节能型交流稳压电源设计

　　在无线电通讯、电子测量、自动控制、电子计算机等许多设备中，供电电源必须具备稳定的电压。但我国的供电电压的波动范围相当大，这就需要在用电设备与交流供电电网之间加设交流稳压设备，以确保在供电电网的电压一旦超出规定范围后，经交流稳压设备馈送给用电设备的实际交流电压仍稳定在规定范围内。另外，稳压器的电源变压器在使用过程中，并非连续有负载，且空载时间较长，稳压电源存在无功损耗，日积月累，是不可忽视的能源浪费，增加了用户开支。因此，设计节能型交流稳压电源很有实际意义。
   
   　　1　稳压电路
   
   　　1.1　继电器控制部分和变压器部分
   　　输入电压的波动范围为-25%～+10%，输出电压要求在220×（1±0.05）V范围内。将输入电压分为5档，可提高输出电压的精度。根据不同的波动率得到相应的输入电压，其对应值分别为：
   　　165V（下降25%），176V（下降20%），198V（下降10%），209V（下降5%）和242V（升高10%）。
   　　继电器控制部分和变压器原理如图1所示。
   
   　　
   
   　　当输入电压为165V时，继电器J1、J2、J3、J4的主触头全部吸合，此时自耦变压器为升压变压器，根据一定的匝数比，使得输出电压为220V;当输入电压为176V时，J1释放，J2、J3、J4吸合，仍作为升压变压器；当输入电压为198V时，J1、J2释放，J3、J4吸合；当输入电压为209V时，J1、J2、J3释放，J4吸合；当输入电压为242V时，J1、J2、J3、J4全部释放，此时为降压变压器。变压器电路的输入、输出电压数据如表1所示：
   
   　　
   
   　　1.2　稳压控制电路
   　　稳压控制电路如图2所示（图中方框B，C，D各框内电路与方框A同）。市网电压经IN4004整流，由320k8电阻降压限流，47LF电容滤波，电阻R2与电位器R3（22k8）分压，取采样信号，采样电路与LM393的“-”端相接，基准电平与LM393“+”端相接。当采样电压大于基准电压时，即LM393“-”端电压高于“+”端电压，LM393输出低电平，MC1413输入低电平，输出高电平，继电器则不动作（释放）。当采样信号低于基准电平时，LM393输出高电平，MC1413输出低电平，继电器动作（吸合）。
   
   　　
   
   　　2　节能电路
   
   　　节能电路如图3所示，由5个IN5404硅整流管（D3～D7）构成识别电路。当有负载时，回路电流将流经IN5404，在A，B两点产生1.2V的交流电压，再经IN4148整流，电容滤波，电阻限流，给MC1413引脚7输入正偏压（高于门限电压），MC1413输出低电平，引脚10的继电器J5工作（吸合），用此继电器来控制自耦变压器的接地回路。当无负载时，A，B端无电压，MC1413引脚7为低电平，MC1413引脚10输出高电平，继电器释放，断开自耦变压器的接地回路，减少无负载时线圈内电流的无功损耗。
   
   　　
   
   　　在无线电通讯、电子测量、自动控制、电子计算机等许多设备中，供电电源必须具备稳定的电压。但我国的供电电压的波动范围相当大，这就需要在用电设备与交流供电电网之间加设交流稳压设备，以确保在供电电网的电压一旦超出规定范围后，经交流稳压设备馈送给用电设备的实际交流电压仍稳定在规定范围内。另外，稳压器的电源变压器在使用过程中，并非连续有负载，且空载时间较长，稳压电源存在无功损耗，日积月累，是不可忽视的能源浪费，增加了用户开支。因此，设计节能型交流稳压电源很有实际意义。
   
   　　1　稳压电路
   
   　　1.1　继电器控制部分和变压器部分
   　　输入电压的波动范围为-25%～+10%，输出电压要求在220×（1±0.05）V范围内。将输入电压分为5档，可提高输出电压的精度。根据不同的波动率得到相应的输入电压，其对应值分别为：
   　　165V（下降25%），176V（下降20%），198V（下降10%），209V（下降5%）和242V（升高10%）。
   　　继电器控制部分和变压器原理如图1所示。
   
   　　
   
   　　当输入电压为165V时，继电器J1、J2、J3、J4的主触头全部吸合，此时自耦变压器为升压变压器，根据一定的匝数比，使得输出电压为220V;当输入电压为176V时，J1释放，J2、J3、J4吸合，仍作为升压变压器；当输入电压为198V时，J1、J2释放，J3、J4吸合；当输入电压为209V时，J1、J2、J3释放，J4吸合；当输入电压为242V时，J1、J2、J3、J4全部释放，此时为降压变压器。变压器电路的输入、输出电压数据如表1所示：
   
   　　
   
   　　1.2　稳压控制电路
   　　稳压控制电路如图2所示（图中方框B，C，D各框内电路与方框A同）。市网电压经IN4004整流，由320k8电阻降压限流，47LF电容滤波，电阻R2与电位器R3（22k8）分压，取采样信号，采样电路与LM393的“-”端相接，基准电平与LM393“+”端相接。当采样电压大于基准电压时，即LM393“-”端电压高于“+”端电压，LM393输出低电平，MC1413输入低电平，输出高电平，继电器则不动作（释放）。当采样信号低于基准电平时，LM393输出高电平，MC1413输出低电平，继电器动作（吸合）。
   
   　　
   
   　　2　节能电路
   
   　　节能电路如图3所示，由5个IN5404硅整流管（D3～D7）构成识别电路。当有负载时，回路电流将流经IN5404，在A，B两点产生1.2V的交流电压，再经IN4148整流，电容滤波，电阻限流，给MC1413引脚7输入正偏压（高于门限电压），MC1413输出低电平，引脚10的继电器J5工作（吸合），用此继电器来控制自耦变压器的接地回路。当无负载时，A，B端无电压，MC1413引脚7为低电平，MC1413引脚10输出高电平，继电器释放，断开自耦变压器的接地回路，减少无负载时线圈内电流的无功损耗。
   
   　　
   
   　　3　自耦变压器的设计
   
   　　设计自耦变压器需计算容量、铁芯截面积、各绕组匝数及漆包线径等参数。
   
   　　4　设计实例
   
   　　据上述设计电路制造出容量为1kVA的稳压电源，其主要技术指标如下：输入电压范围165～265V，输出电压230×（1±0.05）V，铁芯截面积22.4cm2，铁芯外廓32mm×70mm，每伏2.4匝，电磁功率线径为0.69～0.75mm，传导概率线径为1.08～1.15mm，每伏磁通量密度为2.43TV.
   
   　　5　结束语
   
   　　本文设计的节能型交流稳压电源，主要特点是通过改变自耦变压器抽头实现稳压器的波形不失真。经样机实验，调试已获得成功，说明该设计方案是可行且可靠的。