电压调整器二

二、电压调整器工作原理：
1、电压调整器外围线路：
2、TPZ9电压调整器原理：
TPZ9型电压调整器除具有普通电压调整器的功能外,还可以对空压机实行软启动控制,避免由于YRC犯卡或接触不良造成的事故;其整个系统分为两个部分,一部分将辅助电机电压稳定在110±2V,另一部分为空压机软启动控制部分,其
在接到空压机启动指令,控制辅助发电机电压在一定时间内±秒降至20V以下,并输出空压机合闸指令,再经过一定时间4秒将辅助发电机电压上升至110V;其整个系统电路图如下：
其电路具体可以分为电源、基准电压、稳压控制、软启动控制四个模块,现结合电路图具体说明：
1电源模块：
110V电压正端通过二极管V15,电阻R27在稳压二极管V12上得到+15V 电源,该电源一方面提供集成运算放大器的电源,另一方面做为空压机启动时的参考电压,其电压为～15V;
2稳压控制的基准电压模块：
稳压控制基准电压也是110V电压正端通过二极管V15,电阻R18在精密稳压二极管V11上得到基准电压6±再经过电阻R17向C7充电,并在R16+R4分压得到稳压控制基准电压4±;
3稳压控制模块：
辅助发电机反馈电压经R1+R2与电位器R3、RP1分压后得到一个电压值加在集成运算放大器的2端,调整R3、RP1可以改变这一电压值,并与稳压控制精准电压输入的集成运算放大器3端比较,使当辅助发电机输出电压高于110V
时,集成运算放大器2端输入电压高于3端稳压控制精准电压,集成运算放大器1端输出低电平,V2截止辅助发电机的输出电压降低,当辅助发电机输出电压反馈低于110V时,集成运算放大器2端输入电压低于3端稳压控制精准电压,集成运算放大器1端输出高电平,V2饱和导通,辅助发电机的输出电压升高,这样周而复始使辅助发电机输出电压稳定在110±2V;调整R3、RP1可以改变辅助发电机输出电压值;
4空压机软启动控制模块：
空压机启动指令没有输入前,集成运算放大器6端、12端输入为低电平0V,5端为152/2+10=,13端为1510/10+12=,其集成运算放大器输出端7端为高电平,这样因为V8的阻断不影响辅助发电机稳压控制,14端为低电平,V14截止,没有输出控制指令;空压机启动指令输入时,集成运算放大器6端输入110100+=电压,其集成运算放大器输出端7端输出为低电平,C7放电为低电平,则集成运算放大器3端变为低电平,其输出亦为之改变,辅助发电机输出电压降低,由于辅助发电机绕组的电感作用,在秒左右减低到1104=左右;另一方面空压机启动指令输入时,11010/100+10=10V电压经过R21向C8充电,输入集成运算放大器12端
经过秒左右上升到左右,其集成运算放大器输出端14端输出为高电平,V14导通,继电器K1吸合,输出空压机合闸指令；同时其输出为高电平经过R14、V10输入到集成运算放大器5端,使集成运算放大器输出端7端输出由低电平翻转为高电平,V8阻断,精准电压6V经过R17向C7从开始充电,经过4秒左右上升到稳压控制精准电压4V,相应地辅助发电机输出电压也从左右上升到110±2V,空压机启动过程完成,同时C8通过V9、R20放电,为下一次空压机启动做准备;
3、辅机A控制插件原理：
辅机控制插件的稳压控制、空压机软启动工作原理基本与TPZ9型电压调整器原理相同,其电源、基准电压电路略有不同,并增加了辅机过压保护;现将其电源、基准电压、稳压控制、空压机软启动、辅机过压保护五个模块分别介绍;
现结合电路图作具体说明：
1电源模块、基准电压模块：
辅机A用稳压电源部分,当机车FLC合闸时,其一方面使辅助发电机励磁绕组一端接入110V＋电源电压,辅助发电机励磁绕组另一端通过辅机A的端子X1/接入辅机A；另一方面通过辅机A插件板的端子X1/端子送给辅机A插件,并通过V2、L2、V8得到一个稳定的电源,这个电源不但作为辅机A插件板的供电电源,供给集成运算放大器电源,而且还是空压机启动时的参考电压、稳压控制的基准电压、辅机A过压保护的参考电压等；同时110V电源送入插件板经过V2、L2处理后作为辅机A插件板上的所有继电器线圈的供电电源;
2稳压控制模块：
当机车FLC合闸时,继电器线圈的供电电源通过R10、V11、C6在集成运算放大器同相输入端得到一定的电压值,同时集成运算放大器的反相输入端得到
查
5 电位器
检查
电位器电阻正常,稳定
稳压值变
化
更换电位器
6 常规检
查
电压调外观检查,发现异常
或者有元件损坏
110V 电
压过低
换备用电压调
三、电压调整器使用的集成块简介：
1、LM124单个放大器符号：
单个放大器符号
外形以及管脚
内部放大器以及外部管脚
内部单个放大器电路
这些器件包含四个独立的高增益频率补偿的运算放大器,主要用于宽范围电源电压的应用;如果两个电源之差在3V到12VLM2902为3V到26V之间,而且VCC至少比输入共模电压大,那么使用两个分离电源供电也是可以的;低源电流漏极独立于源电压的幅度;
应用包括传感器放大器,直流放大模块,以及传统的运放电路,现在可以用单电源电压系统更简单地实现;例如,在数字系统中LM124可以直接以标准的5V电源供电,非常方便地提供所需的接口要求,而无需±15V电源;
图1. 单位增益放大器
图2. 噪声测试电路
2、TL431符号：
3个引脚分别为：阴极CATHODE、阳极ANODE和参考端REF;
