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误差放大器改为集成运算放大器 实现晶闸管直流稳压器短路保护

2018年03月28日 15:03 次阅读

尽管功率场效应VDMOS 和绝缘栅双极型晶体管IGBT等电力半导体元器件层出不穷,且在电力电子技术领域占据重要位置,晶闸管(可控硅) 却因耐高压耐大电流冲击的特性,仍有着稳固的阵地,受到用户的青睐。在摈弃电流采样、放大和执行等多个环节的情况下,将单结晶体管移相触发器中的晶体管误差放大器改为集成运算放大器,就可实现晶闸管直流稳压器的过流及短路保护,简化了电路结构,并提高了整机的稳定可靠性能和AC - DC变换效率。

工作原理

误差放大器采用集成运放的晶闸管直流稳压器的控制电路如图1 所示。被控主电路(图中未画) 是三相半控整流桥,再经LC 平滑滤波器,输出+ 12. 8 V 平滑直流电压。三相半控整流桥中的三个晶闸管,分别由图示控制电路中的脉冲变压器T2a 、T2b和T2c来触发。推动这三个脉冲变压器的三个移相触发电路是完全相同的,且共用一个误差放大器及其电压采样电路。为避免重复和繁琐,图中仅示出B 相的移相触发器电路, A 相和C 相电路则用虚线概括。

误差放大器改为集成运算放大器 实现晶闸管直流稳压器短路保护

移相触发器电路仍沿用传统的单结晶体管式移相触发器。即当二极管VD3 阴极电压升高时,流过晶体管VT2 的电流(即电容C1 的充电电流) 减小,单结晶体管VT1 输出的脉冲电压后移,晶闸管导通角减小,输出电压减小。当VD3 管阴极电压下降时,VT2 管中电流增大,C1 充电速度加快,VT1 管输出脉冲电压前移,晶闸管导通角增大,输出电压也增大。但VT2 管中的最大电流是受电阻R3 阻值制约的,不可能无限制地增大,即晶闸管的最大导通角将由R3 锁定在小于180°大于0°的某个数值上。

将晶体管误差放大器更换为运算放大器式的误差放大器,电路结构将简化,且放大倍数方便可调,容易制成比例积分微分调节器(PID) ,使调压系统的动态特性更趋完美合理。VD2 管将C2 的平滑直流电压与移相触发器上的同步梯形波电压隔离开来。当来自主电路的+ 12. 8V 输出电压发生变化时,取样电位器RP 上的电压也成比例变化,从而使运放N 的同相输入端3 脚电压相应变化,输出端6 脚电压按放大倍数变化,最终导致晶闸管输出电压产生相反方向的变化,平衡主电路输出端的变化,保持了输出电压的稳定。

当主电路输出端出现过流或短路时,输出电压至少会产生较大下跌。而R3 的阻值又限制了晶闸管的最大导通角度,即使晶闸管已达到这个最大导通角,仍然无法补偿过电流在主电路上产生的压降,使主电路输出端+ 12. 8 V 电压严重下跌(短路时电压为0V) 。这样运放N 同相输入端3 脚电压就低于反相输入端2 脚,于是输出端6 脚输出超低电压,较大电流流过R3 ,VT2管集电极电压就会低于单结晶体管VT1 的峰点电压,VT1 管不能产生振荡脉冲,主电路中的三个晶闸管也就无法导通,实现了过流(短路) 保护。与此同时,蜂鸣器HA 鸣叫,发光二极管VL 点亮,以声光的形式告知操作人员:此时已处于过流(短路) 保护状态。

负载故障排除后,按一下恢复按钮SA ,C2上的直流电压通过电阻R7 重新使运放N 的3 脚电压高于2脚,6脚再次输出较高电压,晶闸管恢复导通, + 12. 8V的输出电压恢复正常。电容C3 为启动电容,开机瞬间若无C3 ,主电路尚无直流电压输出,运放N 的3 脚电压为零,而2 脚电压高于7 V 以上,故输出端6 脚电压很低(约为2V) ,电容C1 上电压达不到VT1 单结晶体管的峰点电压,VT1 管无脉冲电压输出,晶闸管不能导通,主电路输出端就会—直处于零电压状态。设置C3 后, 开机瞬间同步电压通过VD2 管对C3 充电,在RP 和R11产生高于运放N 的2 脚电压,6 脚即输出较高电压,使主电路输出端输出+12. 8 V 的直流电压。

