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、放fang大da和he執zhi行xing等deng多duo個ge環huan節jie的de情qing況kuang下xia,將jiang單dan結jie晶jing體ti管guan移yi相xiang觸chu發fa器qi中zhong的de晶jing體ti管guan誤wu差cha放fang大da器qi改gai為wei集ji成cheng運yun算suan放fang大da器qi,就jiu可ke實shi現xian晶jing閘zha管guan直zhi流liu穩wen壓ya器qi的de過guo流liu及ji短duan路lu保bao護hu,簡jian化hua了le電dian路lu結jie構gou,並bing提ti高gao了le整zheng機ji的de穩wen定ding可ke靠kao性xing能neng和heAC - 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T2c來(lai)觸(chu)發(fa)。推(tui)動(dong)這(zhe)三(san)個(ge)脈(mai)衝(chong)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)三(san)個(ge)移(yi)相(xiang)觸(chu)發(fa)電(dian)路(lu)是(shi)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)的(de),且(qie)共(gong)用(yong)一(yi)個(ge)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)及(ji)其(qi)電(dian)壓(ya)采(cai)樣(yang)電(dian)路(lu)。為(wei)避(bi)免(mian)重(zhong)複(fu)和(he)繁(fan)瑣(suo),圖(tu)中(zhong)僅(jin)示(shi)出(chu)B 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jiangR3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
zongshangsuoshubunanfaxian,kongzhidianluyijiweishichudezhudianluzhong,meiyoushezhiguoliuheduanlubaohudianlu,yemeiyouzhuanshezhijuyouguoliubaohugongnengdeyuanqijian,quenengshishizaizaidishixianguoliujiduanludekekaobaohu,erqiezhezhongbaohudianliudedongzuozhikeyizaidafanweineiyuyitiaojie。zheshiyizhongmeiyouguoliubaohuhuanjiequejuyouguoliubaohugongnengdejingzhaguanzhiliuwenyaqi,shidanjiejingtiguanyixiangchufaqihejichengyunsuanfangdaqihelizuhedejieguo。tongguozheyishilikeyidedaoyixieqishi: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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