在设计半导体制冷低温恒温槽功率驱动电路时,需要一个10Ω的限流电阻,用于在脉冲调宽驱动电路中每次通过固态继电器接通市电的瞬间限流。
由于电流达1.2A、在限流电阻上的功耗高达12W,即使用了20W的水泥电阻,发热也很厉害,工作时间一长往往把印制板也给烤糊了。不仅发热厉害,还白白浪费电能,也限制了设备的输出功率。
低温槽由半导体制冷片制冷,工作电流12A。降温时全功率工作、控温时脉冲调宽工作,具体电路如下图所示。调宽电路中的“开关”可以设置在300V的市电直接整流高压回路,也可以设置在后面DC/DC变换后的直流低压回路,如开关选用固态继电器。用在后面的缺点是它的导通电阻较大,12A电流在开关上将形成较大的压降,工作效率低。用机械触点的电磁继电器虽然接触电阻小,但大电流切断时火花会很快将触点烧毛,而且触点寿命有限,根本无法用到开关需长期频繁动作的调宽控制电路中。这里选用固态继电器、放在前面高压直流回路中。
市电整流电路中用了100u/450V的滤波电容C1,脉冲调宽控温通过固态继电器U1实施,Ul接通时,硅桥将220V市电整流、C1滤波,得到近300V直流供DC/DC交换电路输出12V/12A电流对半导体制冷片供电使恒温槽降温.U1断开电路时、C1上的电荷将迅速放掉使DC/DC电路停振,下个周期再重复电路的通、断,并通过改变占空比以保持低温槽维持恒温。由于在首次通电或每次接通市电时C1已放完电,如果不加限流电阻,下次接通时市电将被C1瞬间短路。但C1被充电后,限流电阻就是多余的了,尤其在低温槽开始通电降温时,限流电阻一直串在电路中,不仅白白消耗电能,而且发热量很大,不利于低温槽的工作。
如果限流电阻只在每次固态继电器接通的瞬间存在,当Cl在极短时间内充好电后就让它消失,固态继电器断开后再让限流电阻出现、为再次通电瞬间用作限流……即可解决限流和发热,能耗间的矛盾,解决办法可如下图所示。即在与固态继电器U1串连的限流电阻R上再并一个固态继电器U2,U1、U2均由同一个调宽信号控制,只不过在U2控制晶体管T2的基极和来自运算放大器A2的调宽信号之间比T1多串入一个延时电路(R2、C6)、如右图所示,使T2比T1每次都稍稍晚导通一会儿,即可使U1接通的瞬间U2尚未接通,此时限流电阻限制市电的瞬间冲击电流不会超过22A。
延时过后T2、U2再导通,这时限流电阻被U2短路不再耗电发热(此时固态继电器的导通电阻比10Ω小的多、其压降仅约1V.相对300V的电源电压几乎可以忽略不计)。在低温槽降温工作阶段,由于限流电阻上基本无压降,也提高了降温速度和市电的利用率。
由于调宽周期约为1秒、延时时间10毫秒左右即可。经过估算,R2取5.lk、C6取10uF.时间常数为51毫秒。由于控制信号高电平约3.5V,而晶体管只需0.6V左右即可导通,故实际延时约10毫秒后晶体管T2即驱动固态继电器U2动作。
延时电路焊装后通电一次成功,限流电阻改用10Q/5W水泥电阻、长期工作基本不发热,改进效果令人十分满意。
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