摘 要： 在现代许多通信设备中都需要电源系统供电的质量与稳定性。介绍了直流电源的结构和工作原理，它主要由直流稳压扩流电路、软启动与过流保护电路、不间断供电电路、自动检测控制电路和报警电路组成，这种备用电源可以使交换机在断电状态下持续工作8个小时，保证通话不受外界电压干扰。该设计具有结构简单，成本低廉，工作性能稳定可靠的特点。
关键字： 直流稳压电源; 过流保护; 自动检测控制; 蓄电池
Research and implementation of DC regulated power supply
CHEN Wan?li， ZHOU Ming?liang， JIA Yu?fei
（Huanghe S T College， Zhengzhou 450063， China）
Abstract： In many modern communication equipments， stability and quality of power supply are required in the power system. The structure and working principle of the DC power supply are introduced in this paper. It is mainly composed of DC stabilivolt expanding current circuit， soft start and overcurrent protection circuit， uninterrupted power supply circuit， automatic detection control circuit and alarm circuit. The standby power supply can make a exchanger keep working in another eight hours in power off condition， and ensure calls not to be interfered by the voltage from the outside world. This design has the characteristics of simple structure， low cost， stable and reliable working performance.
Keyword： DC stabilized power supply; overcurrent protection; automatic examination control; battery
0 引 言
现代电子设备是一个极为复杂的电子系统，在一些重要的系统、设备或仪器中，要求供电系统不能中断供电，例如通信、防盗、医疗、科研系统等的供电，假如一旦发生断电，将会发生一系列的事故。 本文介绍了一种主要针对市电在停电或电压不稳定时，使用的直流稳压电源，其为程控交换机提供备用电源，以保障其能持续供电8个小时，从而保证通话质量不受影响。它有软启动和过流保护功能，对蓄电池具有自动检测功能，能够防止过充过放现象。延长了交换机的使用寿命。
1 系统设计方案设计[1]
系统原理框图如图1所示。
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图1 系统原理框图
2 系统各部分电路原理简介
2.1 变压器
变压器是将市电转变成所需要的交变电压。电源的质量直接影响着备用电源的性能和使用寿命，因此变压器的选择也尤为重要，本次设计电路输出负载电压为5 V（后续电路元件电压及蓄电池充电上限电压总和），额定电流为1 A，所以其负载功率为5 W，考虑到变压器工作在70%的容量时最佳，所以使用7 W的变压器即可适合。
2.2 整流滤波电路
整流电路将交流电转换成直流电。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。本电路采用单向桥式整流电路，电路图见图2。
图2 单向桥式整流电源
在单相桥式整流电路中，选择ICZ20。其主要参数：额定平均电流20 A;最大整流电流时和正向电压压降为0.45～0.65 V，最高反向电压下的反向电流平均值≤6 mA完全可以适应要求。
滤波电路可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足C≥2.5[TRL，]其中T为输出交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻[2]。滤波电路见图3。
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图3 电解电容滤波电路图 2.3 过流保护电路
2.4 直流稳压扩流电路
本文设计的稳压电路是为了给整个系统提供稳定的直流电压，平滑的直流电不能满足交换机对直流电源的需要，稳压电路的作用是让输出的直流电压在市电电压或负载电流发生变动时保持稳定。所采用的稳压器输出电流太小，不能满足负载所需的电流，所以采用晶体管并联扩大输出电流。电路由三端可调输出稳压器LM317及并联晶体管来实现。
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图4 过流保护和扩流电路
2.5 软启动电路
电路在接入瞬间会产生很大的脉冲电流，这样会对电路中的电子元件和蓄电池造成损害，使其性能和使用寿命大大降低，所以要设计本电路，使得电路中的电压和电流缓慢的上升到额定值[4]。软启动电路如图5所示。
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图5 软启动电路
2.6 单向导通器
本设计是为了防止蓄电池电流倒灌对前几个单元电路中的元器件造成损害而设计，实际上它是一个二极管桥式整流电路，但是，不是用它的整流功能，而是用它的单向导通功能，它可以通过大电流，如果单接一个二极管可能会因大电流而烧坏，失去单向导通性。
2.7 不间断供电电路
本设计是在交换机市电供电突然中断，或是市电电压突然降低，交换机的电源由市电切换至备用电源，并在市电恢复正常时，将负载切换至市电。切换过程中，要求无时间差。其实现方法见图6。
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图6 不间断供电电路
2.8 控制电路设计
本次设计采用LM339电压比较器，通过采样蓄电池的端电压和基准电压来比较，以输出高低电平来控制继电器动作。此部分电路主要由三部分组成，一是电源部分，二是过充检测控制电路，三是过放检测控制电路。电源部分是由晶体管BD235和270 Ω/4 W的电阻组成的共集电极电路（输出电阻小，具有典雅跟随的特点）和两个串联12 V稳压二极管组成。
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图7 声光报警电路
过充控制电路部分所接的继电器为24 V常开型继电器，电压比较器则是比较蓄电池充电电压是否达到所限定的上限值，若达到控制继电器动作，闸刀闭合，给蓄电池充电，当充到所规定的稳定电压时，控制继电器断开。过放控制电路部分主要是同过电压比较器LM339来检测蓄电池组因放电是否到了规定值而过放，若过放，控制继电器动作，闸刀断开，停止放电;若蓄电池组的电压回到稳定电压则控制继电器闭合，处于放电状态。这里所接的继电器为24 V常闭型继电器[6]。
2.9 声光报警电路
作用是在蓄电池因放电而电压下降，到达限定值时，根据检测电路传来的信号报警，时长1 min。声光报警电路见图8。
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图8 控制电路设计图
2.10 蓄电池选择
目前通信电源所带的蓄电池大多是先进的阀控式密封铅酸蓄电池，它可以做到免维护或少维护，无环境污染，是当前较为理想的蓄电池。本设计采用的就是48 V 100 Ah的蓄电池组。由于本设计为负载提供的是48 V，≤10 A且时长为8 h的供电，选择100 A・h的容量是为了保证蓄电池在正常工作后留由余量。
3 结 语
本次设计的不间断直流电源，主要是由硬件电路组成的，重点是备用电源的大功率部分和对蓄电池充、放电上下限的控制，还有电路的过流保护和软启动单元电路。保证蓄电池在市电中断后能提供8 h的供电，尽可能地减小由于蓄电池的使用不当所带来的损失。通过调试后，本设计实现了设计的要求，可以实现设备的供电要求。
参考文献
[2] 朱雄世.新型电信电源系统与设备[M].北京：人民邮电出版社，2000.
[3] 张惠，冯英.电源大全[M].成都：西南交通大学出版社，1993.
[4] 杨承毅.电子技能实训基础[M].北京：人民邮电出版社，2005.
[6] 何希才，张明莉.新型电源及应用实例[M].北京：电子工业出版社，2004.
