一款隔離調壓式交流電源的電路設計以及應用

交流電源(如單相220 V)，是電子儀器設備工作主要的供電電源。在電子儀器設備設計、生產與質量檢驗過程中，特別是進行結構、性能指標的動態(tài)檢驗中，會因為被檢測儀器設備內部存在的不良問題而產生漏電、短路等故障。在利用自耦調壓器進行相關實驗中，由于接線不正確，使用不合理，也會出現“被電”現象。上述情況，如果沒有很好保護方法和措施，導致被檢測儀器設備和所使用檢測設備被“觸電”而被損壞，同時也給試驗、操作使用人員帶來人身危險。為此，文中研究了一種“隔離調壓式交流電源”，提出了相應設計與制作方法，對于解決上述類似不安全問題，具有重要作用。

原理設計

文中以穩(wěn)壓電源設備進行“在線模擬公路運輸試驗”為例，來說明“隔離調壓式交流電源”設計的原理。穩(wěn)壓電源設備是以單相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)，對其進行在線模擬公路運輸試驗，就是在模擬振動試驗臺上進行帶電試驗，從而模擬檢驗運輸狀態(tài)下的技術性能與安裝質量。

1、功能指標設計

分析可知，穩(wěn)壓電源設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)壓電源設備的直流穩(wěn)壓性能要求比較高，因而對單相220 W50Hz交流電變化的適應能力比較強，要求變化在180～260 V范圍內。同時考慮到使用自耦調壓器的安全要求，在保證試驗、保證安全的情況下，給“隔離調壓式交流電源”設計提出了以下功能與技術指標要求：

1)分別提供220 V/50 Hz交流市電電源和可調的交流電源；

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、過載保護功能；

6)輸入、輸出插頭、插座安裝固定牢靠。

2、原理設計

按照“隔離調壓式交流電源”設計提出的功能與技術指標要求，設計原理如圖1所示?；驹恚簡蜗嗍须?20 V/50 HZ電源，經漏電保護器、電源開關S1、保險絲接至自耦調壓器B1輸入端，又通過調節(jié)端輸出到隔離變壓器B2輸入端；B2匝數比為1：1，則輸出與輸入相同的電壓;然后經電流表輸出到負載RFZ。電壓表通過開關S2轉換顯示輸入、輸出電壓。同時在原理電路中加入了漏電保護器。

電源開關S1的作用是控制兩路交流電源的輸出。當S1接至上端，“隔離調壓式交流電源”輸出市電;當S1接至下端，則輸出可調0～260 V的交流電壓。離變壓器B2，實現輸出可調電壓與輸入市電電源絕緣隔離；通過調節(jié)自耦變壓器B1達到調節(jié)輸出電壓的目的。C1選擇容值0.47 μF，耐壓500V主要是為了濾除調整B1時產生的高頻干擾諧波。

3、安全分析

保險絲加在了“隔離調壓式交流電源”自耦調壓器的輸入端，根據輸出功率大小，選定合適規(guī)格的保險絲；當負載過大時，保險絲熔斷，達到保護試驗設備的目的。

采用匝數比為1：1的變壓器，實現與單相市電的絕緣隔離；制作合適的變壓器，并且初次級絕緣強度高，即滿足輸出功率要求，又能夠避免由于火線、零線、地線接錯而帶來的不安全問題。

運用漏電保護器，實現漏電保護；當試驗中由于儀器設備出現故障或人；員操作不當發(fā)生漏電、觸電問題時，漏電保護器及時工作，斷開市電電源，以保證儀器設備及試驗人員的安全。

“隔離調壓式交流電源”設計中，具有上述3種安全措施，既保證有效進行試驗，又增強了試驗過程的安全性。

器件設計與選用

按照“隔離調壓式交流電源”設計指標與功能要求，主要以輸出可調交流電壓的原理為主，研究設計和選用器件，為了保證性能和質量，針對所用器件做出以下設計與選擇。

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，兩側的線圈分別產生感應電勢，電勢的大小與匝數成正比。變壓器原、副線圈匝數不同，這樣就起到了變壓作用。