不难看出,该电路与集电极输出式晶体管直流稳压器有相似之处,但该电路更优越——仅用一个电容就能自行启动,且丝毫不影响稳压性能。

电路调试

该电路与主电路联通调试时,不妨将电阻R3 的阻值换大些,然后将主电路输出端负载逐渐加大。如果加至设定保护电流值以下的某个电流时输出电压突然降为零,这说明过流保护功能已开始实施,只是实施得过早了些。这时可将R3阻值减小一些,继续如前进行加载实验,此时的保护电流动作值应比上次大了一些。继续减小R3 阻值,直至达到设定保护电流时实施保护为止。R3 阻值确认后,当采用相同阻值的固定电阻器取代,尽量不用电位器,以免其阻值调乱而丧失或过早实施过流(短路) 保护功能,妨碍稳压器的正常应用。

众所周知,单结晶体管型触发器的触发功率并不很大,本文所述的应用电路用来触发三相半控晶闸管桥式整流器,其晶闸管规格为100A ,使+ 12.8V 稳压器输出电流可达180A ,超过180A 时,潜隐的过流(短路) 保护功能显现———单结晶体管VT1 失去振荡脉冲,三个晶闸管截止。主电路中的三相电源变压器(图中未画出) 的容量和额定电压值决定了待保护电流动作值的上限,至于上限之下为何值动作,那就要由电阻R3 的阻值大小来决定。实际上,单结晶体管VT1 和三极管VT2 的相关参数—如分压比、峰点电压、谷点电压、电流放大倍数等,是与R3 阻值一起,共同来确定保护电流动作值的,不过VT1 和VT2 管参数的离散性较大,一般只用调整R3 阻值大小的方法来确定保护电流的动作值,这样更方便更经济。这就不难理解:为什么同一型号同一规格的稳压器会出现不同的R3 阻值了。对同一台稳压器而言,三个触发器中的单结管VT1 、三极管VT2 和电阻R3 的参数值应分别保持一致,以确保三个晶闸管导通角的一致(对称) 性以及最佳纹波系数。

考虑到稳压器对输出电压的纹波系数有—定要求,而且滤波电感不可能定得太大,输出直流电压的可控范围也就不宜定得过宽,在供电电压下限且输出额定电流时,输出额定电压(如+ 12. 8 V) 上下有少许调节余量即可,这就要求制作者必须设计好三相电源变压器副边绕组。然后,在调试中调整电阻R3 和电位器RP 阻值,以最终满足预期的输出特性的要求。尽管本文绘出的仅是一个具体的实用电路,但该电路形式及其工作原理适用于所有移相触发晶闸管直流稳压器,应用时完全不必拘泥于这一个“实用电路”,尽可放开思路,凭借该题,充分发挥,以取得举一反三的设计成果。

结束语

综上所述不难发现,控制电路以及未示出的主电路中,没有设置过流和短路保护电路,也没有专设置具有过流保护功能的元器件,却能实实在在地实现过流及短路的可靠保护,而且这种保护电流的动作值可以在大范围内予以调节。这是一种没有过流保护环节却具有过流保护功能的晶闸管直流稳压器,是单结晶体管移相触发器和集成运算放大器合理组合的结果。通过这一实例可以得到一些启示:将一些元器件进行合理组合,可以产生意想不到的效果——各种元器件也都或多或少的具备这样那样的潜隐功能。从某种意义上来说,积极开发元器件潜隐功能的意义,甚至会超过开发新的元器件。这就好像将同样的文字进行新的组合,写出了另一篇意境深邃、妙趣横生的文章一样。愿本文能对传统元器件的更多新应用起到抛砖引玉的作用。

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用LM317制作简单可调稳压器

LM317稳压器介绍、引脚图、参数、工作原理及应...

LM317 的输出电压范围是1.2V至37V,负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单,仅需两个外接...

发表于 2017-12-04 09:22 1239次阅读
LM317稳压器介绍、引脚图、参数、工作原理及应...

稳压器的选择决定了低压降芯片设计高性能的设计方...

大部分系统设计工程师可能都会同意线性稳压器是众多稳压器之中最容易使用的一种,而且由于这个原因,也最受...

发表于 2017-12-04 05:40 226次阅读
 稳压器的选择决定了低压降芯片设计高性能的设计方...

LTC3601 和 LTC3604应用与优势

当一个相对高的电压轨 (12V) 必须降至相对低的电平 (3.3V、1.8V) 时,传统上采用的转换...

