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0~200V连续可调线性稳压电源
来源:电子设计应用08年第一期 作者:■ 沈阳工业大学 陈之勃 辽宁工业大学 陈永真 2008/2/1 0:00:00 人气:1259
内容导读:

摘要:本文提出了常规线性可调稳压电源在输出电压切换时出现的输出电压上冲问题,和应用UC3832作为控制芯片的连续可调线性稳压电源的设计思路,以及如何克服UC3832的电源电压限制输出电压的电路设计思路。

关键词:UC3832;输出电压过冲;参考电位

引言

通常的线性稳压电源的大范围调节除需要精确调节的电位器外,还需要输出电压粗调的转换开关,以切换变压器输出绕组的电压,减小调整管的损耗并切换采样电阻,从而减小电压调节电位器的电压调节范围,保证输出电压的调节精度。但存在的问题是:在大范围调节时需要通过变换电压粗调节的转换开关实现,在转换过程会出现输出电压的过冲。如某稳压电源从9.36V转换到4.48V的瞬间,输出电压从9.36V跃升到10.40V,尽管是将输出电压向低调节,但还是出现了电压过冲,如图1所示。这样,在电路接在稳压电源输出端时,可能会因为换挡造成输出端所接的电路因过电压损坏;另外,通常的可调线性稳压电源多为0V~30V,如为36V(30V~43V)、48V(40V~65V)和110V(85V~150V)电压等级的电路供电则需至少两路或两路以上的电源串联,给应用带来很多不便;通常的可调线性稳压电源多采用截止型或减流型过电流/短路保护,在恒流或冲击性负载时不能全载启动,甚至可能出现在瞬时的电流冲击下,过电流保护而掉电的现象。为此,本文提出具有限流/截止交替型过电流/短路保护功能的0~200V全范围连续可调线性稳压电源。

图1 稳压电源换挡过程产生的电压过充

功能的确定

采用多圈电位器在0~200V全范围连续调节,使得调节过程不会出现输出电压突变;具有输出限流/截止交替型过电流/短路保护功能,可以在恒流或冲击性负载条件下全载启动;具有预稳压功能,以尽可能减小调整管的损耗。

过电流/短路保护的实现

限流/截止交替型过电流/短路保护方式,具有限流型保护,且可以全载恒流启动、自动重启动和截止型保护状态的低功耗线性稳压电源的所有优点。其基本思路是:在启动过程中或电路进入电流/短路保护方式时,稳压电源首先进入限流保护状态,以确保在恒流型全载或冲击性负载时能顺利启动,通常这个过程仅需要很短时间(1ms~100ms),不致达到损坏电源调整管的程度。当输出电压达到稳压值以后,由于输出电流已回落到限流值以下,电路退出限流功能,稳压电源进入正常工作状态;如出现过电流则保护电路首先进入限流保护状态,以消除瞬时冲击电流的影响。如在限定时间内仍处于过电流状态,则保护电路认定为故障过流,并进入截止型保护状态。过一段时间后(如限流保护限时的20~30倍的时间)重新恢复限流保护状态,如此时负载恢复正常,则稳压电源应能正常启动;如过电流故障依旧,保护电路则再一次进入截止状态,周而复始,如图2所示。

图2 限流/截至交替型过电流保护的原理及主要波形

解决方案的基本思路

控制电路的选择

为实现限流/截止交替型过电流/短路保护方式,并且保证电源调整管的低输入/输出压降,最简单的实现方式是应用线性稳压电源专用控制芯片UC3832。原理框图和简单应用电路如图3所示。

图3 UC3832原理框图及应用电路

存在的问题与解析

本文所需要解决的问题是:UC3832的极限工作电压为40V,因此,按图3实现电路的最高输入电压仅能达到33V(还需扣除辅助电源的7V),尽管可以满足0~30V的稳压范围,但绝不会达到40V以上的稳压电源工作需求。因此需要在图3电路的基础上加以改进,使其能够适合40V以上的输出电压。

图3电路的输入电压不能超过33V的原因是:UC3832的相关引脚与输入的正、负两端相连,使UC3832承受电压为整个输入电压和辅助电源电压之和。

能否在充分利用UC3832的优点的基础上,改进电路拓扑,使UC3832可以满足任意高的输入电压。这就是应用UC3832实现输出电压高于33V稳压电源的关键之处。

解决问题的思路

可以采用非常规的电路形式,使UC3832避开过高的输入电压应力。其基本实现思路是:改变UC3832接线方式,使UC3832的相关引脚与稳压电路的某一点,而不是两点或两点以上相连接,这样,UC3832所承受的电压将仅仅是为UC3832供电的电源电压,不再承受输入电源电压。

接下来的问题就是UC3832的相关引脚与稳压电路的哪一点相连。这一点不仅要使UC3832能检测到输出电压,而且还要方便地控制输出电压调整管,实现输出电压的调节与稳定。因此,这个稳压电路的某一点只能接“参考公共端”,这个“参考公共端” 只能是电源调整管的源极(发射极),即输出正端。由于“参考公共端”由原输出负端改变到输出正端,因此,电路的其他部分也需作相应的改动,即:

①:UC3832的正电源引脚电位比输出端电位高8V;

②:UC3832的“公共端”引脚电位比输出端电位低5V,并且作为基准电压的一部分;

③:误差放大器的同相端接输出电压检测,反相端接UC3832的内部基准端;

④:检测电阻的负端接低于输出负端2.5V的参考电压;

⑤:调节输出电压的电位器由原来接输出正端和误差放大器输入端变为接输出负端与误差放大器输入端;

⑥:调节输出电压的电位器采用4个多圈电位器串联,以保证输出电压的调节精度。

修改后的电路如图4所示。

连续调节的实现

线性稳压电源输出电压的连续调节需要考虑以下问题:如何保证输出电压的调节精度,解决的方法是调节输出电压的电位器采用4个多圈电位器串联,如图4所示。这样调节精度将与现有的线性稳压电源的精度相同。

图4 0~200V连续可调线性稳压器电源电路原理

预稳压的实现

要使电源调整管的损耗尽可能小,可以采用检测输出电压,根据不同的输出电压将整流器切换到合适的变压器次级电压。可以采用比较器驱动相应的继电器切换变压器次级抽头。这里不再赘述。

测试结果

由于采用了性能优异的UC3832作为控制电路,可以精确地实现输出电压的调节,分辨率可以接近1mV;输出纹波电压小于0.2mV;通过采用大容量整流滤波电容器,使源效应几乎为零;负载效应,在25%~75%变化时小于1mV。■

参考文献:

1. UNITRADE. PRORCT& APPLICATIONS HANDBOOK.1993-1994, PP.9-189-9-198

2. 陈永真等,UC3832改善线性稳压电源的性能,电子设计应用,2005.1

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