CN110798083B - 一种555相控软启动限流保护直流稳压电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种555相控软启动限流保护直流稳压电源，主要由触发器、相控可控硅、触发同步开关、延时电容器、触发控制电路、相控同步信号源、触发电路电源组成。触发器选用性能优良、价格低廉的555时基集成电路芯片，并与相控可控硅、触发同步开关、延时电容器、触发控制电路、相控同步信号源进行特定的连接，构成一种具有软启动及限流保护的独特的时基相控触发电路。本发明与现有相控直流稳压电源相比，由于避开了复杂的分立元件电路和单片机控制系统，所以结构相对简单。其抗干扰能力强，工作稳定性、可靠性进一步提高。由于结构简单，核心部件555芯片价格低廉，相控触发电路的成本大幅下降。

Description

一种555相控软启动限流保护直流稳压电源

技术领域

本发明属于电子技术直流稳压电源领域，具体涉及一种555相控软启动限流保护直流稳压电源。

背景技术

现有的相控直流稳压电源，其相控触发电路分两类，即分立式和集成式。

分立式存在可靠性、稳定性较差，相控电路复杂,调整难度大，功耗也较高的问题。

模块化集成式虽然性能较好，但价格昂贵且多依赖进口。现有相控直流稳压电源，不能满足既性能优良又价格低廉要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种555相控软启动限流保护直流稳压电源，解决了相控直流稳压电源分立式可靠性、稳定性差，集成式生产成本高的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种555相控软启动限流保护直流稳压电源，包括触发器、相控可控硅、触发同步开关、延时电容器、触发控制电路、相控同步信号源、触发驱动电路、软启动电路、限流保护电路、触发电路电源，所述触发器为555时基集成电路芯片，用于产生控制相控可控硅导通的触发脉冲信号；

相控可控硅起无触点开关作用；

触发同步开关包括输入管、输出管，用于可控硅正向工作电压与触发脉冲信号的同步；

触发控制电路包括触发控制管、稳压二极管；通过控制延时电容的充电时间，来控制触发延时角和导通角，以实现对其输出电压的控制；

相控同步信号源为同步开关提供同步信号；

触发驱动电路将触发电流放大，以推动大功率可控硅工作；

软启动控制电路包括软启动控制管、软启动电容，用于延长相控电源的启动时间；

限流保护电路包括限流保护控制管、限流取样电阻，用于限制相控电源的输出电流，防止过载和负载短路；

触发电路电源为触发电路提供稳定的工作电压。

555时基集成电路芯片的输出端通过第一延时电容、第一电阻与触发驱动电路输入端相连；触发驱动电路输出端与相控可控硅的控制极相连；同步开关输入端通过第二电阻与相控可控硅的阳极相连。

软启动控制电路包括软启动控制管、软启动电容，软启动控制管的发射极通过第三电阻与触发控制管的基极相连，集电极与地相连，基极对地设置软启动电容。

限流保护电路包括限流保护控制管、限流取样电阻，限流取样电阻的一端与相控可控硅的阴极相连，另一端与相控电源的正极输出端相连，限流保护控制管的集电极与软启动控制管的基极相连，发射极与地相连，基极对地设置延时保护电容。

555时基集成电路芯片的地端与相控可控硅的阴极及相控直流电源的正极相连，555时基集成电路芯片的阈值端和触发端相连后分为三路，第一路通过第二延时电容与555时基集成电路芯片的正电源端相连，第二路与同步开关输出管相连，第三路通过晶体二极管、触发控制管、第四电阻与555芯片地端相连。

触发控制电路包括触发控制管、稳压二极管；触发控制管的基极依次通过第三电阻、第五电阻后分为两路，一路通过稳压二极管、第六电阻与相控直流电源的负极相连，另一路通过第七电阻与触发电路电源正极相连，构成具有基准电压、相控直流电压取样、比较和放大功能的触发控制电路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于避开了复杂的分立元件电路和单片机控制系统，所以结构相对简单。

2、由于555芯片的逻辑转变，只依赖于输入端1/3Ue和2/3Ue，与电源电压的变化波动无关，其抗干扰能力强，工作稳定性、可靠性进一步提高。

3、由于555芯片内部的基准电压电路，是由3个高精度电阻器组成的，其分压精度高，参数的一致性好，相控电路的生产不需任何调试。

4、由于555芯片的地端与相控可控硅的阴极直接相连，其触发驱动电路、软启动电路和限流保护电路变得十分简单。

5、由于结构简单，核心部件555芯片价格低廉，相控触发电路的成本大幅下降。

附图说明

图1为本发明555相控软启动限流保护直流稳压电源的电路原理图。

图2为本发明555相控软启动限流保护直流稳压电源的工作波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构及工作过程作进一步说明。

