不用继电器切换的0-150V电源可调电源

locky_z

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在杂志上看到这个电源


  本文介绍一款使用LED数字电压表及电流表(双表头)作指示的宽范围直流稳压电源，它装入铝合金外壳中，轻巧、坚固，用于日常维修彩电或做电路试验时甚感方便实用。

电路原理，
    该电源电路如附图所示。市电经变压器T1、T2变压后，共有5个次级绕组输出。双18V绕组的输出电压经整流后，由稳压器REGI、REG2提供稳定的土15V电压为各运放供电。6V绕组的输出电压经整流、滤波后提供作为Q1、Q2.Q4、Q5大功率开关管工作偏压的辅助电源。三个40V/2A主绕组用于提供输出0~ 150V主电压。R20及三端基准稳压器TL431产生出2.5V参考电压，经运放U1反相放大后输出一负的稳定电压供输出电压调节电位器使用。运放U4、Q7、Q8及输出调整管Q3、Q6组成稳压电路的核心，R15、R40从输出端(OUT+ 、OUT-).上分压取样并反馈回U4,由于本电路以输出端正极(OUT+ )为参考地，且U4反相输人端的参考电压为一负电压，故取样信号反馈回U4的同相输入端。经U4放大后,由Q7、Q8射极跟随器驱动，最后控制Q3、Q6的导通深度，进而最终使输出电压稳定不变。当改变电压调节电位器时，U4的反相端参考电压也随之改变，即能调节输出电压的变化，本电路可从0~150V连续调节。
    输出电压在0~50V时，Q1、Q2、Q4、Q5截止,输出电压由下面的一组40V绕组提供;输出电压在50~ 100V时，Q2、Q5饱和导通,此时输出电压由下面及中间的两组40V绕组串联提供，Q2、Q5仅起电
子开关作用，调整管依旧是Q3 .Q6;当输出电压在大于100V时，Q1、Q2、Q4、Q5皆饱和导通,输出电压由三组40V绕组整流后串联提供，电压调整同样由Q3、Q6完成。这种电子式的输人电压多段切换，可防止因输出低电压、大电流时造成调整管过耗而损坏，同时也不必采用非常巨大的散热器,可降低成本,缩小整个电源的体积。
    运放U2及R16、R17及电流取样电阻R6等组成输出限流电路，电流调节电位器提供U2同相输人端一参考电压， 当输出电流超过设定值时，U2的反相端输人电压大于同相端,U2输出低电平，这样Q7、Q8的射极输出电位随即下降，使Q3、Q6的导通减弱,甚至趋于截止,输出电流即被限定于设定值上。调整电流调节电位器,即可使输出电流在0~ 2A间连续设定。
    当输出端(OUT+、 OUT-)短路时，R6上的压降增大，R16、R17的分压使Q9饱和导通，其集电极经D9后控制Q3、Q6的导通减弱,使短路电流维持不超过2A,短路电流(或最大输出电流)为0.6V/R6≈2A。U3作为电压比较器使用,稳压器正常输出时,U3输出高电平,CVLED点亮,作恒压指示;输出电流达到设定值(或输出短路)时,U3输出低电平,cc LED点亮,作恒流指示。
    J1~J5为各连接排线的插座，其中J4的输出端接至31/2位数字电压表,用以直观指示输出电压。Js的输出端也接至31/2 位数字电压表，由于从电流取样电阻R6上取得电压信号，因此实际上显示出的为输出电流。
    这种稳压电源设计时,其小信号部分以输出正极(OUT+)为参考接地,因此实际上构成了悬浮式稳压电源电路。一般情况下,稳压电源制作好后,只要微调VR2、VR3,使输出电压、电流的读数与标准仪表指示相符即可。Q1~Q6大功率管应安装在适当的铝质散热器上,电压及电流调节电位器最好使用进口的带锁定装置及刻度指示的精密多圈式电位器。



看原理说明挺不错的，Q3Q6承受主要功耗，Q1245是饱和/截止开关模式，不消耗多少功耗。
自动非开关式切换。可以做成通用版，例如设计成最多允许4段，按自己需要，外接2-4个独立开关电源，例如HP32V打印机电源或者20V笔记本电源,构成一个0-100V可调电源，不用定制变压器绕组和继电器切换电路的复杂性。

不过看辅助电源要2个，假如Q1245用达林顿管，且不要求电流检测/显示精确到几mA，那个6V应该可以和+15V共用吧。如果两个辅助电源能简化成1个，也可以考虑用由第一级电源做一个Dc-Dc隔离电源做辅助电源。这样整个电路和外面的接口将大大简化。
并且看这个电路，外接的电源不用相同电压也行，能自适应外接电源不同电压。只需要留给Q36合适的散热器即可。


