4.7 实例14:智能型交流应急电源制作
一般家用交流应急电源的最大弱点是可靠性差,易烧大功率管。本节介绍的智能型交流应急电源转换效率高,由PWM脉宽调制稳压,工作可靠、功能强、自我保护完善,有智能故障诊断功能,可从根本上解决多年无法解决的难题。
4.7.1 功能及指标
智能型交流应急电源的功能及技术指标见表4.5。
表4.5 智能型交流应急电源的功能及技术指标
续表
4.7.2 电路原理
智能型交流应急电源电路原理图如图4.15所示。
图4.15 智能型交流应急电源电路原理图
1.逆变工作状态
当开关K0闭合,K1、K2置于“1”时,电路处于逆变工作状态,三极管BG1导通,发光二极管LED1指示“逆变”,集电极为低电位。TL494的9、10脚输出50Hz的方波加在BTS412的输入端2脚,经逆变后输出220V交流电压。在正常工作时,BTS412的4脚输出低电位,由二极管D5、D6、D7组成的或门输出端均为低电位,NE555的2脚电位低于(1/3)VDD(12V),3脚输出高电位,LED3不亮,继电器J1不工作。在逆变过程中,当蓄电池电压由于连续放电降到允许下限值(10.5V)时,“过放”控制电路三极管BG1因A点电压UA低于稳压管D3的击穿电压而处于截止状态,输出高电位UB加在NE555的2脚,使其电位大于(1/3)VDD,3脚输出低电位,发光二极管LED3发光报警,继电器J1吸合,常闭触点断开,脱离负载,避免蓄电池“过放”。在逆变过程中,若BTS412出现故障或负载异常,则4脚输出高电位(任意一个管子都行),使电路报警,切断负载,保护BTS412不被损坏。
脉宽调制稳压原理:变压器反馈绕组输出反馈电压UL,电位器RW1调节输出电压UC的大小。根据TL494的工作原理可知,UC加在l脚与基准电压Ur(2.5V)进行比较,产生脉宽调制信号,使TL494的9、10脚输出脉冲宽度随反馈电压UC变化,负载越轻,UC越大,脉冲宽度越窄;反之,负载越重,脉冲宽度越宽。只要调节RW1使脉宽变化与负载变化保持一定的比例关系,就可以在额定负载范围内使输出电压达到稳定不变。
2.调压工作状态
当K0断开,K1、K2置于“2”时,电路处于调压工作状态。改变开关KA的挡位,即可实现在180~280V范围内的调压功能。
3.充电工作状态
当K0闭合,K1、K2置于“3”时,电路处于充电工作状态,TL494、BTS412、BG1均不工作。变压器二次侧交流电压在一次侧产生11V交流电压,经二极管D1、D2整流后对蓄电池充电,发光二极管LED2指示“充电”。三极管BG2组成过充控制电路,在蓄电池电压未充到上限时,电压UE不足以击穿稳压管D4,BG2截止,输出电压为零。当蓄电池充电到上限电压14.5V时,UE使BG2导通,输出高电位,使NE555报警,继电器吸合,常闭触点J1断开,停止充电,避免过充现象。充电时,家用电器可同时用电。
4.7.3 元器件选择
1.脉宽调制开关稳压器TL494
TL494是较便宜(约3元)的一种专用集成脉宽调制器,内部集成有误差电压比较放大器、基准电压源。斜波发生器的振荡频率由RT和CT确定。
TL494的1脚基准电压Ur设为2.5V,采样(反馈)电压UC与Ur比较并经误差放大器放大后输出电压U控,U控再与斜波电压在脉宽调制比较器中进行比较,在输出端得到脉冲宽度可变的方波脉冲,实现反馈电压/脉冲宽度转换功能。
根据实际需要,利用死区时间控制比较器的功能可以改变TL494输出脉冲的占空比,只需设置死区时间控制4脚电压,使其与斜波电压在死区时间比较器中比较,即可获得等脉宽的方波,达到改变脉冲占空比的目的。13脚可控制输出形式,当13脚接高电位时,形成双端输出;当13脚接低电位时,形成单端输出。3脚为反馈(或禁止)端,只要在3脚加上相应的反馈信号电压,即可使电路停止工作。TL494的工作电压为7~45V,最大输出电流为250mA。
2.智能型功率开关管BTS412
BTS412是近几年新兴起的一种智能型大功率器件,由德国西门子公司生产(每个约2元)。它有如下功能:
(1)负载端发生短路时,可在60μs内快速自动切断电源,进行自我保护;
(2)当工作电流过大,自身温升超过规定值时,可自动切断电源,进行自我保护;
(3)输入低电压(5V)控制,可直接与计算机、逻辑电路兼容输入;
(4)具有低电压保护功能,当电源电压低于6V时,自动关断电源;
(5)具有故障诊断功能,当电路或负载出现故障时,自行关断,并从4脚送出故障报警电压(5V);
(6)具有极强的抗干扰性能。
4.7.4 制作与调试
整个电路的调试比较简单,只需调试下列几点即可。
(1)改变逆变工作条件下的负载(空载或满载),调节电位器RW1,使输出交流电压变化最小。
(2)在开关K2-2的1端加10.5V直流电压,调节电位器RW2,使BG1由导通变为截止。这样在蓄电池的电压降到下限(10.5V)时,就会自动切断负载并报警。
(3)在开关K2-2的3端加14.5V电压,调节电位器RW3,使BG2由截止变为导通。这样在蓄电池充电到4.5V时,BG2导通,发射极输出高电位触发NE555翻转,LED3发光报警,切断交流电源,停止充电。