簡單實現晶閘管直流穩壓器的過流保護
發布時間:2012-08-29 責任編輯:hedyxing
導讀:盡管功率場效應VDMOS 和絕緣柵雙極型晶體管IGBT等電力半導體元器件層出不窮,且在電力電子技術領域占據重要位置,晶閘管(可控矽) 卻因耐高壓耐大電流衝擊的特性,仍有著穩固的陣地,受到用戶的青睞。
在擯棄電流采樣、fangdahezhixingdengduogehuanjiedeqingkuangxia,jiangdanjiejingtiguanyixiangchufaqizhongdejingtiguanwuchafangdaqigaiweijichengyunsuanfangdaqi,jiukeshixianjingzhaguanzhiliuwenyaqideguoliujiduanlubaohu,jianhualedianlujiegou,bingtigaolezhengjidewendingkekaoxingnengheAC - DC變換效率。
工作原理
誤差放大器采用集成運放的晶閘管直流穩壓器的控製電路如圖1 所示。被控主電路(圖中未畫) 是三相半控整流橋,再經LC 平滑濾波器,輸出+ 12. 8 V 平滑直流電壓。三相半控整流橋中的三個晶閘管,分別由圖示控製電路中的脈衝變壓器T2a 、T2b和T2claichufa。tuidongzhesangemaichongbianyaqidesangeyixiangchufadianlushiwanquanxiangtongde,qiegongyongyigewuchafangdaqijiqidianyacaiyangdianlu。weibimianzhongfuhefansuo,tuzhongjinshichuB 相的移相觸發器電路, A 相和C 相電路則用虛線概括。
移相觸發器電路仍沿用傳統的單結晶體管式移相觸發器。即當二極管VD3 陰極電壓升高時,流過晶體管VT2 的電流(即電容C1 的充電電流) 減小,單結晶體管VT1 輸出的脈衝電壓後移,晶閘管導通角減小,輸出電壓減小。當VD3 管陰極電壓下降時,VT2 管中電流增大,C1 充電速度加快,VT1 管輸出脈衝電壓前移,晶閘管導通角增大,輸出電壓也增大。但VT2 管中的最大電流是受電阻R3 阻值製約的,不可能無限製地增大,即晶閘管的最大導通角將由R3 鎖定在小於180°大於0°的某個數值上。
將晶體管誤差放大器更換為運算放大器式的誤差放大器,電路結構將簡化,且放大倍數方便可調,容易製成比例積分微分調節器(PID) ,使調壓係統的動態特性更趨完美合理。VD2 管將C2 的平滑直流電壓與移相觸發器上的同步梯形波電壓隔離開來。當來自主電路的+ 12. 8V 輸出電壓發生變化時,取樣電位器RP 上的電壓也成比例變化,從而使運放N 的同相輸入端3 腳電壓相應變化,輸出端6 腳電壓按放大倍數變化,最終導致晶閘管輸出電壓產生相反方向的變化,平衡主電路輸出端的變化,保持了輸出電壓的穩定。
當主電路輸出端出現過流或短路時,輸出電壓至少會產生較大下跌。而R3 的(de)阻(zu)值(zhi)又(you)限(xian)製(zhi)了(le)晶(jing)閘(zha)管(guan)的(de)最(zui)大(da)導(dao)通(tong)角(jiao)度(du),即(ji)使(shi)晶(jing)閘(zha)管(guan)已(yi)達(da)到(dao)這(zhe)個(ge)最(zui)大(da)導(dao)通(tong)角(jiao),仍(reng)然(ran)無(wu)法(fa)補(bu)償(chang)過(guo)電(dian)流(liu)在(zai)主(zhu)電(dian)路(lu)上(shang)產(chan)生(sheng)的(de)壓(ya)降(jiang),使(shi)主(zhu)電(dian)路(lu)輸(shu)出(chu)端(duan)+ 12. 8 V 電壓嚴重下跌(短路時電壓為0V) 。這樣運放N 同相輸入端3 腳電壓就低於反相輸入端2 腳,於是輸出端6 腳輸出超低電壓,較大電流流過R3 ,VT2管集電極電壓就會低於單結晶體管VT1 的峰點電壓,VT1 管不能產生振蕩脈衝,主電路中的三個晶閘管也就無法導通,實現了過流(短路) 保護。與此同時,蜂鳴器HA 鳴叫,發光二極管VL 點亮,以聲光的形式告知操作人員:此時已處於過流(短路) 保護狀態。
