高穩定度24V開關電源在火災自動報警系統中的應用

摘要：本文介紹一種利用直流激磁來調節交流電抗大小，用以自動調節輸出電壓的高穩定度24V開關電源電路及其在火災自動報警系統中的應用。

關鍵詞：火災自動報警系統 開關電源 阻塞振蕩器 正反饋

中圖分類號: TM7文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)09(b)-0000-00

隨著城市現代化的發展，高層建筑及大型公共建筑越來越多，依據相關規范要求這些建筑中應設置火災自動報警系統，火災自動報警系統能夠早期發現和通報火災，而火災自動報警系統中的消防控制設備的控制電源及信號回路電源是至關重要的一個環節，現介紹一種高穩定度的24V開關電源。

1 電路的組成

該開關電源主要由以下幾部分組成：整流和濾波電路、逆變電路、直流穩壓電源輸出電路、 輸出電壓調節電路、過流保護電路。其電路如圖所示。

2 工作原理

2.1 電路的工作過程

電網的交流電通過整流濾波后獲得直流電加到由晶體管組成的阻塞振蕩器，產生振蕩頻率約為30kHz的方波。通過電容器C1，其中一路加到變壓器Tr，1的原邊，其付邊感應的電壓通過D1、D2全波整流、濾波及穩壓管Dz1穩壓后，提供一個+12V的電源供給運算放大器A1、A2、A3等。另經基準穩壓管LM336穩壓后提供一個+2.5V的基準電壓VREF。阻塞振蕩器的另一路輸出通過C1加在Tr2的付邊和Tr3的原邊相串聯的電路上，Tr2的原邊是通過晶體管T3提供的電流加入直流激磁，利用直流激磁的大小來調節其電抗的大小，從而改變加在Tr3原邊上電壓的大小，Tr3的副邊通過D5、D6全被整流和電感L濾波后輸出+24V電源，用以供給負載，其輸出電流可達10A以上。

穩壓作用是通過運算放大器A1組成的PID調節系統來實現的，運算放大器A1的同相輸入端接基準電壓VREF，運算放大器A1的反相輸入端接到+24V輸出電壓通過R3、R4的分壓電阻上，A1的輸出經T1、T2電流放大后加到Tr2的原邊L1上。該電流做為Tr2的直流激磁電流，利用調節該電流的大小來改變Tr2的副邊L2的電抗，從而調節加到Tr3原邊上電壓的大小，也即可調節輸出電壓。其調節過程如下：當由于某種原因使輸出電壓+24V升高，則加到運算放大器A1相反輸入端的電壓也升高，于是，使得A1的輸出電壓降低，T3和T4的基極電位都同時降低，T3的射極電流減小，流過Tr2中L1的直流激磁電流也減小，L2呈現的阻抗增大，Tr3原邊上的電壓減小，感應到副邊上的電壓也隨之降低，故經整流濾波后的+24V輸出電壓也降低，以維持輸出電壓穩定。反之，A1的輸出電壓升高，T3的射極電流增大，L1的激磁電流增大，L2的阻抗減小，Tr3的原邊電壓升高，副邊電壓也升高，經整流濾波后使得輸出電壓維持穩定。

2.2 保護電路的工作過程

R23為電流檢測電阻。當電路正常工作時，檢測電阻R23上的電壓很小，A2組成的差動式放大電路的差動輸入信號近乎為零，故其輸出也為零，比較器的輸出也為零，二極管D10截止，三極管T3、T4也處于截止狀態，二極管D9因陰極電位高于陽極電位，故D9截止，保護電路不工作，電路處于正常工作狀態。當負載電流超過限定值或出現負載短路時，檢測電阻R23上的壓降增大，該信號加到差動放大器A2輸入端，放大器A2輸出正電壓，其值大于基準電壓，比較器A3輸出正電壓，D10導通，該信號加到T5和T6組成的正反饋電路，使得T5迅速導通，D9導通，使得T4基極電位降低，T4和T3處于截止狀態，Tr2的L1中無直流激磁，L2呈現高阻抗，阻塞振蕩器的輸出電壓全部降在L2上，Tr3的原邊電壓幾乎為零，于是，直流輸出電壓也為零，從而起到過流保護作用。

3.電路的特點

（1）電路結構簡單，調整方便，調節精度高，運行可靠。（2）電路采用運放組成的PID調節，可連續調節電抗器的激磁電流，以改變電抗的大小，從而改變加到變壓器Tr3原邊電壓的大小，起到穩壓作用，故而調節精度高，響應速度快。（3）過流保護電路中，具有T5和T6構成的正反饋，故動作靈敏。過流保護的整定值的調節也極為方便，只需改變A2的放大倍數即可實現。

4.實驗數據

（1）負載特性（輸入電源電壓220V）：當負載電流從0～10A變化時，輸出電壓變化為24.05～23.95V。（2）電壓調節特性（負載電流為5A）：當電源電壓從110～230V變化時，輸出電壓變化為23.82～24.03V。（3）過流保護特性：采用如圖所示的電路參數，其過流保護的整定值為15A。

5.工程實踐

本電源應用在天津奧林匹克中心體育場、天津子牙循環經濟產業區服務大廈等高層建筑火災自動報警系統中，經過長期運行均達到系統可靠，運行穩定的良好效果。