一种555相控软启动限流保护直流稳压电源，包括触发器、相控可控硅、触发同步开关、延时电容器、触发控制电路、相控同步信号源、触发驱动电路、软启动电路、限流保护电路、触发电路电源，所述触发器为555时基集成电路芯片，用于产生控制相控可控硅导通的触发脉冲信号；相控可控硅起无触点开关作用；触发同步开关包括输入管、输出管，用于可控硅正向工作电压与触发脉冲信号的同步；延时电容的充电时间决定触发延时角的大小；触发控制电路包括触发控制管、稳压二极管，通过控制延时电容的充电时间，来控制触发延时角和导通角，以实现对其输出电压的控制；相控同步信号源为同步开关提供同步信号；触发驱动电路将触发电流放大，以推动大功率可控硅工作；软启动控制电路包括软启动控制管、软启动电容，用于延长相控电源的启动时间，以适应特种负载的启动要求；限流保护电路包括限流保护控制管、限流取样电阻，用于限制相控电源的输出电流，防止过载和负载短路；触发电路电源为触发电路提供稳定的工作电压。

以上组成中，触发同步开关和触发电路电源，同现有电路技术相同。不同之处是：触发器选用性能优良、价格低廉的555时基集成电路芯片，并与相控可控硅、触发同步开关、延时电容器、触发控制电路、相控同步信号源、触发驱动电路、软启动电路、限流保护电路进行特定的连接，构成一种独特的时基相控触发电路。

其中555时基集成电路芯片的地端与相控可控硅的阴极及相控直流电源的正极相连，使相控可控硅的阴极与555芯片的参考点地同电位；

555时基集成电路芯片的输出端通过第一延时电容、第一电阻与触发驱动电路输入端相连；触发驱动电路输出端与相控可控硅的控制极相连，构成阻容耦合触发驱动电路；

555时基集成电路芯片的阈值端和触发端相连后分为三路，第一路通过第二延时电容与555时基集成电路芯片的正电源端相连，第二路与同步开关输出管相连，同步开关输出管的发射极与555芯片的正电源端相连，第三路通过晶体二极管、触发控制管、第四电阻与555芯片地端相连，构成同步充放电延时触发输入回路。

同步开关输入端通过第二电阻与相控可控硅的阳极相连，从可控硅的阳极直接获取同步信号，省去了触发同步信号变压器；

触发控制电路包括触发控制管、稳压二极管；触发控制管的基极依次通过第三电阻、第五电阻后分为两路，一路通过稳压二极管、第六电阻与相控直流电源的负极相连，另一路通过第七电阻与触发电路电源正极相连，构成具有基准电压、相控直流电压取样、比较和放大功能的触发控制电路。

软启动控制电路包括软启动控制管、软启动电容，软启动控制管的发射极通过第三电阻与触发控制管的基极相连，集电极与地相连，基极对地设置软启动电容；

限流保护电路包括限流保护控制管、限流取样电阻，限流取样电阻的一端与相控可控硅的阴极相连，另一端与相控电源的正极输出端相连，限流保护控制管的集电极与软启动控制管的基极相连，发射极与地相连，基极对地设置延时保护电容。

具体实施例，如图1、图2所示：

触发器由555时基集成电路芯片(以下简称555芯片)IC1构成；相控可控硅由SCR1构成；触发同步开关主要由晶体三极管Q1、Q2、Q3构成，其中Q2为触发同步开关输入管，Q3为触发同步开关输出管；延时电容由C2构成；触发控制电路主要由晶体三极管Q4、稳压二极管ZD1构成；相控同步信号源由交流电源变压器T1和晶体二极管D8、D9、D10、D11组成；触发驱动电路主要由晶体三极管Q6构成；软启动电路主要由晶体三极管Q5、电容器C5构成；限流保护电路主要由限流取样电阻器R25和晶体三极管Q7、Q8、Q9构成；触发器电路电源Ue主要由IC2构成。

