一种基于功率放大器的恒流源设计

在断路器可靠性试验设备中，试验电源的稳定、精确是保证测试可靠的基础。否则，无论是在断路器出厂试验还是型式试验中，都会因为测试电源的波动使校验后的产品存在着合格品被判为不合格，而不合格品被判为合格的可能。传统恒流源制作是利用二极管、三极管、集成稳压源的特性制作的参数稳流器、串联反馈调整型稳流电源、开关稳流源等，但往往存在着输出电流范围小、稳流精度不高、效率较低、可靠性较差、输出纹波大等缺点。我们设计了一种基于AT89C51的恒流源控制系统，电流输出0100A，电流精度≤2%，电压输出15V，能实现快速、高精度、灵活、多功能的控制要求，在断路器可靠性试验中提供了稳定、精确的试验电源。
　　
主电路的组成
主电路是由电压电流调节电路，升流变压器，电流检测反馈电路，输入控制和显示等几部分电路构成的，以上各个模块都是由AT89C51来控制的，其总体构架如图1所示。

图1 系统结构框图

1 电压电流调节电路
电压调节模块主要由变压器和DS1267数字电位器构成，单个DS1267可调精度最大为16位，可知单次最小变化量为1/512，对于220V电压来说基本可认为是线性关系，符合恒流源的电压调节精度。电流调节模块主要由TDA2030芯片和大功率晶体管2SA1302、2SC3281组成的。其中，2SA1302与2SC3281组成推挽功率放大结构，为了增加输出电流，采用了两路相同结构的并联电路，其电路如图2所示。

图2 推挽功率放大电路

图2中，当输入电压信号时，由于IN4001两个二极管的动态电阻很小，且R2的阻值较小，可以认为2SA1302管基极电位的变化与2SC3281管基极电位的变化近似相等，两个基极的电位随输入电压uin产生相同的变化。当处于输入信号的正半周，且uin逐渐增大时，2SA1302管基极电流随之增大，发射极电流也必然增大，负载电阻(即升流变压器)RL上得到正方向的电流；当uin减小到一定数值时，2SC3281管截止。因此输入信号的正半周主要是2SA1302管发射极驱动负载。同样道理，负半周期主要是2SC3281管发射极驱动负载。

2 升流变压器
本试验要求产生0～100A的大电流，考虑到本电流源用于断路器在线检测，断路器触点接触电阻是15mΩ，这样在负载上消耗的功率应该为P=I2R=1002×0.015=150W。负载消耗功率150W，考虑变压器效率及功率裕度，我们选用升流变压器的额定容量为500VA。