德州仪器公司TI生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源;它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref到36V范围内的任何值如图2;该器件的典型动态阻抗为Ω,在很多应用中可以用它代替齐纳二极管,例如,数字电压表,运放电路、可调压电源,开关电源等等;
TL431的具体功能可以用如图1的功能模块示意;
图1
由图可以看到,VI是一个内部的基准源,接在运放的反相输入端;由运放的特性可知,只有当REF端同相端的电压非常接近VI时,三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过,而且随着REF端电压的微小变化,通过三极管图1 的电流将从1到100mA变化;当然,该图绝不是TL431的实际内部结构,所以不能简单地用这种组合来代替它;但如果在设计、分析应用TL431的电路时,这个模块图对开启思路,理解电路都是很有帮助的,本文的一些分析也将基于此模块而展开;
恒压电路应用：
图2
前面提到TL431的内部含有一个的基准电压,所以当在REF端引入输出反馈时,器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流,控制输出电压;如图2所示的电路,当R1和R2的阻值确定时,两者对Vo的分压引入反馈,若V o增大,反馈量增大,TL431的分流也就增加,从而又导致Vo下降;显见,这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定,此时Vo=1+R1/R2Vref;选择不同的R1和R2的值可以得到从到36V范围内的任意电压输出,特别地,当R1=R2时,Vo=5V;需要注意的是,在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件,就是通过阴极的电流要大于1 mA ;
当然,这个电路并不太实用,但它很清晰地展示了该器件的工作原理在应用中
的方法;将这个电路稍加改动,就可以得到在很多实用的电源电路,如图3,4;
图3 大电流的分流稳压电路
图4 精密5V稳压器
恒流电路应用
由前面的例子我们可以看到,器件作为分流反馈后,REF端的电压始终稳定在,那么接在REF端和地间的电阻中流过的电流就应是恒定的;利用这个特点,可以将TL431应用很多恒流电路中;
图5
如图5是一个实用的精密恒流源电路;原理很简单,不再赘述;但值得注意的
是,TL431的温度系数为30ppm/℃,所以输出恒流的温度特性要比普通镜像恒流源或恒流二极管好得多,因而在应用中无需附加温度补偿电路;
下面就介绍一个用该器件为传感器电桥提供恒定偏流的电路,如图6;
这是一个已连成桥路的硅压传感器的前级处理电路;Vref/R2的值应设为电桥工作所必要的恒定电流,该电流值通常会由传感器制造商提供;流经TL431阴极的电流由R1和电源电压Vs决定,在应用中通常让它等于桥路电流,但一定要注意大于1mA;
由于TL431非常易于实现恒压或恒流,而且有很好的温度稳定性,因此很适合于仪表电路、传感器电路等设计应用;在此方面的应用例子很多,设计原理并不复杂,本文不再一一介绍;
可控分流特性的应用
由第1节介绍的功能模块图,当REF端的电压有微小变化时,从阴极到阳极的分流将随之在1～100mA内变化;利用这种可控分流的特性,可以用小的电压变化控制继电器、指示灯等,甚至可直接驱动音频电流负载;如图7是此应用的一个简单400mW单声道功率放大电路;
图7
图8
在开关电源上的应用
采用TL431的开关电源有以下特点：输出经过TL431可控分流基准反馈并将误差放大,TL431的沉流端驱动一个光耦的发光部分,而处在电源高压主边的光耦感光部分得到的反馈电压,用来调整一个电流模式的PWM控制器的开关时间,从而得到一个稳定的直流电压输出;上图是一个实用的4W开关型5V直流稳压电源的电路;该电路采用了此种拓扑结构并同时使用了TOPSwitch技术;图中C1、L1、C8和C9构成EMI滤波器,BR1和C2对输入交流电压整流滤波,D1和D2用于消除因变压器漏感引起的尖峰电压,U1是一个内置MOSFET的电流模式PWM控制器芯片,它接受反馈并控制整个电路的工作;D3、C3是次极整流滤波
电路,L2和C4组成低通滤波以降低输出纹波电压;R2和R3是输出取样电阻,两者对输出的分压通过TL431的REF端来控制该器件从阴极到阳极的分流;这个电流又是直接驱动光耦U2的发光部分的;那么当输出电压有变大趋势时,Vref随之增大导致流过TL431的电流增大,于是光耦发光加强,感光端得到的反馈电压也就越大;U1在接受这个变大反馈电压后将改变MOSFET的开关时间,输出电压随改变而回落;事实上,上面讲述的过程在极短的时间内就会达到平衡,平衡时Vref=,又有R2=R3,所以输出为稳定的5V;这里要注意的是,不再能通过简单地改变取样电阻R2、R3的值来改变输出电压,因为在开关电源中每个元件的参数对整个电路工作状态的影响都会很大;按图中所示参数时,电路可在90VAC～264VAC50/60Hz输入范围内,输出+5V,精度优于±3%,输出功率为4W,最大输出电流可达,典型变换效率为70%;
3、CD40106
CMOS 六施密特触发器
密特触发器的用处：
迟滞回路
和电阻电容能组成一个固定频率的触发电路
整流、滤波都可以的。