其中，555芯片IC1的地端1与相控可控硅SCR1的阴极及相控直流电源的正极Uo+相连，使相控可控硅的阴极与555芯片IC1的参考点地同电位；555芯片IC1的输出端3通过延时保护电容器C3、电阻器R13与晶体三极管Q6的基极相连，晶体三极管Q6的发射极与相控可控硅SCR1的控制极相连，集电极通过电阻器R9与触发电路电源正极Ue+相连，构成阻容耦合触发驱动电路，555芯片可输出200mA电流，经Q6放大后可驱动任何功率等级的可控硅；555芯片IC1的阈值端6和触发端2相连后，第一路通过延时电容器C2与555芯片IC1的正电源端8相连，第二路与晶体三极管Q3的集电极相连，Q3的发射极与555芯片IC1的正电源端8相连，第三路通过晶体二极管D1与晶体三极管Q4集电极相连，晶体三极管Q4发射极通过电阻器R10与555芯片地端1相连，构成同步充放电延时触发输入回路。

同步开关输入端晶体三极管Q2的基极，通过电阻器R5与相控可控硅SCR1的阳极相连，从可控硅的阳极直接获取相控同步信号，省去了相控同步信号变压器；晶体三极管Q4的基极与电阻器R6、R7相连后，一路通过稳压二极管ZD1、电阻器R23与相控直流电源的负极Uo-相连，另一路通过电阻器R4与触发电路电源正极Ue+相连，构成具有基准电压、相控电源电压取样、比较和放大功能的触发控制电路。

晶体三极管Q5的发射极通过电阻器R6与触发控制电路晶体三极管Q4的基极相连，集电极与地相连，基极与电容器C5的正极相连，C5的负极通过电阻器R12与地相连，构成软启动电路。

限流保护电路的限流取样电阻器R25，一端与相控可控硅的阴极相连，另一端与相控电源的正极输出端Uo＇+相连，晶体三极管Q8的集电极与软启动控制管Q5的基极相连，发射极与地相连，基极通过电阻器R17、R18与电容器C10的正极相连，C10的负极与地相连。

如附图2工作波形图所示，Ub为同步开关管Q2基极电压，Ut为可控硅阳极电压及全波整流电压，Uc为555芯片输入端6、2的输入电压，Uz为555芯片输出端3的输出电压，Iz为555芯片输出端3的输出电流，Ik为相控可控硅的导通电流，Uo为相控直流电压。

其工作过程如下：

当同步开关管Q2基极电压Ut低于0.7V时，开关管Q2、Q1截止，Q3导通，延时电容器C2迅速放电，Uc迅速上升趋近电源电压Ue，为延时充电做好准备。

当同步开关管Q2基极电压Ut达到0.7V时，开关管Q2、Q1导通，Q3截止，延时电容器C2通过二极管D1、控制管Q4、电阻器R10、电源Ue-、Ue+回路充电，Uc开始下降，下降速度主要由控制管Q4控制。

当Uc降至1/3Ue时，555芯片3端输出电压Uz迅速跳变为高电平,触发电流Iz经电容器C3、电阻器R13流入驱动管Q6基极，驱动可控硅SCR1导通，相控直流电压Uo被充电。

当充电电流小于可控硅维持电流时，可控硅自动关闭。

当同步开关管Q2基极电压Ut再次低于0.7V时，开关管Q2、Q1截止，Q3导通，延时电容器C2迅速放电，Uc又迅速上升趋近电源电压Ue。

当Uc上升至2/3Ue时，555芯片3端输出电压Uz迅速跳变为低电平，C3通过555芯片3端、1端、地、二极管D7电阻器R13回路放电，恢复零电压状态。到此为止，555相控触发电路完成了一个工作周期。

其稳压原理如下：当负载加重或交流电源电压下降等因素，引起相控直流电压Uo下降时，稳压管ZD1负极电位上升，触发控制管Q4基极电位也上升，控制电流增大，延时电容器C2充电时间变短，触发延时角变小，触发导通角变大，相控可控硅导通平均电流增加，使相控直流电压Uo回升。反之，当负载减轻或交流电源电压上升等因素，引起相控直流电压Uo上升时，稳压管ZD1负极电位下降，触发控制管Q4基极电位也下降，控制电流减小，延时电容器C2充电时间变长，触发延时角变大，触发导通角变小，相控可控硅导通平均电流减小，使相控直流电压Uo回降，从而实现相控直流电压的稳定。