发表于 2017-12-04 01:43 123次阅读
LTC3601 和 LTC3604应用与优势

LM317制作简易电源电路设计

lm317是可调节3端正电压稳压器,在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流,此稳...

发表于 2017-12-03 09:07 450次阅读
LM317制作简易电源电路设计

基于轻载工作的非同步降压稳压器设计

通常情况下,降压稳压器的设计针对的是连续模式工作,这就简化了输出电压计算及系统设计。然而,如果系统非...

发表于 2017-12-01 18:22 53次阅读
基于轻载工作的非同步降压稳压器设计

LTM8028线性稳压器高效率同步开关转换器的响...

具有高速度或高分辨率功能的器件需要干净的电源。开关稳压器虽能在多种输入 / 输出条件下提供高效率,但...

发表于 2017-11-30 10:18 159次阅读
LTM8028线性稳压器高效率同步开关转换器的响...

ldo和buck降压稳压器对比

 LDO即low dropout regulator,是一种低压差线性稳压器。这是相对于传统的线性稳...

发表于 2017-11-24 16:53 374次阅读
ldo和buck降压稳压器对比

线性稳压器的作用解析

线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压,产生经过调节的...

发表于 2017-11-20 10:45 163次阅读
线性稳压器的作用解析

稳压器和UPS的作用一样吗?有什么区别?

稳压器是使输出电压稳定的设备。稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成。UPS即不间断电源,是将...

发表于 2017-11-20 10:26 461次阅读
稳压器和UPS的作用一样吗?有什么区别?

稳压器电路图解析

稳压器:它是一种能自动调整输出电压的供电电路或供电设备,其作用是将波动较大和不符合用电器设备要求的电...

发表于 2017-11-18 11:32 917次阅读
稳压器电路图解析

单相交流稳压器工作原理分析

工作原理是:当电网电压不稳定或负载变化时,自动采样控制电路发出信号并驱动伺服电机,调整自耦调压器碳刷...

发表于 2017-11-18 10:50 686次阅读
单相交流稳压器工作原理分析

常见的三端稳压器分类及使用方法

 市场中常见的三端稳压器,主要有两种,一种是输出的是固定电压,叫固定输出三端稳压器。另一种输出的是可...

发表于 2017-11-18 10:32 1997次阅读
常见的三端稳压器分类及使用方法

三端稳压器7805输入电压范围

7805为定值三端集成稳压块。输出为+5V稳定电压,最高输入极限电压36,最低输入电压7V,极限电流...

发表于 2017-11-13 11:01 680次阅读
三端稳压器7805输入电压范围

三端稳压器7805接线图分析

7805是我们最常用到的稳压芯片了,他的使用方便,用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出...

发表于 2017-11-13 10:37 7477次阅读
三端稳压器7805接线图分析

软启动器启动前与启动后的常见故障分析

一般电动机的控制装置采用接触器直接启停的方式,是因为它控制方式简单、经济,但是它对系统的冲击大,控制...

发表于 2017-11-10 15:36 503次阅读
软启动器启动前与启动后的常见故障分析

晶闸管软启动原理和特点

晶闸管软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电机控制装备,又称为SoftS...

发表于 2017-11-10 15:25 457次阅读
晶闸管软启动原理和特点

7805稳压芯片,7805芯片介绍

7805是我们最常用到的稳压芯片了,他的使用方便,用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出...

发表于 2017-10-26 15:52 864次阅读
7805稳压芯片,7805芯片介绍

7805稳压器怎么使用,7805的使用和典型应用

 7805三端稳压集成电路,电子产品中,常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 ×× 系列和负电压...

发表于 2017-10-26 15:18 737次阅读
7805稳压器怎么使用,7805的使用和典型应用

二极管简易直流稳压电路及故障处理

二极管除单向导电特性外,还有许多特性,很多的电路中并不是利用单向导电特性就能分析二极管所构成电路的工...

发表于 2017-10-26 09:41 2523次阅读
二极管简易直流稳压电路及故障处理

7805稳压电源工作原理

7805是我们最常用到的稳压芯片了,他的使用方便,用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出...

发表于 2017-10-18 14:17 3260次阅读
7805稳压电源工作原理

凌力尔特推出 40VIN、2A µModule®...

LTM8063 采用纤巧型 BGA 封装。该封装尺寸比现有的同等产品小 75%。Silent Swi...

发表于 2017-10-13 14:49 3927次阅读
凌力尔特推出 40VIN、2A µModule®...

