直流穩壓電源的研究與實現

摘 "要： 在現代許多通信設備中都需要電源系統供電的質量與穩定性。介紹了直流電源的結構和工作原理，它主要由直流穩壓擴流電路、軟啟動與過流保護電路、不間斷供電電路、自動檢測控制電路和報警電路組成，這種備用電源可以使交換機在斷電狀態下持續工作8個小時，保證通話不受外界電壓干擾。該設計具有結構簡單，成本低廉，工作性能穩定可靠的特點。

關鍵字： 直流穩壓電源; 過流保護; 自動檢測控制; 蓄電池

中圖分類號： TN710?34 " " " " " " " " " 文獻標識碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號： 1004?373X（2015）06?0153?03

Research and implementation of DC regulated power supply

CHEN Wan?li， ZHOU Ming?liang， JIA Yu?fei

（Huanghe S amp; T College， Zhengzhou 450063， China）

Abstract： In many modern communication equipments， stability and quality of power supply are required in the power system. The structure and working principle of the DC power supply are introduced in this paper. It is mainly composed of DC stabilivolt expanding current circuit， soft start and overcurrent protection circuit， uninterrupted power supply circuit， automatic detection control circuit and alarm circuit. The standby power supply can make a exchanger keep working in another eight hours in power off condition， and ensure calls not to be interfered by the voltage from the outside world. This design has the characteristics of simple structure， low cost， stable and reliable working performance.

Keyword： DC stabilized power supply; overcurrent protection; automatic examination control; battery

0 "引 "言

現代電子設備是一個極為復雜的電子系統，在一些重要的系統、設備或儀器中，要求供電系統不能中斷供電，例如通信、防盜、醫療、科研系統等的供電，假如一旦發生斷電，將會發生一系列的事故。 本文介紹了一種主要針對市電在停電或電壓不穩定時，使用的直流穩壓電源，其為程控交換機提供備用電源，以保障其能持續供電8個小時，從而保證通話質量不受影響。它有軟啟動和過流保護功能，對蓄電池具有自動檢測功能，能夠防止過充過放現象。延長了交換機的使用壽命。

1 "系統設計方案設計[1]

系統原理框圖如圖1所示。

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圖1 系統原理框圖

2 "系統各部分電路原理簡介

2.1 "變壓器

變壓器是將市電轉變成所需要的交變電壓。電源的質量直接影響著備用電源的性能和使用壽命，因此變壓器的選擇也尤為重要，本次設計電路輸出負載電壓為5 V（后續電路元件電壓及蓄電池充電上限電壓總和），額定電流為1 A，所以其負載功率為5 W，考慮到變壓器工作在70%的容量時最佳，所以使用7 W的變壓器即可適合。

2.2 "整流濾波電路

整流電路將交流電轉換成直流電。再經濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓。本電路采用單向橋式整流電路，電路圖見圖2。

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圖2 單向橋式整流電源

在單相橋式整流電路中，選擇ICZ20。其主要參數：額定平均電流20 A;最大整流電流時和正向電壓壓降為0.45～0.65 V，最高反向電壓下的反向電流平均值≤6 mA完全可以適應要求。

濾波電路可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓各濾波電容C滿足C≥2.5[TRL，]其中T為輸出交流信號周期，RL為整流濾波電路的等效負載電阻[2]。濾波電路見圖3。

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圖3 電解電容濾波電路圖

2.3 "過流保護電路

如圖4所示，由于晶體管都是工作在線性狀態，靜態Q點處在飽和﹑線性和截至區域，在電流正常時（lt;1 A），電阻R1產生的電壓使晶體管BG1導通，而電阻R2，R3產生的壓降還不足以使晶體管BG2導通，所以電流經R2，R3后經并聯晶體管擴流。在電流慢慢的達到1 A 左右時，流經R2，R3的壓降使晶體管BG2降漸漸處于線性接近飽和的區域，使得流過晶體管BG1的電流減小，電阻R8的壓降降低，并聯晶體管BG3，BG4，BG5，BG6處于線性區域。在電流超限（gt;1 A）時，電阻R2，R3上的壓降使晶體管BG2導通，電阻R1被短路，這樣降低了晶體管BG1的基極電位，使得BG1截止，電阻R8上沒有壓降，并聯晶體管的基極因為沒有偏置電壓而截止，停止擴流，達到保護擴流管作用。

