串联型稳压电源保护电路的改进_王阳

收稿日期:2000-04-11

作者简介:王阳,男,1954年出生,讲师,学生.

串联型稳压电源保护电路的改进王　阳,刘长捷,姜永生

(长春空军第二航空学院电工电子实验中心,130022)

摘　要:本文在实验的基础上,对串联型稳压电源通用的限流型和截流型保护电路从原理和

实践上进行了分析,指出了这两种电路的缺陷。提出了一种数字集成双稳态触发器构成的保

护电路,具有原理简单,调整方便,保护作用可靠等优点,在实际应用中效果较好。

关键词:截流型保护电路;功率损耗;正反馈;局限性;双稳态触发器

中图分类号:TN710.2;TN86　文献标识码:C 文章编号:1002-4956(2000)06-0043-04

在实用稳压电源中,都常设有电流过载保护电路,以保护电源调整管在过载时不被烧毁。在稳压电源实验教学中,电源保护电路也是一项重要内容。通过对电源保护电路的实验和研究,我们对传统的保护电路作了改进,提高了电源的过载保护作用。

1.过载保护电路的工作原理

串联型稳压电源的保护电路有限流和截流两种,它们的作用是在负载电流Io 超过额定值Iom 时,保护调整管不致因功耗过大而损坏。串联型稳压电源中负载电流全部流过调整管。当过载尤其是输出短路时,Io 达到最大,调整管承受的功率P =I om ×U i ,当P ≥P c m 时,会因过热而烧毁。限流型保护电流如图la 所示,由取样电阻R 11和保护管N 5组

图1　限流保护电路及其外特性

成。当I o

中国科技论文统计源期刊 实　验　技　术　与　管　理 Vo1.17　No .6　2000　

但调整管仍然要承受较大的功耗

。

图2　截流型保护电路原理及其外特性

截流型保护电路原理如图2a 所示,由图可见U BE3=U R5-U R7+U R8。电路的工作过程,有关教材叙述如下:保护管N 3在负载电流正常的情况下截止,调整管N 2正常工作。当输出电流I o 增加时,电路将产生以下正反馈过程:I o ←※U R8←※U BE3←※U C3↑※U B2↑※U CE 2←※U o ↑※I o 。

保护电路工作的关键是Io ←引起U R8←,结果导致Uo 和I o 都接近于0。保护电路作用的外特性如图2b 所示。

2.截流型保护电路的局限性

由以上电路工作过程可知,截流型保护电路的保护作用好于限流型,因为它使调整管趋于截止。然而通过实验分析,发现电路的工作会产生两个结果:一是Uo ↑※U R7↑,使N 3进一步导通:二是U o ↑※I o ↑※U R8↑,使N 3趋于截止,由公式:U BE3=U R5+U R8-U R7可知,这两种结果是矛盾的。解决矛盾的方法是使U R7的下降超过U R8的下降。我们把电路工作过程分两个阶段来分析。第一阶段假设I o 逐渐增大,U R8←N 3趋于导通,但N 2还没有完全截止,Uo 还没有接近于0。这一阶段Io 有减小的趋势,但保护电路作用还不完全。第二阶段是输出完全短路,Uo 强迫为0,I o ≥I om 。根据前一节过程分析,U R7↑应超过U R8↑,N 3才会进一步导通,N 3只有完全导通,使U BE2接近于0,N 2才截止。Uo ↑※R T ↑※I C3←,这时U R7=I C3×R 7,N 3越导通U R7越上升,反过来阻止N 3的导通,所以U R7不降到0,N 3不可能完全导通。这样当保护电路工作时,即使U o =0,还存在U BE2=U CE3+U R7≠0,至于会不会00V ,N 2不会完全截止,Io 不会接近于0。Io 会不会小于Iom 呢?因为Iom 是电路动作的起因,I o

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管仍然要承受一定的功率消耗。理论分析和实验都证明这种模拟电路构成的保护电路的作用是有限的。它只能在一个额定的I om 值上保持平衡,而且I o m 的值不小于1A 。另外电路调试难度也较大:R 8的值要小,需要反复调试,以适应N 3保护管的离散性。R 8的功率要满足P R8>I om 2

×R 8,不然在电路工作时R 8会发热。由于晶体管性能的离散性,在调试每一个电路时,都要对N 3基极和发射极的分压电阻R 4,R 5和R 6,R 7的值反复调试来确定,以确保电路在I o I o m 时N 3能够起到保护作用,尽管这种保护作用是有限的。综上所述,截流型保护电路的局限性有以下三点:一是元件要求特殊,二是调试难度大,三是保护作用很有限,因此我们对保护电路了进行改进。

3.稳压电源保护电路的改进

过载保护电路动作的关键,是在电源过载时保护电路迅速动作,切断电源的输出,

这图3　双稳态截流式保护电路原理

一功能最好是由开关电路来实现。在许多实用稳压电源产品中采用的是双稳态截流式保护电路,其工作原理如图3所示。由N 7,N 8组成双稳态触发器,与N 6管共同组成截流式保护电路。正常工作时,N 8截止,N 7饱和导通,N 6截止,取样电阻R 17上的电压不大,对稳压电路工作无影响。当输出电流过大或负载短路时,R 17上压降增大使N 8导通,N 7截止,N 6导通,由于U CE S9=U BE1+U R17,调整管将处于截止状态,Uo 和Io 接近于0。这种双稳态开关电路,保护作用十分可靠。但此电路的检测电阻仍然要求阻值小、功率大,这样调试起来也有困难,而且分立元件多,功率消耗大。受到这种电路的启发,我们设计了一种开关型保护电路,用双D 触发器74LS74和少量外围元件组成,原理如图4所示。工作原理如下:电源正常工作时,D 触发器上电复位,Q 端为低电位,N 1截止,不影响电源工作,当负载短路Uo 下降时,D 触发器翻转,Q 端的高电位使N 1饱和导通,迫使N 2的基极电位接近于0V ,N 2,N 3截止,Uo 和Io 均为0,电源停止工作。经过实验证明,这种电路原理简单,动作可靠,元件要求一般,调试方便,只要调整分压电阻R 1和R 2的比值,就可以确定保护电路的动作阈值V o 和I om 。电路的特殊要求是必须为数字集成电路74LS74提供TTL +5V 电源,电源电压要求必须稳定。以保证电源可靠工作。如果采用C MOS 电路,电源的要求可以放宽。由于采用双稳态触发器,电源短路故障排除之后,保护电路不能自动恢复,需

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