高稳定度24V开关电源在火灾自动报警系统中的应用

高稳定度24V开关电源在火灾自动报警系统中的应用摘要:本文介绍一种利用直流激磁来调节交流电抗大小,用以自动调节输出电压的高稳定度24V开关电源电路及其在火灾自动报警系统中的应用。

关键词:火灾自动报警系统开关电源阻塞振荡器正反馈

随着城市现代化的发展,高层建筑及大型公共建筑越来越多,依据相关规范要求这些建筑中应设置火灾自动报警系统,火灾自动报警系统能够早期发现和通报火灾,而火灾自动报警系统中的消防控制设备的控制电源及信号回路电源是至关重要的一个环节,现介绍一种高稳定度的24V开关电源。

1 电路的组成

该开关电源主要由以下几部分组成:整流和滤波电路、逆变电路、直流稳压电源输出电路、输出电压调节电路、过流保护电路。其电路如图1所示。

2 工作原理

2.1 电路的工作过程

电网的交流电通过整流滤波后获得直流电加到由晶体管组成的阻塞振荡器,产生振荡频率约为30kHz的方波。通过电容器C1,其中一路加到变压器Tr,1的原边,其付边感应的电压通过D1、D2全波整流、滤波及稳压管Dz1稳压后,提供一个+12V的电源供给运算放大器A1、A2、A3等。另经基准稳压管LM336稳压后提供一个+2.5V的基准电压VREF。阻塞振荡器的另一路输出通过C1加在Tr2的付边和Tr3的原边相串联的电路上,Tr2的原边是通过晶体管T3提供的电流加入直流激磁,利用直流激磁的大小来调节其电抗的大小,从而改变加在Tr3原边上电压的大小,Tr3的副边通过D5、D6全被整流和电感L滤

波后输出+24V电源,用以供给负载,其输出电流可达10A以上。

稳压作用是通过运算放大器A1组成的PID调节系统来实现的,运算放大器A1的同相输入端接基准电压VREF,运算放大器A1的反相输入端接到+24V输出电压通过R3、R4的分压电阻上,A1的输出经T1、T2电流放大后加到Tr2的原边L1上。该电流做为Tr2的直流激磁电流,利用调节该电流的大小来改变Tr2的副边L2的电抗,从而调节加到Tr3原边上电压的大小,也即可调节输出电压。其调节过程如下:当由于某种原因使输出电压+24V升高,则加到运算放大器A1相反输入端的电压也升高,于是,使得A1的输出电压降低,T3和T4的基极电位都同时降低,T3的射极电流减小,流过Tr2中L1的直流激磁电流也减小,L2呈现的阻抗增大,Tr3原边上的电压减小,感应到副边上的电压也随之降低,故经整流滤波后的+24V输出电压也降低,以维持输出电压稳定。反之,A1的输出电压升高,T3的射极电流增大,L1的激磁电流增大,L2的阻抗减小,Tr3的原边电压升高,副边电压也升高,经整流滤波后使得输出电压维持稳定。

2.2 保护电路的工作过程

R23为电流检测电阻。当电路正常工作时,检测电阻R23上的电压很小,A2组成的差动式放大电路的差动输入信号近乎为零,故其输出也为零,比较器的输出也为零,二极管D10截止,三极管T3、T4也处于截止状态,二极管D9因阴极电位高于阳极电位,故D9截止,保护电路不工作,电路处于正常工作状态。当负载电流超过限定值或出现负

载短路时,检测电阻R23上的压降增大,该信号加到差动放大器A2输入端,放大器A2输出正电压,其值大于基准电压,比较器A3输出正电压,D10导通,该信号加到T5和T6组成的正反馈电路,使得T5迅速导通,D9导通,使得T4基极电位降低,T4和T3处于截止状态,Tr2的L1中无直流激磁,L2呈现高阻抗,阻塞振荡器的输出电压全部降在L2上,Tr3的原边电压几乎为零,于是,直流输出电压也为零,从而起到过流保护作用。

3 电路的特点

(1)电路结构简单,调整方便,调节精度高,运行可靠。(2)电路采用运放组成的PID调节,可连续调节电抗器的激磁电流,以改变电抗的大小,从而改变加到变压器Tr3原边电压的大小,起到稳压作用,故而调节精度高,响应速度快。(3)过流保护电路中,具有T5和T6构成的正反馈,故动作灵敏。过流保护的整定值的调节也极为方便,只需改变A2的放大倍数即可实现。

4 实验数据

(1)负载特性(输入电源电压220V):当负载电流从0～10A变化时,输出电压变化为24.05～23.95V。(2)电压调节特性(负载电流为5A):当电源电压从110～230V变化时,输出电压变化为23.82～24.03V。(3)过流保护特性:采用如图所示的电路参数,其过流保护的整定值为15A。

5 工程实践

本电源应用在天津奥林匹克中心体育场、天津子牙循环经济产业区服务大厦等高层建筑火灾自动报警系统中,经过长期运行均达到系统可靠,运行稳定的良好效果。