2.4 "直流穩壓擴流電路

本文設計的穩壓電路是為了給整個系統提供穩定的直流電壓，平滑的直流電不能滿足交換機對直流電源的需要，穩壓電路的作用是讓輸出的直流電壓在市電電壓或負載電流發生變動時保持穩定。所采用的穩壓器輸出電流太小，不能滿足負載所需的電流，所以采用晶體管并聯擴大輸出電流。電路由三端可調輸出穩壓器LM317及并聯晶體管來實現。

本文中擴流電路采用的是四只晶體管BU508A（BU508A所允許通過的最大電流15 A）并聯使用，均流電阻Re=0.1 Ω，R4，R5，R6，R7形成電壓串聯負反饋電路。負載所需的電流≤10 A，所以接四只晶體管，每只晶體管通過的電流≤2.5 A，所用擴流管電流應不小于7.5 A，這樣安全系數為3，電路的安全系數越高，使電路供電質量越好[3]。過流保護和擴流電路見圖4。

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圖4 過流保護和擴流電路

2.5 "軟啟動電路

電路在接入瞬間會產生很大的脈沖電流，這樣會對電路中的電子元件和蓄電池造成損害，使其性能和使用壽命大大降低，所以要設計本電路，使得電路中的電壓和電流緩慢的上升到額定值[4]。軟啟動電路如圖5所示。

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圖5 軟啟動電路

2.6 "單向導通器

本設計是為了防止蓄電池電流倒灌對前幾個單元電路中的元器件造成損害而設計，實際上它是一個二極管橋式整流電路，但是，不是用它的整流功能，而是用它的單向導通功能，它可以通過大電流，如果單接一個二極管可能會因大電流而燒壞，失去單向導通性。

2.7 "不間斷供電電路

本設計是在交換機市電供電突然中斷，或是市電電壓突然降低，交換機的電源由市電切換至備用電源，并在市電恢復正常時，將負載切換至市電。切換過程中，要求無時間差。其實現方法見圖6。

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圖6 不間斷供電電路

2.8 "控制電路設計

本次設計采用LM339電壓比較器，通過采樣蓄電池的端電壓和基準電壓來比較，以輸出高低電平來控制繼電器動作。此部分電路主要由三部分組成，一是電源部分，二是過充檢測控制電路，三是過放檢測控制電路。電源部分是由晶體管BD235和270 Ω/4 W的電阻組成的共集電極電路（輸出電阻小，具有典雅跟隨的特點）和兩個串聯12 V穩壓二極管組成。

24 V電壓的確定是為了滿足24 V繼電器和電壓比較器LM339的工作電壓，所以由蓄電池組通過的電壓經270 Ω/4 W的大功率電阻降壓，1 kΩ R13為晶體管BD235提基極偏置電壓，使BG8導通，形成電壓跟隨器，兩個串聯的12 V穩壓二極管將電壓穩定在24 V，而接兩個12 V的穩壓管是為了給電壓比較器LM339一個參考電壓[5]。圖中所接的電容為濾波電容，控制電路設計如圖7所示。

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圖7 聲光報警電路

過充控制電路部分所接的繼電器為24 V常開型繼電器，電壓比較器則是比較蓄電池充電電壓是否達到所限定的上限值，若達到控制繼電器動作，閘刀閉合，給蓄電池充電，當充到所規定的穩定電壓時，控制繼電器斷開。過放控制電路部分主要是同過電壓比較器LM339來檢測蓄電池組因放電是否到了規定值而過放，若過放，控制繼電器動作，閘刀斷開，停止放電;若蓄電池組的電壓回到穩定電壓則控制繼電器閉合，處于放電狀態。這里所接的繼電器為24 V常閉型繼電器[6]。

2.9 "聲光報警電路

作用是在蓄電池因放電而電壓下降，到達限定值時，根據檢測電路傳來的信號報警，時長1 min。聲光報警電路見圖8。

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圖8 控制電路設計圖

2.10 "蓄電池選擇

目前通信電源所帶的蓄電池大多是先進的閥控式密封鉛酸蓄電池，它可以做到免維護或少維護，無環境污染，是當前較為理想的蓄電池。本設計采用的就是48 V 100 Ah的蓄電池組。由于本設計為負載提供的是48 V，≤10 A且時長為8 h的供電，選擇100 A·h的容量是為了保證蓄電池在正常工作后留由余量。

3 "結 "語

本次設計的不間斷直流電源，主要是由硬件電路組成的，重點是備用電源的大功率部分和對蓄電池充、放電上下限的控制，還有電路的過流保護和軟啟動單元電路。保證蓄電池在市電中斷后能提供8 h的供電，盡可能地減小由于蓄電池的使用不當所帶來的損失。通過調試后，本設計實現了設計的要求，可以實現設備的供電要求。

參考文獻

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