一種基于功率放大器的恒流源設(shè)計

在斷路器可靠性試驗設(shè)備中，試驗電源的穩(wěn)定、精確是保證測試可靠的基礎(chǔ)。否則，無論是在斷路器出廠試驗還是型式試驗中，都會因為測試電源的波動使校驗后的產(chǎn)品存在著合格品被判為不合格，而不合格品被判為合格的可能。傳統(tǒng)恒流源制作是利用二極管、三極管、集成穩(wěn)壓源的特性制作的參數(shù)穩(wěn)流器、串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)流電源、開關(guān)穩(wěn)流源等，但往往存在著輸出電流范圍小、穩(wěn)流精度不高、效率較低、可靠性較差、輸出紋波大等缺點。我們設(shè)計了一種基于AT89C51的恒流源控制系統(tǒng)，電流輸出0100A，電流精度≤2%，電壓輸出15V，能實現(xiàn)快速、高精度、靈活、多功能的控制要求，在斷路器可靠性試驗中提供了穩(wěn)定、精確的試驗電源。
　　
主電路的組成
主電路是由電壓電流調(diào)節(jié)電路，升流變壓器，電流檢測反饋電路，輸入控制和顯示等幾部分電路構(gòu)成的，以上各個模塊都是由AT89C51來控制的，其總體構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1 電壓電流調(diào)節(jié)電路
電壓調(diào)節(jié)模塊主要由變壓器和DS1267數(shù)字電位器構(gòu)成，單個DS1267可調(diào)精度最大為16位，可知單次最小變化量為1/512，對于220V電壓來說基本可認(rèn)為是線性關(guān)系，符合恒流源的電壓調(diào)節(jié)精度。電流調(diào)節(jié)模塊主要由TDA2030芯片和大功率晶體管2SA1302、2SC3281組成的。其中，2SA1302與2SC3281組成推挽功率放大結(jié)構(gòu)，為了增加輸出電流，采用了兩路相同結(jié)構(gòu)的并聯(lián)電路，其電路如圖2所示。

圖2 推挽功率放大電路

圖2中，當(dāng)輸入電壓信號時，由于IN4001兩個二極管的動態(tài)電阻很小，且R2的阻值較小，可以認(rèn)為2SA1302管基極電位的變化與2SC3281管基極電位的變化近似相等，兩個基極的電位隨輸入電壓uin產(chǎn)生相同的變化。當(dāng)處于輸入信號的正半周，且uin逐漸增大時，2SA1302管基極電流隨之增大，發(fā)射極電流也必然增大，負(fù)載電阻(即升流變壓器)RL上得到正方向的電流；當(dāng)uin減小到一定數(shù)值時，2SC3281管截止。因此輸入信號的正半周主要是2SA1302管發(fā)射極驅(qū)動負(fù)載。同樣道理，負(fù)半周期主要是2SC3281管發(fā)射極驅(qū)動負(fù)載。

2 升流變壓器
本試驗要求產(chǎn)生0～100A的大電流，考慮到本電流源用于斷路器在線檢測，斷路器觸點接觸電阻是15mΩ，這樣在負(fù)載上消耗的功率應(yīng)該為P=I2R=1002×0.015=150W。負(fù)載消耗功率150W，考慮變壓器效率及功率裕度，我們選用升流變壓器的額定容量為500VA。