負載故障排除後,按一下恢複按鈕SA ,C2上的直流電壓通過電阻R7 重新使運放N 的3 腳電壓高於2腳,6腳再次輸出較高電壓,晶閘管恢複導通, + 12. 8V的輸出電壓恢複正常。電容C3 為啟動電容,開機瞬間若無C3 ,主電路尚無直流電壓輸出,運放N 的3 腳電壓為零,而2 腳電壓高於7 V 以上,故輸出端6 腳電壓很低(約為2V) ,電容C1 上電壓達不到VT1 單結晶體管的峰點電壓,VT1 管無脈衝電壓輸出,晶閘管不能導通,主電路輸出端就會—直處於零電壓狀態。設置C3 後, 開機瞬間同步電壓通過VD2 管對C3 充電,在RP 和R11產生高於運放N 的2 腳電壓,6 腳即輸出較高電壓,使主電路輸出端輸出+12. 8 V 的直流電壓。
不難看出,該電路與集電極輸出式晶體管直流穩壓器有相似之處,但該電路更優越——僅用一個電容就能自行啟動,且絲毫不影響穩壓性能。
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電路調試
該電路與主電路聯通調試時,不妨將電阻R3 的(de)阻(zu)值(zhi)換(huan)大(da)些(xie),然(ran)後(hou)將(jiang)主(zhu)電(dian)路(lu)輸(shu)出(chu)端(duan)負(fu)載(zai)逐(zhu)漸(jian)加(jia)大(da)。如(ru)果(guo)加(jia)至(zhi)設(she)定(ding)保(bao)護(hu)電(dian)流(liu)值(zhi)以(yi)下(xia)的(de)某(mou)個(ge)電(dian)流(liu)時(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)突(tu)然(ran)降(jiang)為(wei)零(ling),這(zhe)說(shuo)明(ming)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)已(yi)開(kai)始(shi)實(shi)施(shi),隻(zhi)是(shi)實(shi)施(shi)得(de)過(guo)早(zao)了(le)些(xie)。這(zhe)時(shi)可(ke)將(jiang)R3阻值減小一些,繼續如前進行加載實驗,此時的保護電流動作值應比上次大了一些。繼續減小R3 阻值,直至達到設定保護電流時實施保護為止。R3 阻值確認後,當采用相同阻值的固定電阻器取代,盡量不用電位器,以免其阻值調亂而喪失或過早實施過流(短路) 保護功能,妨礙穩壓器的正常應用。
眾所周知,單結晶體管型觸發器的觸發功率並不很大,本文所述的應用電路用來觸發三相半控晶閘管橋式整流器,其晶閘管規格為100A ,使+ 12.8V 穩壓器輸出電流可達180A ,超過180A 時,潛隱的過流(短路) 保護功能顯現———單結晶體管VT1 失去振蕩脈衝,三個晶閘管截止。主電路中的三相電源變壓器(圖中未畫出) 的容量和額定電壓值決定了待保護電流動作值的上限,至於上限之下為何值動作,那就要由電阻R3 的阻值大小來決定。實際上,單結晶體管VT1 和三極管VT2 的相關參數—如分壓比、峰點電壓、穀點電壓、電流放大倍數等,是與R3 阻值一起,共同來確定保護電流動作值的,不過VT1 和VT2 管參數的離散性較大,一般隻用調整R3 阻值大小的方法來確定保護電流的動作值,這樣更方便更經濟。這就不難理解:為什麼同一型號同一規格的穩壓器會出現不同的R3 阻值了。對同一台穩壓器而言,三個觸發器中的單結管VT1 、三極管VT2 和電阻R3 的參數值應分別保持一致,以確保三個晶閘管導通角的一致(對稱) 性以及最佳紋波係數。
考慮到穩壓器對輸出電壓的紋波係數有—定(ding)要(yao)求(qiu),而(er)且(qie)濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)不(bu)可(ke)能(neng)定(ding)得(de)太(tai)大(da),輸(shu)出(chu)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)的(de)可(ke)控(kong)範(fan)圍(wei)也(ye)就(jiu)不(bu)宜(yi)定(ding)得(de)過(guo)寬(kuan),在(zai)供(gong)電(dian)電(dian)壓(ya)下(xia)限(xian)且(qie)輸(shu)出(chu)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)時(shi),輸(shu)出(chu)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)(如+ 12. 