熊偉
摘 要:車(chē)載大功率電臺(tái)是車(chē)載信息系統(tǒng)的重要組成部分。作為大功率用電設(shè)備,車(chē)載電臺(tái)的供電電源在啟動(dòng)時(shí)會(huì)有很大的浪涌電流,會(huì)引起空氣開(kāi)關(guān)跳閘。因此,需要進(jìn)行相應(yīng)的防浪涌電路設(shè)計(jì)。本文結(jié)合各種防浪涌電路的設(shè)計(jì),給出一種防浪涌電路的設(shè)計(jì),綜合使用了整流濾波電路及防浪涌電路,并將該電路直接應(yīng)用到供電電源中。
關(guān)鍵詞:機(jī)載加固計(jì)算機(jī);防浪涌;軟啟動(dòng);開(kāi)關(guān)電源
0 引言
機(jī)載大功率電臺(tái)作為車(chē)載信息系統(tǒng)的重要組成部分,其工作穩(wěn)定性、可靠性十分重要。其供電電源經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展,從線性電源發(fā)展到功率密度更高的開(kāi)關(guān)電源,但是供電輸入還是以交流輸入為主,采用的大多是電容濾波型整流電路,在開(kāi)機(jī)瞬間,給電容充電的浪涌電流非常高,為防止浪涌電流給供電回路造成損害,在電源輸入端設(shè)計(jì)防浪涌電路,確保電源正??煽窟\(yùn)行。
1 設(shè)計(jì)需求
開(kāi)關(guān)電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路,在進(jìn)線電源合閘瞬間,由于電容器上的初始電壓為零,電容器充電瞬間會(huì)形成很大的浪涌電流,特別是大功率開(kāi)關(guān)電源,采用容量較大的濾波電容器,使浪涌電流達(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流,重者往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)燒壞,整流橋過(guò)流損壞;輕者也會(huì)使空氣開(kāi)關(guān)合不上閘。上述現(xiàn)象均會(huì)造成開(kāi)關(guān)電源無(wú)法正常工作,為此幾乎所有的開(kāi)關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動(dòng)電路,以保證電源正常而可靠運(yùn)行。
2 常用的防浪涌軟啟動(dòng)電路
圖1是采用晶閘管V和限流電阻R1組成的防浪涌電流電路。在電源接通瞬間,輸入電壓經(jīng)整流橋(D1~D4)和限流電阻R1對(duì)電容器C充電,限制浪涌電流。當(dāng)電容器C充電到約80%額定電壓時(shí),逆變器正常工作。經(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號(hào),使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻R1,電源處于正常運(yùn)行狀態(tài)。
圖2是采用繼電器K1和限流電阻R1構(gòu)成的防浪涌電流電路。電源接通瞬間,輸入電壓經(jīng)整流(D1~D4)和限流電阻R1對(duì)濾波電容器C1充電,防止接通瞬間的浪涌電流,同時(shí)輔助電源Vcc經(jīng)電阻R2對(duì)并接于繼電器K1線包的電容器C2充電,當(dāng)C2上的電壓達(dá)到繼電器K1的動(dòng)作電壓時(shí),K1動(dòng)作,其觸點(diǎn)K1.1閉合而旁路限流電阻R1,電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。限流的延遲時(shí)間取決于時(shí)間常數(shù)(R2C2)。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
根據(jù)圖1和圖2給出的總體思路,進(jìn)行了具體硬件電路設(shè)計(jì),如圖3所示。
如圖3所示,交流電壓經(jīng)過(guò)整流橋后得100Hz的直流脈沖波形進(jìn)入軟啟動(dòng)單元,此脈沖電壓向高壓電容組件(Ca-Ch,C9,R0)充電,在電容C9兩端得到一個(gè)比較平穩(wěn)的大約300V的直流電壓。
