０～５００Ｖ直流穩壓電源

周興華

通常我們見到的直流穩壓電源，要么輸出電流較大（3A左右），但輸出電壓不高（最高200V左右），要么輸出電壓較高（最高可達500V），但輸出電流不大（僅幾十mA~1A）。而在工業應用場合，有時需要用到輸出電壓調整范圍大、輸出電流也大的高性能穩壓電源，而且要求發熱量小、持續工作的可靠性要高。這不是一般的串聯線性穩壓電源能達到的。開關電源盡管效率高、自耗小，但它的輸出電壓通常為固定輸出，要做到大范圍內調節也有困難。這里向大家介紹一款實用型大功率寬電壓輸出的穩壓電源。

電路原理

整機電路如圖1所示。主輸出電路由晶閘管預調壓電路和晶體管線性調整電路串聯而成。

1.主輸出電路原理主電路的輸出回路見附圖中粗實線。B2為升壓型高壓變壓器，初級輸入220V，次級升壓至560V，次級額定輸出電流大于5A。B2次級輸出的交流電壓經晶閘管SCR301、SCR302全波整流、C303、C304、L301濾波后產生一直流電壓U2，晶閘管的導通角受控后可在0~180°范圍內調整，因此U2的輸出電壓范圍很寬，約數伏到500多伏。變壓器B301為一個多繞組的變壓器，其中次級16V繞組的額定輸出電流大于5A，其它次級繞組的電流大于1A即可。次級16V繞組輸出的電壓經全橋ZL201整流、C201濾波后，產生出約20V的低電壓U1。大家可以看出，U1與U2是串聯疊加的。由于二極管D304的箝位作用，加在線性調整管Q301、Q302的c、e極兩端的最大電壓不會超過U1的值。因此輸出電壓UO由U1+U2串聯升壓后再經Q301、Q302線性穩壓后產生。Q301、Q302承受的最高電壓不超過20V，即使輸出電流達5A時，最大功耗也才100W，只要加上合適的散熱器，完全在安全工作范圍內。而Q301、Q302則處于開關狀態，功耗也不大，再加上使用了大電流高耐壓的單向晶閘管（25A/1200V），因此整個系統的可靠性非常高。

2.晶閘管移相觸發脈沖產生電路

B301的次級雙14V繞組電壓經D101、D103全波整流后，形成100Hz的脈動波加至IC101A的同相輸入端。IC102穩壓產生12V的穩定工作電壓，該電壓由R103、R104、R105串聯支路分壓產生1.5V、0.5V兩個參考電壓。其中0.5V參考電壓加至IC101A的反相輸入端，1.5V參考電壓加至IC101B的同相輸入端。IC101A為一電壓比較器，由其將100Hz脈動波整形成前后沿陡峭的矩形波（占空比接近100%）。IC101B構成積分器電路，它將矩形波轉換成線性良好的鋸齒波。IC101C也為一電壓比較器，這里它構成了脈沖寬度調制器，IC101C的反相端加入鋸齒波，同相端則加入調制電壓信號。當同相端的電壓升高時，IC101C輸出的脈沖占空比升高。反之則降低。

3.基準電壓產生電路B301的次級18V繞組電壓經橋式整流濾波后，產生約20V的非穩定電壓，該電壓供IC2工作。D107為9V的穩壓二極管，它產生一精確的基準電壓，經IC2C變換成14V穩定參考電壓。

4.比較放大器 IC102D構成電壓比較放大器（實際上為一跟隨器）。VR301為調節輸出電壓的主電位器，VR302、VR102等構成補償電路，調節VR301后，即可改變加于IC102D同相端的參考電壓。調整過程如下：當某種原因（如溫漂）使Q302的發射極電壓上升時，經1R27、FL301、R125后反饋回IC102D的反相端，進而使IC102D的輸出電壓下降，Q302趨于截止，使Q302的發射極電壓恢復正常。

5.限流保護電路 IC102B、電流取樣電阻1R27、FL301等構成保護電路。VR303為調節限流的主電位器，VR101為補償電位器。IC102B的同相端加一穩定的參考電壓，而反相端則加上由1R27、FL301電流取樣后轉換出的電壓。一旦過流，IC102B的反相端電壓大于同相端電壓，IC102B輸出低電平，經D111后使Q301、Q302截止，同時使Q201導通，通過光耦N201后使Q202、Q203導通，蜂鳴器FM301報警，單穩電路IC201動作，J302吸合（當K303閉合時）切斷輸出主回路。同時J302的另一副觸點閉合自保，維持J302吸合。

6.晶閘管的預調壓 IC101C產生的PWM脈沖信號，經Q101、Q102、Q103電流放大后，加于SCR301、SCR302的門極上進行移相觸發，進而控制其導通角，實現晶閘管在大范圍內進行預調壓。調整過程如下：有某種因素使輸出電壓Uo↓→Q301、Q302的基極電流Ib↑→Q301、Q302的c、e極電壓Uce↓→Q104的基極電流Ib↓→Q104的c、e極電壓Uce↑→IC101C輸出的矩形波占空比↑→SCR301、 SCR302導通角↑→預調電壓U1↑→Uo↑恢復正常。

7.其它 IC202、IC203穩壓產生的兩組5V電源供數字電流表及數字電壓表工作所用。電路中A為三位半電流表，V為四位半電壓表，M301為冷卻風扇，FL301錳銅絲制成的電流表取樣電阻。

元件選用

變壓器B2的次級繞組額定電流應達5A。變壓器B301的次級16V繞組額定電流也應達5A，其它次級繞組的額定電流有1A就可以了。

晶閘管SCR301、SCR302選25A/1200V。V301~V305為25A/1200V整流二極管，它們均需安裝在合適的鋁質散熱器上。C301~C306、C310~C311應選進口高品質鋁電解電容器。VR301、VR303為多圈式精密線繞電位器。其它元件均按圖中標示選用。

主要技術特點

本電源的輸出電壓為0~500V直流（連續可調）；輸出電流為0~3A直流（連續可調）；按鍵AN301按下時，調節VR303用于設定最大輸出電流（從電流表顯示）；開關K303閉合時，若過流即切斷輸出，否則只進行蜂鳴器報警。

若將此電源擴展為5A級輸出，只需將變壓器B2更換成次級繞組額定電流達8A，將變壓器B301更換成次級16V繞組額定電流達8A，另外重新選用合適的錳銅絲電流取樣電阻（5A級），適當加大鋁質散熱器即可。