本文介绍一种使用LM3914和固态继电器等制作的全自动交流稳压器,具有电路结构简单、调压范围宽、抗干扰能力强、可靠性高、市电电压指示直观等特点。该稳压器克服了电磁继电器机械触点调压转换动作慢、触点因跳火电蚀、使用寿命短等缺点。其稳压范围为交流140~280V,LED管直观指示电网电压的变化。当输入电压低于140V或高于280V时,该稳压器不仅能切断输出,保护负载电路不受损坏,而且还具有闪烁报警功能。电路采用普通电子元器件,装调和使用方便,适合业余条件下制作。
该稳压器的电路原理如附图所示。主要由多绕组自耦变压器T,固态继电器电子开关SSR1~SSR6,直流供电电源,检测、显示及控制电路组成。市电从T绕组第3端固定输入,输出则通过固态继电器SSR1~SSR6分别与T第1~6端绕组抽头相连,输出端接入的绕组越多,输出电压越高。反之,输出电压越低。接第1、2端时输出电压低于输入电压,接第4~6端时电压高于输入电压。各相邻绕组电压差为AC20V,当第3端为交流220V时,第1、2端分别为交流180V、200V,第4~6端依次为交流240V、260V、280V。
交流市电经C1(耐压大于450V)降压,VD1、VD2整流后,一路由R1、RP1分压采样后送LM3914监测;另一路则经7812稳压,为LM3914及控制电路提供12V工作电源。考虑到保护继电器在输入电压降至交流140V或升至交流280V时才动作,故在输入140V电压时,整流输出直流电压不宜低于12V。以此推算出输入220V时,整流输出约17.3V。若T各抽头间绕组匝数相同,市电每变化20V,整流输出电压就变化1.5V左右。
LM3914(IC)是美国国家半导体公司研制的LED点/条显示驱动器,采用18脚DIP封装,工作电压范围3~25V,最高达48V,最大允许功耗660mW,输出电流每级为2~30mA。IC第7、8脚内部是一个VREF=1.25V的浮接基准电压源。其第6、4脚内部有一个由10只1kΩ精密电阻构成的线性分压链,此分压器也是浮接的,使得IC的应用更为灵活、方便。内部10级电压比较器的同相输入端依次接在分压器相应的抽头上,反相输入端连在一起后,接在单位增益输入缓冲器输出端。监测电压由IC第5脚输入,输入偏置电流典型值10nA,最大50nA,其第5脚耐压为±35V。比较器输出(由低到高)依次由第1、18~10脚引出,输出端耐压亦为±35V。其第9脚用来选择显示模式:IC第9脚与第3脚相连时为条形显示,与第脚相连时为点状显示。每级比较器的输出电流由R2预置,一般可按:Io=10×(1.25/R2)进行估算。基准电源输出第8脚(低端)经RP2接地,R2通过的电流经RP2构成回路,利用RP2上产生的压降将基准电压提高,设置量程的下限。量程上限则由RP1调定,其值为:VFS=V(1+R1/RP1),式中V等于1.25V与RP2压降之和。
稳压过程如下:当输入市电为220V时,IC第5脚输入的采样电压刚好使LED3发光,固态继电器SSR3导通,T抽头第3端经SSR3送至输出端;当输入电压升高至交流240V时,LED2发光,SSR2接通T1第2端,将电压降低20V后送出,使输出电压保持在交流220V左右;同理,当输入电压下降时,SSR4~SSR6分别导通,使输出电压保持稳定。若输入电压降至交流160V或升至交流300V时,LED8或LED7发光,VT导通,继电器K吸合,其对应的常闭触点K-1、K-2断开,切断输出电压,保护负载免受损坏。
SSR1~SSR6视负载功率选择,一般可用国产TAC型固态继电器,耐压不小于250V,最大导通电流为5A或10A。LED1~LED6选用绿色发光二极管,LED7、LED8选用红色频闪发光二极管。RP1、RP2选用10kΩ多圈精密电位器。C1耐压不小于450V。其它元件无特殊要求。调整时,先用调压器输入180V交流电压,调节RP2使LED5发光;再输入260V交流电压,调节RP1使LED1发光。反复调整几次,便可投入使用。