關于大功率精密測試電源設計的設想

王衛永　黃曉明

【摘 要】本文針對目前測試電源存在的幾種常見問題提出了針對性的解決方案。

【關鍵詞】測試電源 自激 失真度 功放

目前測試電源存在的技術問題,如帶容性負載和非線性負載出現自激、失真度大、功放發熱量大,效率低、易燒壞功放管等。針對功放的這些技術問題進行徹底的解決,現提出以下可行性方案,解決以上技術問題。

一、自激和失真度大問題

自激和失真度是關聯的,自激時失真度隨之變壞,帶非線性負載時,由于電流的非正弦變化,在線路上產生壓降,也產生電壓的失真。自激是由于放大的閉環增益大于1時,某一個頻率會移相,使之正好反向形成了正反饋,還有一種是布線上寄生電容電感形成小幅自激,減小失真度可以通過提高負反饋量來改善。

直流負反饋不存在相位問題,是解決自激問題的一種辦法。直流負反饋放大器的數學模型和數學算式如下。

由圖和數學算式可以看出,輸出Uout主要由K和F決定,前饋信號uq和反饋信號uf是反相的,經比較求和,決定輸入電壓ui相乘的系數(F+uq+uf),此系數變化反映了輸出電壓誤差量的大小,由此補償輸出電壓的誤差。以上是放大器的數學模型,要用物理器件來實現,擬定出以下電路,前饋電路和反饋電路仍保持原電路,整流電路用運放精密整流,比較求和電路用運放求和電路,如果前饋信號uq取自CPU板上的0832的基準,可直接將前饋信號uq接求和運放的正相端,求和電路兼有濾波作用,輸出反映輸出電壓誤差的直流,此直流要與輸入信號ui相乘,乘法可通過兩種途徑來實現,一種是用專用乘法器AD633;另一種是用分立元件,做一個帶恒流源的差分放大器,用直流去控制差分電路的恒流源大小,也可以實現乘法作用,最后視情況而定。

二、功放效率的問題

乙類功放最大輸出功率Pom=1/2Vcem*Icm

電源輸出功率 Pem=2/πEc*Icm

其效率η=Pom/Pem=π/4*Vcem/Ec

由式子可得:當輸出電壓的最大值與供電電壓Ec相等時,Vcem/Ec=1(忽略管子的飽和壓降),其效率最大是:π/4=78.5%。

所以,功放供電電壓根據負載大小調整是提高功放效率的一種方法。現擬定一個檢測功放輸出電壓大小區間電路,將功放輸出電壓整流濾波,送去電壓大小區間比較電路,判斷功放輸出電壓的大小,確定功放供電電壓的切換,從而實現根據功放輸出電壓大小來分檔調整功放供電電壓。檢測功放輸出電壓大小區間分8檔(視試驗情況而增減),去切換供電變壓器交流電壓檔位。

三、過壓過流及過熱的保護問題

電壓源采用過流檢測保護,因為電壓源恒壓不恒流,過載時以過流表現,從功放電流反饋電阻上檢出過流信號時,切斷功放供電。電流源采用過壓檢測保護,因為電流源恒流不恒壓,過載時以過壓表現,通過分壓電阻檢出過壓信號時,切斷功放供電。過熱的保護可用溫控開關測量散熱塊的溫度,當溫度過高時切斷功放供電或開啟散熱風扇。

四、功放管的保護問題

功放管的燒壞因素很多,二次擊穿是較多的原因,二次擊穿是雙極型三極管特有的現象,是指三極管的Uce電壓大到一定程度,首先雪崩擊穿(一次擊穿),此時如不超過功放管的功耗,管子仍然是安全的,如電流再增大,三極管會出現電壓Uce突然驟降和電流Ic驟升的負阻性現象,管子立即燒壞,即為二次擊穿,這一過程極快。二次擊穿的電壓與三極管的電流有關,三極管的電流大,二次擊穿的電壓就低,還與散熱有關。

采用每個功放管加保險,這種加保險方式的相應是否快,能否起到保護作用還有待驗證。還有一種方法是在功放管和推動管的基極與集電極加個嵌位穩壓管,起到抑制浪涌電壓引起的二次擊穿。

綜上所述,采取上述方法之后相信可以對測試電源的性能有極大的提高,但具體應用情況及詳細數據有待進行試驗并完善。

參考文獻:

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