其次，电流、电压控制部分，感觉还可以用小尚弟那个电源(下图电路)的控制电路简化优化成一个双运放。

locky_z

这种是自适应、通用的，
例如你手头有几个不同电压（16，20，24，20）的开关电源适配器，用这种自适应板就可以将他们串联起来成为一个0-80V可调电源，而最大功耗控制在IL* (Vmax(10,20,24,20)+4)以内。

不过辅助电源需要再另外加，例如用第一级的供电再产生一个ZVS/LLC隔离电源。

locky_z

用小尚地电源形式的控制电路改了一下电路，将+6V辅助电源和运放供电合并在一起，做了仿真。

仿真文件也一起附上
分段从0起调稳压.zip (250.55 KB, 下载次数: 122)

2024-2-13 16:03 上传

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观察到，
1.电压切换点还和供电电压V5有关，
2.切换管并不是工作在开关状态，实际上是和调整管一同承担功耗，有时候承担的功耗还比调整管大。
3.MOS管压降低，可以榨尽供电电压的范围，例如总共80V供电，全用MOS管，可以输出79.xV;全用达林顿TIP142,最大只能输出71V。
4.切换管和调整管都用达林顿管(TIP142G)的话，切换点比MOS管提前较多，这意味着功耗就大很多。

切换点的离散性意味还需要改进。

小鬼头

我手头的HP6627B可调电源也是不使用继电器切换的，而这台0V至24V、0至2A可调输出的机子是1970或1980年代的设计。

locky_z

按Class-G功放的驱动电路改了一下，基本OK了，

每一档切换临界点大概是3.7V左右，
例如输出电压高于V4-3.7=28V时，就会开启高一级的功率管Q2
输出电压高于V3+V4-3.7*2=56.5V时，就会开启Q3这一级。
换档电压和V2~V4无关，V2~V4完全可以不同，例如是40V+30V+30V，和辅助电源高低无关(当然串联的功率管多，例如三只功率管串联时，V5+V6需要至少15V)。
最大功耗发生在Q3刚开启，且最大电流时，此时功耗就是(2*3.7+V2)*IL。
以下是仿真文件
分段从0起调稳压.zip (230.56 KB, 下载次数: 101)

2024-2-26 15:32 上传

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locky_z

继续改一下，切换电路用TL431优化，变成通用结构，和切换电压无关。
切换管用MOS以便获得更低压降，最小压降在4V左右，例如总供电100V时，输出可以达到96V.
电压利用率和效率完全和继电器切换绕组一样。
调整电压改成调节Vref方式，这样输出电压基本上能和旋钮角度成正比，而以前的调节方式，前面80%的刻度只控制20%的电压，后面20%的旋转一点点，输出变化很大。

仿真文件 开关式分段可调.zip (293.66 KB, 下载次数: 128)

2024-3-9 16:47 上传

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jforu

感觉还是用滞回比较器安全一些, 以免临近点来回跳.

locky_z

jforu 发表于 2024-3-10 15:15
感觉还是用滞回比较器安全一些, 以免临近点来回跳.

这种切换，不是采样输出端，
是类似沃尔曼电路，采样调整管上压降，当上一级调整管压降小于3V就介入。类似于“跟随器”预稳压那种，因此不用滞回。
实际上这种切换也不完全是开关式。切换后，主要功耗由最后一只切换管承担，中间的切换管就是开关状态，调整管TIP142压降维持在3.7V左右，依旧是线性状态。
仿真显示，例如Q6导通，在切换临界点时，此时D2,D3都会导通，共同提供负载的电流。

zy884905

说到底就是大功率三极管  消耗多余的功率 简直就是小火炉

locky_z

这是线性稳压，线性肯定是消耗功率，

但这是分段式，也就是例如总电源是4个20V串联成80V，如果输出3V，3A稳压时，此时会自动切换只有第一级20V供电，其余3级20V并不供电，功耗只是（20-3）*3A=54W。
如果不用分段，功耗将达到（80-3）*3A=228W。

这个电路是通用、自适应的，也就是说不强制要求这几段电压必须是多少，你可以是18+32+24+20也行，20+20+20+20也行。换不同电压也不用改电路参数，自适应。
特别是现在20V3A电源适配器这么便宜，4个串联，再通过这个电路，就可以输出0-76V可调。