8 V) 上下有少許調節餘量即可,這就要求製作者必須設計好三相電源變壓器副邊繞組。然後,在調試中調整電阻R3 和電位器RP 阻zu值zhi,以yi最zui終zhong滿man足zu預yu期qi的de輸shu出chu特te性xing的de要yao求qiu。盡jin管guan本ben文wen繪hui出chu的de僅jin是shi一yi個ge具ju體ti的de實shi用yong電dian路lu,但dan該gai電dian路lu形xing式shi及ji其qi工gong作zuo原yuan理li適shi用yong於yu所suo有you移yi相xiang觸chu發fa晶jing閘zha管guan直zhi流liu穩wen壓ya器qi,應ying用yong時shi完wan全quan不bu必bi拘ju泥ni於yu這zhe一yi個ge“實用電路”,盡可放開思路,憑借該題,充分發揮,以取得舉一反三的設計成果。
結束語
綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)不(bu)難(nan)發(fa)現(xian),控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)以(yi)及(ji)未(wei)示(shi)出(chu)的(de)主(zhu)電(dian)路(lu)中(zhong),沒(mei)有(you)設(she)置(zhi)過(guo)流(liu)和(he)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu),也(ye)沒(mei)有(you)專(zhuan)設(she)置(zhi)具(ju)有(you)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian),卻(que)能(neng)實(shi)實(shi)在(zai)在(zai)地(di)實(shi)現(xian)過(guo)流(liu)及(ji)短(duan)路(lu)的(de)可(ke)靠(kao)保(bao)護(hu),而(er)且(qie)這(zhe)種(zhong)保(bao)護(hu)電(dian)流(liu)的(de)動(dong)作(zuo)值(zhi)可(ke)以(yi)在(zai)大(da)範(fan)圍(wei)內(nei)予(yu)以(yi)調(tiao)節(jie)。這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)沒(mei)有(you)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)環(huan)節(jie)卻(que)具(ju)有(you)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)的(de)晶(jing)閘(zha)管(guan)直(zhi)流(liu)穩(wen)壓(ya)器(qi),是(shi)單(dan)結(jie)晶(jing)體(ti)管(guan)移(yi)相(xiang)觸(chu)發(fa)器(qi)和(he)集(ji)成(cheng)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)合(he)理(li)組(zu)合(he)的(de)結(jie)果(guo)。通(tong)過(guo)這(zhe)一(yi)實(shi)例(li)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)一(yi)些(xie)啟(qi)示(shi):將一些元器件進行合理組合,可以產生意想不到的效果——gezhongyuanqijianyedouhuoduohuoshaodejubeizheyangnayangdeqianyingongneng。congmouzhongyiyishanglaishuo,jijikaifayuanqijianqianyingongnengdeyiyi,shenzhihuichaoguokaifaxindeyuanqijian。zhejiuhaoxiangjiangtongyangdewenzijinxingxindezuhe,xiechulelingyipianyijingshensui、妙趣橫生的文章一樣。願本文能對傳統元器件的更多新應用起到拋磚引玉的作用。
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