摘要：稳压电源（stabilized voltage supply）是能为负载提供稳定的交流电或直流电的电子装置，包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。当电网电压或负载出现瞬间波动时，稳压电源会以10-30ms的响应速度对电压幅值进行补偿，使其稳定在±2%以内。本文以轨道车辆上电气系统稳压电源的应用为出发点，设计了具有过电压和欠电压保护，并带有延时控制的串联型稳压电源进行分析。
关键词：过压保护；欠压保护；稳压电源；延时控制
1 概述
稳压电源的输出电压相对稳定，它与人们的日常生活密切相连。本次设计的稳压电源主要由整流滤波电路、串联稳压电路、过压保护电路及欠压保护电路四部分组成。
2 整流滤波电路
2.1 单相桥式整流电路
整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电变为单向脉动的直流电。本次设计用四只二极管组成桥式整流电路。为简化分析，二极管采用理想模型，即当二极管受到正向电压作用时，将其作为短路处理；当受到反向电压作用时，将其作为开路处理。
2.2 滤波电路
经整流后的输出电压除了含有直流分量外，还含有较大的谐波分量，这些谐波分量总称为纹波。为了滤去整流输出中的交流分量，减少纹波，以便得到较平滑的直流输出，必须采用滤波电路。其中电容滤波电路主要利用电容两端电压不能突变的特性，使负载电压波形平滑，故电容应与负载并联。
3 串联稳压电路
串联型稳压电路的工作原理是将输出电压的变化通过取样电路反映出来，并与基准电压进行比较，将比较结果放大后，送到调整管去控制输出电压，从而得到稳定的输出电压。
3.1 电路组成
带有放大环节的串联型稳压电路的原路图（见图1），它由以下几部分组成：取样环节、基准电压、比较放大环节、调整环节。
3.1.1 取样环节。由R4、R5、RP组成的分压电路构成，它将输出电压Uo分出一部分作为取样电压UF，送到比较放大环节。
3.1.2 基准电压。由稳压二极管VD5和电阻R3构成的稳压电路组成，它为电路提供一个稳定的基准电压UZ，作为调整、比较的标准。
3.1.3 比较放大环节。由VT3和R1成的直流放大器组成，其作用是将取样电压与基准电压之差放大后去控制调整管VT1、VT2。
3.1.4 调整环节。由工作在线性放大区的复合管VT1、VT2组成，复合管的基极电流受比较放大电路输出的控制。
图1 串联型稳压电路的原理图
3.2 稳压过程
结合电路原理图（见图2），分析电路的稳压过程。
UO↑→ UB3↑→ IC3↑→ UC3（UB）↓→ IB↓→ IC↓→ UCE↑→UO↓
同理，如果电网电压减小（或负载电流增加）使UO减小，通过上述取样、比较放大、调整也可以使UO减小，即
UO↓→ UB3↓→ IC3↓→ UC3（UB）↑→ IB↑→ IC↑→ UCE↓→UO↑
从上述调整过程可以看出，该电路是依靠电压负反馈来稳定输出电压的。
4 过压、欠压保护电路
图2是过压、欠压保护电路的原理图：
图2 过压、欠压保护电路原理图
欠压保护电路主要由电阻R6、R26、R7，二极管VD7、VD8，三极管VT6、VT7、VT8、VT9，稳压二极管VD9，三极管VT10、VT11和继电器K组成。
过压保护电路主要由电阻R8、R27、R9，三极管VT4、VT5，二极管VD6，三极管VT7、VT8、VT9，稳压二极管VD9，三极管VT10、VT11和继电器K组成。
VD10的作用是：当继电器受到反向偏压时将继电器短路，保护继电器。
工作原理如下：
（1）正常情况下三极管VT4截止，VT5导通，VD6反偏截止；VD7导通，VT6导通，VD8反偏截止，VT7截止，VT8导通，稳压电源正常工作。
（2）工作在放大状态，VT7也工作在放大状态，VT8截止，VT9也截止，VT10导通，VT11导通，稳压电源被保护。
（3）过压情况下，常开触点闭合，发光二极管VD12（红色）亮；VD11（绿色）灭；电源被保护。
通过上面所述，本次设计的具有过压、欠压保护的串联型稳压电源电路原理图设计如下：
图3 具有过压、欠压保护的串联型稳压电源电路原理图
5 结论
稳压器除了最基本的稳定电压功能以外，还应具有过压保护（超过输出电压的+10%）、欠压保护（低于输出电压的-10%）、缺相保护、短路过载保护最基本的保护功能。不论是过压保护还是欠压保护，都是使三极管VT7导通，VT8、VT9截止，VT10、VT11导通，使得继电器K的线圈得电，然后对稳压电源实施保护，并发出报警。
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[5]王兆安，黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社.2000
论文作者:费一
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
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