载中的功率，需要稳定乘积Un·In，即保证其恒定。受控参数（自变量）可以是电压，因为电流和负载功率都取决于其值。

因此，有必要调节负载上的电压，以便当电阻变化时，为负载提供恒定的平均功率。在这种情况下，要确定瞬时功率，需要将负载中电压和电流的瞬时值相乘。这源自电气工程中功率的经典定义。

实现上述控制算法的装置框图如图1所示。 XNUMX.

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乘法器的输入是与负载中电压和电流的瞬时值成比例的电信号。从乘法器的输出，与它们的乘积（即功率）成比例的信号，在随时间平均后，进入差分放大器的第一个输入，差分放大器的第二个输入提供有参考电压。在差分放大器中，比较电压并放大差值信号（误差信号），然后将其馈送到比较器。比较器的第二个输入接收锯齿脉冲，其频率是电源频率的两倍。在比较器的输出端形成矩形脉冲，其占空比决定差分放大器输出的电压。比较器输出的脉冲控制三端双向可控硅开关开关，而三端双向可控硅开关开关又控制负载。如果负载中的功率偏离电压Uset指定的值，则差分放大器输出的误差信号将影响比较器，从而脉冲占空比的变化将导致功率稳定。

根据稳定功率控制器的电路图（图 2）和时序图（图 3）考虑其操作。

（点击放大）

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DA3芯片（积分信号乘法器）的X和Y输入接收分别与负载电压和通过负载的电流的瞬时值成比例的信号。与瞬时电压值成比例的信号取自微调电阻器 R4。电阻R1——负载电流传感器。该电阻的电压提供给升压变压器T2的初级绕组（变压比约为40）。需要使用变压器有两个因素。首先，它增加了施加到乘法器输入的电压，其次，它提供了电流隔离。与电流和电压成比例的信号是可变的，但无需对其进行整流，因为 K525PS2 (DA3) 芯片允许将幅度高达 10,5 V 的交流电压施加到 X 和 Y 输入。

请注意，施加到乘法器的电压和电流信号必须同相，这是通过适当连接变压器 T2 的绕组来实现的。

集成电压乘法器 K525PS2 旨在实现许多典型的函数依赖性（乘法、除法、平方、开平方根提取）。为了使用模拟信号执行这些功能，需要使用晶体管集电极电流与其基极-发射极电压的指数关系。乘法误差——不超过1%。有关积分乘法器的结构和应用的更多详细信息可以在[1]中找到。

当积分乘法器按照图2所示打开时，如图0,15所示，电压Uz≈3UxUy作用在其输出Z上，其中Ux、Uy分别是施加到DAXNUMX芯片的X和Y输入端的电压。

双向可控硅VS1的控制脉冲来自电压比较器DA4的输出。功率控制器中使用的积分比较器 K554SAZ 具有开路集电极输出，设计用于高达 50 mA 的负载电流。如果 DA4 芯片反相输入端（引脚 4）的电压大于同相输入端（引脚 3）的电压，则输出晶体管打开（即，连接负载时输出端电压较低）。由于电压比例相反，比较器的输出将具有高电平电压。

在 DA4 比较器上，比较锯齿波电压（图 3、图 3）和从运算放大器 DA5 的输出获取的电压（图 4）。

锯齿波电压发生器由晶体管VT1、VT2构成。它生成频率为 100 Hz 的脉冲，与电源电压同步。来自整流桥VD2（图3，图1）的电压提供给晶体管VT1的基极。大多数时候，晶体管处于打开状态，当整流电压接近零时，晶体管关闭。在其集电极上形成短矩形脉冲（图3，图2），该脉冲被馈送到晶体管VT2的基极。当基极电压为零时，晶体管集电极上形成不断增加的电压（通过电阻器R6对电容器C13充电）。当基极出现正脉冲时，晶体管VT2打开，其集电极电压几乎降至零（图3，图3）。

