一款隔离调压式交流电源的电路设计以及应用

交流电源(如单相220 V)，是电子仪器设备工作主要的供电电源。在电子仪器设备设计、生产与质量检验过程中，特别是进行结构、性能指标的动态检验中，会因为被检测仪器设备内部存在的不良问题而产生漏电、短路等故障。在利用自耦调压器进行相关实验中，由于接线不正确，使用不合理，也会出现“被电”现象。上述情况，如果没有很好保护方法和措施，导致被检测仪器设备和所使用检测设备被“触电”而被损坏，同时也给试验、操作使用人员带来人身危险。为此，文中研究了一种“隔离调压式交流电源”，提出了相应设计与制作方法，对于解决上述类似不安全问题，具有重要作用。

原理设计

文中以稳压电源设备进行“在线模拟公路运输试验”为例，来说明“隔离调压式交流电源”设计的原理。稳压电源设备是以单相220 V交流电作为供电电源，直流稳压输出+22 V，最大输出功率220 W(22 V，10 A)，对其进行在线模拟公路运输试验，就是在模拟振动试验台上进行带电试验，从而模拟检验运输状态下的技术性能与安装质量。

1、功能指标设计

分析可知，稳压电源设备工作所需用供给电源是单相220 V/50 Hz交流电，并且要求输入的功率大于220 W。由于稳压电源设备的直流稳压性能要求比较高，因而对单相220 W50Hz交流电变化的适应能力比较强，要求变化在180～260 V范围内。同时考虑到使用自耦调压器的安全要求，在保证试验、保证安全的情况下，给“隔离调压式交流电源”设计提出了以下功能与技术指标要求：

1)分别提供220 V/50 Hz交流市电电源和可调的交流电源；

2)输出的220 V/50 Hz交流市电，功率≥1 000 W；

3)输出的可调交流电压范围为0～260V；输出功率≥300W；

4)具有输入电压、输出电压指示和输出电流显示；

5)要求具有漏电、过载保护功能；

6)输入、输出插头、插座安装固定牢靠。

2、原理设计

按照“隔离调压式交流电源”设计提出的功能与技术指标要求，设计原理如图1所示。基本原理：单相市电220 V/50 HZ电源，经漏电保护器、电源开关S1、保险丝接至自耦调压器B1输入端，又通过调节端输出到隔离变压器B2输入端；B2匝数比为1：1，则输出与输入相同的电压;然后经电流表输出到负载RFZ。电压表通过开关S2转换显示输入、输出电压。同时在原理电路中加入了漏电保护器。

电源开关S1的作用是控制两路交流电源的输出。当S1接至上端，“隔离调压式交流电源”输出市电;当S1接至下端，则输出可调0～260 V的交流电压。离变压器B2，实现输出可调电压与输入市电电源绝缘隔离；通过调节自耦变压器B1达到调节输出电压的目的。C1选择容值0.47 μF，耐压500V主要是为了滤除调整B1时产生的高频干扰谐波。

3、安全分析

保险丝加在了“隔离调压式交流电源”自耦调压器的输入端，根据输出功率大小，选定合适规格的保险丝；当负载过大时，保险丝熔断，达到保护试验设备的目的。

采用匝数比为1：1的变压器，实现与单相市电的绝缘隔离；制作合适的变压器，并且初次级绝缘强度高，即满足输出功率要求，又能够避免由于火线、零线、地线接错而带来的不安全问题。

运用漏电保护器，实现漏电保护；当试验中由于仪器设备出现故障或人；员操作不当发生漏电、触电问题时，漏电保护器及时工作，断开市电电源，以保证仪器设备及试验人员的安全。

“隔离调压式交流电源”设计中，具有上述3种安全措施，既保证有效进行试验，又增强了试验过程的安全性。

器件设计与选用

按照“隔离调压式交流电源”设计指标与功能要求，主要以输出可调交流电压的原理为主，研究设计和选用器件，为了保证性能和质量，针对所用器件做出以下设计与选择。

1、隔离变压器

变压器：它在电力系统中的重要作用是变换电压，以利于功率传输。变压器在磁通的作用下，两侧的线圈分别产生感应电势，电势的大小与匝数成正比。变压器原、副线圈匝数不同，这样就起到了变压作用。

隔离变压器B2设计结构原理如图1、图2所示，匝数比为1：1，E型硅钢铁芯，初次级线圈之间加隔离层并接地，初、次级线圈与接地端的绝缘电阻≥1.5 MΩ;输出功率≥300 W。设计制作的B2，通过试验其性能参数如表1所示。可见，能够满足设计使用要求。

图2 自耦调压器原理

2、自耦调压器

自耦调压器是常用调压器的一种，其原理和自耦变压器原理相同。自耦调压器和动圈调压器、变磁通调压器和感应调压器相比，具有结构简单、故障率低、体积孝造价低、使用方便等优点，这正是“隔离调压式交流电源”选用自耦调压器的主要原因。当B1接入市电220 V后，U12=220 V，使用调节旋钮，使U32输出交流电电压在0～260 V范围内。