一種基于功率放大器的恒流源設計

在斷路器可靠性試驗設備中，試驗電源的穩定、精確是保證測試可靠的基礎。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。傳統恒流源制作是利用二極管、三極管、集成穩壓源的特性制作的參數穩流器、串聯反饋調整型穩流電源、開關穩流源等，但往往存在著輸出電流范圍小、穩流精度不高、效率較低、可靠性較差、輸出紋波大等缺點。我們設計了一種基于AT89C51的恒流源控制系統，電流輸出0100A，電流精度≤2%，電壓輸出15V，能實現快速、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定、精確的試驗電源。
　　
主電路的組成
主電路是由電壓電流調節電路，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成的，以上各個模塊都是由AT89C51來控制的，其總體構架如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

1 電壓電流調節電路
電壓調節模塊主要由變壓器和DS1267數字電位器構成，單個DS1267可調精度最大為16位，可知單次最小變化量為1/512，對于220V電壓來說基本可認為是線性關系，符合恒流源的電壓調節精度。電流調節模塊主要由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構，為了增加輸出電流，采用了兩路相同結構的并聯電路，其電路如圖2所示。

圖2 推挽功率放大電路

圖2中，當輸入電壓信號時，由于IN4001兩個二極管的動態電阻很小，且R2的阻值較小，可以認為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產生相同的變化。當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，發射極電流也必然增大，負載電阻(即升流變壓器)RL上得到正方向的電流；當uin減小到一定數值時，2SC3281管截止。因此輸入信號的正半周主要是2SA1302管發射極驅動負載。同樣道理，負半周期主要是2SC3281管發射極驅動負載。

2 升流變壓器
本試驗要求產生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，這樣在負載上消耗的功率應該為P=I2R=1002×0.015=150W。負載消耗功率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。