在比较器的输出端，形成矩形脉冲（图 3、图 5）。比较器负载——电阻器R16和光耦合器LED U1。当电流流过光耦合器的 LED 时，其三端双向可控硅开关打开，从而使三端双向可控硅开关 VS1 打开 - 电流开始流过连接到 XS1 连接器插座的负载。比较器输出端脉冲占空比的变化会导致电压变化，从而导致负载功率变化。从时序图中，很容易确定运放DA5输出端电压的增加会导致负载功率的减小。

现在 - 关于 DA5 微电路的用途和操作，它执行差分放大器或误差信号放大器的功能（见图 1）。设置电压Uzad从可变电阻器R18的引擎移除并馈送到运算放大器的反相输入，运算放大器的非反相输入接收乘法器DA3的平均输出电压。乘法器输出信号的平均提供了积分电路R20C8。

运算放大器 DA5 放大施加到其输入端的信号，确保输入端的电压值相等。这意味着设置电压Uset的降低将导致运算放大器输出端电压的降低。显然，根据图中可变电阻R18发动机的较低位置将对应于负载中功率的零值。电容器C7确保运算放大器在受到干扰时稳定运行。

功率调节元件的电源由两个集成稳压器DA1和DA2提供。使用两种不同类型的微电路是因为希望使用具有一个次级绕组（尽管中间有一个抽头）和一个整流桥的网络变压器。

二极管VD1消除了滤波电容器C1对提供给锯齿电压发生器输入端的整流电压形状的影响。

功率调节器组装在由双面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上。 PCB图如图所示。 4.

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将镀锡线插入方形焊盘的孔中，并将其焊接在电路板的两侧。微电路 DA1、DA2 安装在面积为 20 ... 30 cm² 的小型硬铝散热器上；三端双向可控硅开关VS1安装在标准冷却器（铝合金铸造散热器）品牌0231上。电阻器R1由直径为3毫米的镍铬合金丝制成。

除了图中所示的比较器之外，您还可以使用 K4CAZ、K521CA521、K5CA521（最后一个微电路在一个封装中包含两个比较器）来代替 DA6 比较器，但是，您必须调整印刷电路板图纸。我们将用 K140UD708、K140UD7、K140UD8 和任何类似的微电路替换 KR153UD2 OU。模拟电压倍增器K525PS2可以用任何字母索引的K525PS3代替，而且还带有PCB校正。晶体管 VT1、VT2 - KT315、KT342、KT503、KT630、KT3I02 或 KT3117A 系列中的任何一个。进口光耦MOC3052可用带PCB校正的国产AOU160A-AOU160V替代。 VS1 三端双向可控硅开关元件可用于 TS112、TS122、TS132、TS142 系列，允许的闭合状态脉冲电压至少为 400 V，开路电流对应于最大负载电流。二极管KD106A（VD1）可以用KD105、KD221、KD226系列中的任何一个代替。

整流桥（VD2）——KTs402、KTs405系列中的任何一个，带PCB校正。氧化物电容器C1-C3、C8可选用K50-16、K50-35、K50-24、K50-29； C4、C5、C7 - KM-6、K10-17、K73-17； C6 - K73-17、K73-24、K76-P2（此电容器应有一个小 TKE）。微调电阻R4、R5、R8-R10-SP5-2、SPZ-19、SPZ-38，可变电阻R18-SP-0,4、SPZ-4M、SPZ-16、SPZ-30，其余-MLT、S2-23 。变压器 T1 - TPP232。它可以用任何其他的替代，其中中间有抽头的次级绕组提供 33 ... 40 V 的电压，额定电流至少为 150 mA。变压器 T2 可以是变压比为 30...50 的任何其他变压器。电源开关 SA1 - 断路器 A3161、AE2050 或 AP50。此外，它还具有保险丝的功能。