凌力尔特推出 µModule® 降压型稳压器 L...

LTM8065 接受高达 40V 的输入电压 (42V 绝对最大值),在带噪声的环境中可安全地从未稳...

发表于 2017-10-09 10:27 2790次阅读
凌力尔特推出 µModule® 降压型稳压器 L...

凌力尔特公司推出非隔离式负输出 µModule®...

LTM4651 设计为满足面向信息技术设备的 EN55022 Class B EMC 标准要求。宽电...

发表于 2017-09-20 10:00 2731次阅读
凌力尔特公司推出非隔离式负输出 µModule®...

美国VERIFLO公司是一家精密膜片和大宗气体阀,稳压器,液体和气体的控制和应用流量控制元件的领先制造商

发表于 2017-09-06 13:58 307次阅读
美国VERIFLO公司是一家精密膜片和大宗气体阀,稳压器,液体和气体的控制和应用流量控制元件的领先制造商

两种方法来减少PCB上转换器封装热量

设计高效和紧凑型 DC/DC 转换器的技巧由一群对转换设计所涉及之物理学和支持性数学知识有着深入了解...

发表于 2017-09-05 11:37 3033次阅读
两种方法来减少PCB上转换器封装热量

Allegro MicroSystems,LLC...

美国马萨诸塞州伍斯特市 – Allegro MicroSystems,LLC宣布推出一款全新的宽输入...

发表于 2017-08-30 10:14 453次阅读
Allegro MicroSystems,LLC...

MULTISM电流传感器

发表于 2017-08-29 21:32 996次阅读
MULTISM电流传感器

晶闸管导通与关断测试的一个疑问

发表于 2017-08-28 17:42 1091次阅读
晶闸管导通与关断测试的一个疑问

一个疑问,关于晶闸管的

发表于 2017-08-27 21:01 1188次阅读
一个疑问,关于晶闸管的

稳压器的作用原理_稳压器怎么安装_家用稳压器接线...

稳压器是使输出电压稳定的设备。稳压器由调压电路、控制电路、及伺服电机等组成。当输入电压或负载变化时,...

发表于 2017-08-18 16:35 5616次阅读
稳压器的作用原理_稳压器怎么安装_家用稳压器接线...

Littelfuse新型16A SCR开关晶闸管...

中国,北京,2017年8月15日讯 - Littelfuse, Inc.,作为全球电路保护领域的领先...

发表于 2017-08-15 16:43 197次阅读
Littelfuse新型16A SCR开关晶闸管...

电压低怎么办?农村电压低怎么办?空调电压低怎么办...

电压低的原因很多,   1、低压线路比较长,线路电阻较大;   2、低压负荷比较大,线路压降比平...

发表于 2017-08-01 11:49 8068次阅读
电压低怎么办?农村电压低怎么办?空调电压低怎么办...

凌晔科技 供应 TPS79333DBVR SOT23-5 TI/德州、超低噪声,高PSRR ,低压差线性SOT23稳压器

发表于 2017-07-28 14:22 464次阅读
凌晔科技 供应 TPS79333DBVR SOT23-5 TI/德州、超低噪声,高PSRR ,低压差线性SOT23稳压器

20V、20A 单片同步 Silent Swit...

加利福尼亚州米尔皮塔斯 (MILPITAS, CA) 和马萨诸塞州诺伍德 (NORWOOD, MA)...

发表于 2017-07-25 15:12 237次阅读
20V、20A 单片同步 Silent Swit...

开关电源过流、短路保护原理及常用的电源保护电路解...

过流短路其实是一个原理,通过在输出端串接一个检测电阻,将需要保护的电流值转化为电压值,将此电压值送入...

发表于 2017-07-24 21:18 2501次阅读
开关电源过流、短路保护原理及常用的电源保护电路解...

短路保护是指什么?什么是漏电保护?短路保护和漏电...

随着人们生活水平的提高,家用电器和生活电器的不断增加,在用电过程中,由于电气设备本身的缺陷、使用不当...

发表于 2017-07-24 11:28 2744次阅读
短路保护是指什么?什么是漏电保护?短路保护和漏电...

ME6222——400mA,最低输出电压0.8V,可调,高速LDO-微盟电子-斗石方案

发表于 2017-06-30 10:33 802次阅读
ME6222——400mA,最低输出电压0.8V,可调,高速LDO-微盟电子-斗石方案

BT136双向可控硅(非绝缘型双向三端晶闸管)

发表于 2017-06-26 15:10 277次阅读
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