教學(xué)實(shí)驗(yàn)用電源的特點(diǎn)及檢測(cè)保護(hù)電路

摘要：介紹教學(xué)實(shí)驗(yàn)用電源的特點(diǎn)，單表法自動(dòng)檢測(cè)，新穎的過(guò)流及短路保護(hù)電路。關(guān)鍵詞：I/V檢測(cè)轉(zhuǎn)換電源檢測(cè)保護(hù)

1教學(xué)試驗(yàn)電源的特點(diǎn)

作為學(xué)校教學(xué)用的實(shí)驗(yàn)電源是電源技術(shù)中的一個(gè)很重要的分支。近年來(lái)，開(kāi)關(guān)電源、線性穩(wěn)壓電源發(fā)展很快，但教學(xué)用試驗(yàn)電源卻由于各種原因沒(méi)能得到更新，仍然是傳統(tǒng)的電源。從而在性能、應(yīng)用上都受到限制。特別是電壓和電流的檢測(cè)方法存在著三個(gè)問(wèn)題：測(cè)量方法與手段、測(cè)量顯示與精度、過(guò)載保護(hù)與顯示方式。這些因素制約了教學(xué)用試驗(yàn)電源的開(kāi)發(fā)，影響了實(shí)驗(yàn)電源的發(fā)展。做為學(xué)校用實(shí)驗(yàn)電源（特別是中專、技校、職專）應(yīng)具有下述特點(diǎn)：

（1）高可靠性由于學(xué)生實(shí)驗(yàn)負(fù)載的不確定性和操作者不留神可能帶來(lái)的各種短路事故，所以要求電源必須具備很好的過(guò)載、短路、過(guò)熱、過(guò)壓保護(hù)，使電源的安全性得以保障；

（2）中精度高精度的電源對(duì)只具有一般實(shí)驗(yàn)要求的大中專學(xué)校實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)是一種浪費(fèi)，同時(shí)高精度必定高價(jià)位，很不適應(yīng)學(xué)校的使用；

（3）優(yōu)示性在教學(xué)用實(shí)驗(yàn)電源中進(jìn)行電壓、電流檢測(cè)顯示常用單表法，即用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換電壓、電流顯示檢測(cè)結(jié)果，一表兩用；在高檔的電源中，采用了兩表法來(lái)同時(shí)顯示電壓和電流的檢測(cè)結(jié)果，這種產(chǎn)品價(jià)格高、體積大。學(xué)生在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，往往是在空載狀態(tài)下調(diào)節(jié)選擇符合要求的輸出電壓值，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，接入負(fù)載后應(yīng)即時(shí)顯示工作電流，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載、短路時(shí)給以聲、光報(bào)警并加以保護(hù)；

（4）低價(jià)位電源是學(xué)生做電子實(shí)驗(yàn)的能源泵，是一個(gè)必須的教學(xué)設(shè)備。電源要保證為教學(xué)所用，并且價(jià)格低廉，可以通過(guò)降低實(shí)驗(yàn)儀用電源的高精度來(lái)補(bǔ)償。采用新技術(shù)、新材料、新電路是降低成本的根本途徑。

2教學(xué)試驗(yàn)電源的可調(diào)性與測(cè)量保護(hù)

（1）教學(xué)用實(shí)驗(yàn)電源的輸出電壓可調(diào)性與電源功耗的矛盾

教學(xué)用實(shí)驗(yàn)電源為了減小噪聲，降低成本大都采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路形式。其工作框圖如圖1所示，其穩(wěn)壓電路功耗Pc=I0(Ui－Uo)。由于教學(xué)用電源的Uo必須是可調(diào)型，這樣在低電壓、大電流的輸出狀態(tài)下，穩(wěn)壓電路的功耗增加，工作性能下降，安全受到影響。所以減少功耗應(yīng)盡可能地同步改變輸入電壓Ui，采用多抽頭的電源變壓器是一種理想的方法。這里介紹一種橋式整流—全波整流轉(zhuǎn)換電路，可采用通用的全波整流變壓器，電路如圖2所示。K1可是雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，也可用繼電器構(gòu)成自動(dòng)控制，當(dāng)變壓器中心抽頭接地時(shí)（K1如圖2中所擲位置），為全波整流型，輸出電壓U1=1.2Ui，當(dāng)變壓器中的抽頭不接地時(shí)，為橋式整流型，輸出電壓U1=2×1.2Ui，采用橋式整流—全波轉(zhuǎn)換無(wú)需專用變壓器，即可方便地?cái)U(kuò)大輸出電壓的范圍。