功率调节器的建立首先检查DA1芯片的输出电压（+15V）并通过电阻R2设置DA15芯片的输出电压（-6V）。之后，调整倍压器DA3。为此，输入 X、Y、输出 Z 和输出 1 与其他元件断开。调谐电阻R8-R10的引擎设置在中间位置。 X输入端加+5V电压，Y输入端加+9V电压，乘法器的输出电压O V由电阻R5设定，然后X输入端加8V电压，+5V 到 Y 输入 B. 然后，+5V 施加到乘法器的两个输入，并测量输出电压。然后，在其中一个输入处，改变输入信号的极性（即施加 -10V）并再次测量输出电压。在电阻R4的帮助下，保证输出电压的最后两个值的绝对值相等（它们必须符号相反）。如有必要，请重复调整。之后，电压倍增器的输入和输出连接到调节器的元件。如图所示，将调谐电阻R5、R18设置在中间位置，将可变电阻RXNUMX设置在下方位置。

负载连接到连接器 XS1，并向电源调节器供电。通过平滑地旋转可变电阻器 R18 的轴，我们确信负载两端的电压会增加。如果负载上的电压在可变电阻器 R18 滑块的任何位置处最大，则其原因可能是变压器 T2 的绕组相位不正确，导致向 X 和 Y 输入提供反相电压。 DA3微电路及其输出Z处有负电压。在这种情况下，结论应该交换变压器T2的任何绕组。

微调电阻器 R4 和 R5 确保乘法器输入端的最大（幅度）电压值不超过 10 V。这可以使用示波器方便地控制。在极端情况下，可以使用交流电压表。如果负载上有正弦电压（如果双向可控硅 VS1 在每个半周期开始时打开，并且负载上的电压实际上等于电源电压，则会发生这种情况），乘法器输入端的有效电压应不超过7V。功率控制应在可变电阻器R18的整个旋转间隔轴上平稳地进行。如果在最大连接负载的情况下，发动机上的可变电阻R18的位置如图所示，其上的电压未达到市电值，则应将电阻R17的阻值减小到不超过2,2kOhm或减小通过将微调电阻器引擎沿着电路 R4 和 R5 向下移动来调整电流和电压传输系数。

测试功率稳定功能，需要有一个可变电阻的负载（使用两段式家用取暖器比较方便）和一个合适功率的实验室自耦变压器。负载必须是有源的（即没有电感或电容元件）。

功率调节器通过自耦变压器连接到网络，家用加热器的一部分连接到调节器的输出。用自耦变压器设定220V的电压，通过与负载并联测量有效值的交流电压表（二次电压表），可得到18V的电压... 它应该减少 150 倍 [200]。负载电阻的变化规律不同，在任何情况下，都满足Un² / Rn = const 等式。如果负载电阻增加太多以至于电压必须超过其最大值才能维持设定功率，调节器将退出功率稳定模式。

功率调节器不仅在负载电阻变化的情况下具有稳定特性，而且在电源电压波动的情况下也具有稳定特性。这可以通过使用自耦变压器在 190 至 240 V 范围内改变调节器的电源电压（当然，连接负载）来验证。随着电源的这种变化，负载上的电压应该是稳定的。只有双向可控硅VS1的开度角会变化，这可以使用示波器来验证。该信号可以取自负载或比较器 DA4 的输出。

如果无线电爱好者没有测量有效值的电压表（例如电磁系统设备），则使用感应电能表来测量功率：表盘的转数必须恒定当负载电阻变化而可变电阻R18滑块的位置保持不变时。不可能使用平均整流电压值的电压表来达到这些目的。

为提高可靠性，我们建议将一个电阻约为 150 欧姆的电阻器与光三端双向可控硅开关串联。

文学

Putnikov VS 测量设备中的集成电子器件。 - 第二版，修订。以及额外的- L.：Energoatomizdat。列宁格勒。部门，2 年。
Biryukov S. 振幅，平均，有效。 - 广播，1999 年，第 6 期，第 58 页。 59、XNUMX。

作者：A. Evseev，图拉

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