一款隔離調(diào)壓式交流電源的電路設(shè)計(jì)以及應(yīng)用

交流電源(如單相220 V)，是電子儀器設(shè)備工作主要的供電電源。在電子儀器設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與質(zhì)量檢驗(yàn)過程中，特別是進(jìn)行結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)的動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)中，會(huì)因?yàn)楸粰z測(cè)儀器設(shè)備內(nèi)部存在的不良問題而產(chǎn)生漏電、短路等故障。在利用自耦調(diào)壓器進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，由于接線不正確，使用不合理，也會(huì)出現(xiàn)“被電”現(xiàn)象。上述情況，如果沒有很好保護(hù)方法和措施，導(dǎo)致被檢測(cè)儀器設(shè)備和所使用檢測(cè)設(shè)備被“觸電”而被損壞，同時(shí)也給試驗(yàn)、操作使用人員帶來人身危險(xiǎn)。為此，文中研究了一種“隔離調(diào)壓式交流電源”，提出了相應(yīng)設(shè)計(jì)與制作方法，對(duì)于解決上述類似不安全問題，具有重要作用。

原理設(shè)計(jì)

文中以穩(wěn)壓電源設(shè)備進(jìn)行“在線模擬公路運(yùn)輸試驗(yàn)”為例，來說明“隔離調(diào)壓式交流電源”設(shè)計(jì)的原理。穩(wěn)壓電源設(shè)備是以單相220 V交流電作為供電電源，直流穩(wěn)壓輸出+22 V，最大輸出功率220 W(22 V，10 A)，對(duì)其進(jìn)行在線模擬公路運(yùn)輸試驗(yàn)，就是在模擬振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行帶電試驗(yàn)，從而模擬檢驗(yàn)運(yùn)輸狀態(tài)下的技術(shù)性能與安裝質(zhì)量。

1、功能指標(biāo)設(shè)計(jì)

分析可知，穩(wěn)壓電源設(shè)備工作所需用供給電源是單相220 V/50 Hz交流電，并且要求輸入的功率大于220 W。由于穩(wěn)壓電源設(shè)備的直流穩(wěn)壓性能要求比較高，因而對(duì)單相220 W50Hz交流電變化的適應(yīng)能力比較強(qiáng)，要求變化在180～260 V范圍內(nèi)。同時(shí)考慮到使用自耦調(diào)壓器的安全要求，在保證試驗(yàn)、保證安全的情況下，給“隔離調(diào)壓式交流電源”設(shè)計(jì)提出了以下功能與技術(shù)指標(biāo)要求：

1)分別提供220 V/50 Hz交流市電電源和可調(diào)的交流電源；

2)輸出的220 V/50 Hz交流市電，功率≥1 000 W；

3)輸出的可調(diào)交流電壓范圍為0～260V；輸出功率≥300W；

4)具有輸入電壓、輸出電壓指示和輸出電流顯示；

5)要求具有漏電、過載保護(hù)功能；

6)輸入、輸出插頭、插座安裝固定牢靠。

2、原理設(shè)計(jì)

按照“隔離調(diào)壓式交流電源”設(shè)計(jì)提出的功能與技術(shù)指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)原理如圖1所示?；驹恚簡蜗嗍须?20 V/50 HZ電源，經(jīng)漏電保護(hù)器、電源開關(guān)S1、保險(xiǎn)絲接至自耦調(diào)壓器B1輸入端，又通過調(diào)節(jié)端輸出到隔離變壓器B2輸入端；B2匝數(shù)比為1：1，則輸出與輸入相同的電壓;然后經(jīng)電流表輸出到負(fù)載RFZ。電壓表通過開關(guān)S2轉(zhuǎn)換顯示輸入、輸出電壓。同時(shí)在原理電路中加入了漏電保護(hù)器。

電源開關(guān)S1的作用是控制兩路交流電源的輸出。當(dāng)S1接至上端，“隔離調(diào)壓式交流電源”輸出市電;當(dāng)S1接至下端，則輸出可調(diào)0～260 V的交流電壓。離變壓器B2，實(shí)現(xiàn)輸出可調(diào)電壓與輸入市電電源絕緣隔離；通過調(diào)節(jié)自耦變壓器B1達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。C1選擇容值0.47 μF，耐壓500V主要是為了濾除調(diào)整B1時(shí)產(chǎn)生的高頻干擾諧波。

3、安全分析

保險(xiǎn)絲加在了“隔離調(diào)壓式交流電源”自耦調(diào)壓器的輸入端，根據(jù)輸出功率大小，選定合適規(guī)格的保險(xiǎn)絲；當(dāng)負(fù)載過大時(shí)，保險(xiǎn)絲熔斷，達(dá)到保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備的目的。

采用匝數(shù)比為1：1的變壓器，實(shí)現(xiàn)與單相市電的絕緣隔離；制作合適的變壓器，并且初次級(jí)絕緣強(qiáng)度高，即滿足輸出功率要求，又能夠避免由于火線、零線、地線接錯(cuò)而帶來的不安全問題。

運(yùn)用漏電保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)；當(dāng)試驗(yàn)中由于儀器設(shè)備出現(xiàn)故障或人；員操作不當(dāng)發(fā)生漏電、觸電問題時(shí)，漏電保護(hù)器及時(shí)工作，斷開市電電源，以保證儀器設(shè)備及試驗(yàn)人員的安全。

“隔離調(diào)壓式交流電源”設(shè)計(jì)中，具有上述3種安全措施，既保證有效進(jìn)行試驗(yàn)，又增強(qiáng)了試驗(yàn)過程的安全性。

器件設(shè)計(jì)與選用

按照“隔離調(diào)壓式交流電源”設(shè)計(jì)指標(biāo)與功能要求，主要以輸出可調(diào)交流電壓的原理為主，研究設(shè)計(jì)和選用器件，為了保證性能和質(zhì)量，針對(duì)所用器件做出以下設(shè)計(jì)與選擇。

1、隔離變壓器

變壓器：它在電力系統(tǒng)中的重要作用是變換電壓，以利于功率傳輸。變壓器在磁通的作用下，兩側(cè)的線圈分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，電勢(shì)的大小與匝數(shù)成正比。變壓器原、副線圈匝數(shù)不同，這樣就起到了變壓作用。