摘   要：本文详细阐述了基于双向移位寄存器HEF40194B控制的直流自动调压装置的设计方案，该装置具有性能稳定、价格低廉、体积小等优点。

 

 

 

引言

电力系统所需的直流电源都是由直流蓄电池系统提供的，而其母线的输出一般包括动力母线和控制母线两部分。在大容量(一般指蓄电池容量大于500Ah)系统中经常采用二合一母线，即动力母线与控制母线为同一母线，如图1(a)所示，此时蓄电池配置为2V/103只或104只，系统电压大约为230~240V。但在小容量系统中，为了保证放电时间及放电后期的母线电压，系统的蓄电池配置经常采用2V/108只或12V/18只，其动力母线电压(蓄电池端电压)大约为240~255V，而控制母线负荷多为电力系统的继电保护装置及信号回路等经常负荷，无法长时间承受250V左右的高电压，此时必须采用动力母线和控制母线独立运行的方式，如图1(b)所示。为了把动力母线电压降至一定范围，形成控制母线，本文采用了在动力母线和控制母线之间加装自动调压装置的方法，文中详细介绍了自动调压装置的原理框图、电路及工作原理。

 

 

(a)              大容量系统

(b)              小容量系统

图1  直流电源系统示意图

 

 

图2  自动调压装置的工作框图

 

图3   采样部分原理图

 

 

图4     控制部分原理图

 

 

图5    调压主接线图

自动调压装置的系统组成

自动调压装置的工作框图如图2所示，其在直流电源系统中是一个独立的执行部分。它的自动控制电路所需的+12V工作电源，是利用电阻从+KM上降压之后，通过集成稳压块MC78M12CT直接稳压后而获得的。采样回路中采用精密电阻直接降压采样，可以保证采样的精度要求。比较判断回路中，采用的是LM124集成运放芯片，其价格低，性能可靠。触发电路采用的是NE555集成电路。移位执行电路采用的是HEF40194B双向移位寄存器。驱动电路采用的是BUX85高压三极管，它具有驱动能力强、耐压高等特点，被广泛应用于工业，同时价格低廉。继电器采用的是JQX-59F，这种继电器接点容量大，而且价格低。降压回路采用的是硅二极管组。

 

自动控制电路原理和工作过程

装置的采样部分、控制部分的电路图及调压主接线路分别如图3、图4和图5所示。

在自动调压状态下，控制母线电压经III-1引入，通过图4中的采样电阻R1、R2，送到图3中N1(LM124)的2脚与5脚进行比较。图3中RP1是母线欠压电位器，RP2是母线过压电位器，控制母线电压采样经LM124比较后，从1脚与7脚输出，7脚与1脚的组合状态只有三种可能：01、11、10。8脚与14脚的输出相应有10、00、01三种状态，这三种状态即为图4中N1和N2中S0与S1的组合状态。当7脚与1脚的输出为01时，表明此时控制母线欠压，则LED1亮、LED2灭，LM124的8脚为高电平，14脚为低电平，S0、S1为10组合状态送到图4中的N1与N2，由于LM124的8脚为高电平，故图3中N2(NE555)的4脚为高电平，3脚产生触发脉冲，通过I-4送到图4中双向移位寄存器HEF40194B的11脚，使它获得触发脉冲，于是右移输出。这时图4中N1的15脚输出高电平，从而驱动三极管Q2导通，图5中相对应的继电器动作，把一组降压硅链从回路中短路掉。如果此时仍处于欠压状态，则图4中N1的15脚输出保持不变，14脚马上输出高电平，驱动Q3导通，图5中与Q3相对应的继电器动作，把一组降压硅链从回路中短路掉。如果调至某一处，如Q4导通后，母线电压进入正常状态，则图3中N1的7脚与1脚的输出为11，8脚与14脚的输出为00，那么电路进入保持原状态的工作方式。

假设图4中所有的三极管全都导通，此时出现母线过压信号，那么图3中N1的1脚输出为低电平，LED2亮，N1的7脚、14脚为高电平，8脚为低电平，N2的4脚输入为高电平，3脚输出脉冲，I-4送到图4中的N1和N2的11脚，N1与N2开始左移工作。此时N2的13脚变为低电平，Q8截止，图5中相应的继电器跳开，与其对应的一组降压硅链串入回路，实现降压的目的。如果控制母线还过压，那么相应的Q7、Q6……依次截止，直到控制母线电压进入正常电压范围内。控制母线电压经过电阻降压后进入图4，通过III-2加到集成稳压块MC78M12CT中，为调压控制器提供稳定的+12V直流电源。

当控制母线电压低到一定程度(所有三极管都导通)时，图4中N2(O2)脚发出的高电平通过二极管反馈到集成运放N1(9)脚，闭锁低动回路。只有当控制母线电压上升到过压整定值时，移位寄存器N2的O2脚才变成低电平，闭锁解除。图3中电解电容C4为抗干扰电容，用于防止控制母线电压因外界干扰引发的波动使装置误动。为防止在继电器线圈断电时产生的瞬间反向电动势击穿驱动三极管，在每个继电器线圈上都加入了一个续流二极管。

为保证可靠性，调压装置分为手动和自动两种控制方式。通过外接一个多路转换开关，就可以方便地进行自动和手动转换，手动方式即用手动开关强制调节硅链的投入与退出，图5中的SK1~SK6即为手动开关的接点。

 

结语

本文给出的自动调压装置的设计方案经过实践检验，其性能可靠，且价格低廉，自投入市场以来，深受用户好评，具有广阔的市场前景。