繼電器K2和電阻R2、R3、R4組成一個(gè)緩沖電路,R2、R3、R4 3個(gè)電阻限制給高壓電容組件充電時(shí)的充電電流起到抗浪涌的作用,當(dāng)K2吸合之后,R2、R3、R4被短路,300VDC電壓的電流則經(jīng)過(guò)K1的閉合觸點(diǎn)向后級(jí)電路供電,K2吸合的時(shí)間常數(shù)由Ca-Ch上的電壓決定。光耦N1:4N35的初級(jí)導(dǎo)通電壓為1.2V,設(shè)抗浪涌電阻R2上的電壓為U1,U1經(jīng)R1、V1、R5分壓,在R5上產(chǎn)生電壓U2即光耦4N35的初級(jí)導(dǎo)通電壓,則U2=(U1-Uled)×200÷(10000+200),已知U2=1.2V、Uled(發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降)=1.6V,可得出U1=62.8V(R2兩端的電壓),這個(gè)電壓是光耦工作的極限最低電壓,也就是說(shuō)當(dāng)R2兩端的電壓大于等于62.8V時(shí)光耦N1是工作的,而當(dāng)限流電阻R2-R4上的壓降低于62.8V時(shí),即Ca-Ch上的電壓達(dá)到約237V時(shí),光耦N1截止。N1截止后,V4的基極通過(guò)下拉電阻R6成低電平,V4導(dǎo)通,隨著V4的導(dǎo)通,V5的基極電平升高也導(dǎo)通,V5的集電極被拉低為低電平,工作電源+12V電壓加到繼電器K2的線包上,K2動(dòng)作常開(kāi)觸點(diǎn)變?yōu)槲?,輸入交流整流出的直流高壓此時(shí)短路掉緩沖電阻R2、R3、R4直接經(jīng)過(guò)K2向電容Ca-Ch充電,完成整個(gè)高壓的軟起動(dòng)過(guò)程。在軟起動(dòng)過(guò)程未結(jié)束的過(guò)程中,由于V4、V5截止,V5的集電極由K2的線包拉高(此時(shí)K2線包相當(dāng)于一個(gè)電阻),使輸出至后級(jí)的功率變換單元的軟起動(dòng)信號(hào)為高電平,此高電平的軟起動(dòng)信號(hào)抑制后級(jí)的功率變換單元工作直至軟啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。圖中V6是起對(duì)多個(gè)信號(hào)的隔離作用,如果給V6并聯(lián)二極管,相當(dāng)于多個(gè)信號(hào)的“或”門(mén)二極管,可以分別供給幾個(gè)不同功率變換單元軟啟動(dòng)信號(hào)。
V3為6.8V穩(wěn)壓管,剛上電時(shí),由于高壓未建立,防止繼電器K2的誤吸合,C1和V3起延遲V4導(dǎo)通的作用,上電時(shí),由于C1充電電壓未達(dá)到V3+V4的導(dǎo)通電壓(6.8V+0.7V=7.5V),而使V4截止,在C1充電的過(guò)程中,由于高壓整流使N1初級(jí)導(dǎo)通,C2上的電壓又被N1的次級(jí)導(dǎo)通后拉高,再次使V4處于截止?fàn)顟B(tài),隨著高壓充電逐步完成,光耦N1的初級(jí)導(dǎo)通電流漸漸減小,光耦次級(jí)的最后變成截止,C2上的電平逐漸降低到使V4導(dǎo)通,然后V5導(dǎo)通,完成軟啟動(dòng)過(guò)程。軟起動(dòng)未完成的過(guò)程中,U⑧=12V,U⑤=5~11V,U⑥=0V,U“A”=12V;軟起動(dòng)完成后,U⑧=7V,U⑤=6.3V,U⑥=0.7V,U“A”=0~0.5V。
4 結(jié)束語(yǔ)
上述防浪涌軟啟動(dòng)電路,具有電路可靠性高、可移植性好等突出特點(diǎn)。目前該電路已成功應(yīng)用于某型中功率電臺(tái)的供電電源和其他類似產(chǎn)品上,有效地提升了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)
[1]童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2001.
(作者單位:華北計(jì)算技術(shù)研究所)