圖1串聯(lián)型穩(wěn)壓電源

圖2整流電路轉(zhuǎn)換原理

（2）輸出電壓、電流的測(cè)量和保護(hù)

實(shí)驗(yàn)電源必須具有優(yōu)良的可示性，和完善的保護(hù)功能才能為學(xué)生所用，以往電源的輸出電壓、電流測(cè)量有兩表法和單表復(fù)用法，兩表法成本高、體積大；單表復(fù)用法由于手工轉(zhuǎn)換使用不方便。為此我們采用美國(guó)美信公司生產(chǎn)的MAX471集成電路，設(shè)計(jì)了單表復(fù)用轉(zhuǎn)換電路，如圖3所示。它主要依據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)電源操作程序，先空載調(diào)整輸出電源，接入負(fù)載即時(shí)顯示電流，來(lái)進(jìn)行工作的。

MAX471/472是完善的雙向、高端電流靈敏放大器，MAX471內(nèi)部具有35mΩ的電流檢測(cè)電阻，可測(cè)量±3A的電源電流，MAX472可以使用外部檢測(cè)與增益設(shè)定電阻構(gòu)成更大電流的測(cè)量。它們都有一個(gè)電流輸出端，可用一個(gè)電阻將其變換成以地為參考點(diǎn)的電壓，實(shí)現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換。圖3電路可設(shè)計(jì)在一塊電路板上與任意電源相連，構(gòu)成電流電壓的自動(dòng)顯示和過(guò)流報(bào)警與保護(hù)。R1為MAX471輸出端電阻，它決定I/V的轉(zhuǎn)換靈敏度。電表可用任意磁電系電壓表（電流表）。R1=Uout/(ILOAD×500μA/A)，Uout=所需的滿度電壓，ILOAD=被測(cè)的滿度電流，當(dāng)R1=2kΩ時(shí)，靈敏度為1V/A，當(dāng)R2=20kΩ時(shí)，靈敏度為10V/A。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，R1可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)行微調(diào)校正。J11為V/I電壓電流顯示轉(zhuǎn)換繼電器，初始狀態(tài)下（空載時(shí)），由于未接負(fù)載，IO=0，IOUT端輸出電壓為零，J1不吸合，J11常閉使電壓表置電源輸出端，顯示輸出電壓；同時(shí)VD3發(fā)光，以示測(cè)量值為電壓。當(dāng)負(fù)載接入電源后，IOUT端通過(guò)R1產(chǎn)生電壓使VT2導(dǎo)通，繼電器J1吸合，電表通過(guò)J11接入IOUT端顯示I/V轉(zhuǎn)換值，即負(fù)載電流。K為強(qiáng)制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，閉合時(shí)，可置電表為輸出電壓測(cè)量。VT1為射極輸出器，以減小VT2和IC2對(duì)IOUT端的影響。過(guò)流保護(hù)用TL431來(lái)完成，J2為過(guò)流保護(hù)用繼電器，RP為過(guò)流量保護(hù)調(diào)節(jié)電位器，當(dāng)Vref=UIOUT=2.5V時(shí)，IC2導(dǎo)通，J2吸合，J21切斷輸出；同時(shí)J22閉合，VD5發(fā)光指示，報(bào)警音樂(lè)卡得電并通過(guò)VT3驅(qū)動(dòng)報(bào)警喇叭，以聲光形式構(gòu)成保護(hù)指示，很方便學(xué)生使用。同時(shí)過(guò)流量可在很大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整或設(shè)定。

圖3采用MAX471的單表復(fù)用轉(zhuǎn)換電路

3結(jié)語(yǔ)

學(xué)生實(shí)驗(yàn)用電源是推行素質(zhì)教育，提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)水平所需的儀器，它應(yīng)以“工業(yè)用電源的適應(yīng)性（可靠性）、儀表用電源的可視性、實(shí)驗(yàn)電源的可調(diào)性、消費(fèi)用電源的優(yōu)價(jià)性”為設(shè)計(jì)目標(biāo)，開(kāi)發(fā)出滿足教學(xué)需求的優(yōu)良電源產(chǎn)品。