其软启动原理如下：当相控电源启动时，电容器C5处于零电压状态，软启动管Q5基极为低电位，Q5导通，触发控制管Q4基极电位接近零处于截止状态，延时电容器C2的充电时间很长，延时角大于180°，触发器不工作，相控可控硅不导通。随着通过电阻R8、R12对电容C5的充电，软启动管Q5基极的电位逐渐升高，Q5慢慢截止，触发控制管Q4基极电位慢慢升高，Q4慢慢导通，延时电容器C2的充电时间慢慢变短，当延时角小于180°时，触发器开始工作，相控可控硅的导通角慢慢增大，相控电源慢慢启动。软启动时间由电容C5和电阻R8的时间常数决定，电容C5、电阻R8越大，启动时间越长。

其限流保护原理如下：当通过限流取样电阻器R25的输出电流超出额定值时，在R25上产生的压降超过0.7V，其电流通过二极管D12、电阻器R21、R22流入晶体三极管Q9基极，晶体管Q9、Q7、Q8、Q5趋于导通，控制管Q4趋于截止，延时电容器C2充电时间趋于增加，触发延时角趋于增加，触发导通角趋于减小，相控可控硅导通电流趋于下降，从而限制输出电流的继续增加。

当负载短路时，流经限流取样电阻器R25的电流剧增，在R25上产生的压降远远超过0.7V，其电流迅速通过电阻器R26、二极管D13流入晶体三极管Q9基极，Q9、Q7、Q8、Q5迅速导通，触发控制管Q4迅速截止，相控可控硅迅速关闭，相控电源进入保护状态。由于负载短路保护瞬间，晶体三极管Q7迅速导通并给电容器C10迅速充电，C10通过R18、R17、Q8基极放电，能维持Q8导通一段时间，在此时间内相控电源维持保护状态。维持时间主要由电容C10、电阻R17的时间常数决定，C10、R17越大，维持时间越长。当维持时间过后，相控电源会慢慢启动，如果负载继续短路，相控电源将会重新快速进入保护状态，如果负载短路排除，相控电源将自行启动恢复正常工作状态。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体与详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围和实施例的限制。

应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，本发明作为基础电路所给出的具体电路结构，元器件选择及连接关系仅仅作为说明其原理的优选方式，针对不同的电路应用，可以作出多种参数选择，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种555相控软启动限流保护直流稳压电源，包括触发器、相控可控硅、触发同步开关、延时电容器、触发控制电路、相控同步信号源、触发驱动电路、软启动电路、限流保护电路、触发电路电源，其特征在于：所述触发器为555时基集成电路芯片，用于产生控制相控可控硅导通的触发脉冲信号；555时基集成电路芯片的地端与相控可控硅的阴极及555相控软启动限流保护直流稳压电源的正极相连，555时基集成电路芯片的阈值端和触发端相连后分为三路，第一路通过第二延时电容与555时基集成电路芯片的正电源端相连，第二路与触发同步开关输出管相连，第三路通过晶体二极管、触发控制管、第四电阻与555时基集成电路芯片地端相连，555时基集成电路芯片的输出端通过第一延时电容、第一电阻与触发驱动电路输入端相连；触发驱动电路输出端与相控可控硅的控制极相连；触发同步开关输入管通过第二电阻与相控可控硅的阳极相连；

相控可控硅起无触点开关作用；

触发同步开关包括输入管、输出管，用于相控可控硅正向工作电压与触发脉冲信号的同步；

触发控制电路包括触发控制管、稳压二极管；通过控制延时电容的充电时间，来控制触发延时角和导通角，以实现对其输出电压的控制；所述触发控制管的基极依次通过第三电阻、第五电阻后分为两路，一路通过稳压二极管、第六电阻与555相控软启动限流保护直流稳压电源的负极相连，另一路通过第七电阻与触发电路电源正极相连，构成具有基准电压、相控直流电压取样、比较和放大功能的触发控制电路；

相控同步信号源为触发同步开关提供同步信号；

触发驱动电路将触发电流放大，以推动大功率相控可控硅工作；

软启动控制电路包括软启动控制管、软启动电容，用于延长555相控软启动限流保护直流稳压电源的启动时间；软启动控制管的发射极通过第三电阻与触发控制管的基极相连，集电极与地相连，基极对地设置软启动电容；

限流保护电路包括限流保护控制管、限流取样电阻，用于限制555相控软启动限流保护直流稳压电源的输出电流，防止过载和负载短路；限流取样电阻的一端与相控可控硅的阴极相连，另一端与555相控软启动限流保护直流稳压电源的正极输出端相连，限流保护控制管的集电极与软启动控制管的基极相连，发射极与地相连，基极对地设置延时保护电容；

触发电路电源为触发电路提供稳定的工作电压。

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