激光测距仪电路研究
激光测距仪电路研究
一、前言
激光测距仪机距离计数器的耗电仅次于储能电容充电时的耗电。因此,提高其电源效率可以在呢嘉测距机电池组的使用次数。现代激光测距测距机的距离计数器大都采用集成电路,它具有体积小,重量轻的特点,但仍然耗电大,并且工作电压范围窄。当电源出线过压现象时,容易损坏集成块。根据负载的要求,响应的电源就必须具有体积小、效率高、稳定性好,并具有过压保护的性能。
晶体管串联线性调整稳压器是一种常见的稳压电路,虽然它具有电路简单,纹波小的特点,但由于其调整元件(功率晶体管)串联在负载回路里,并工作在线性区域,输出电压的调节与稳定,是借助于功率管上电压降落的调整来实现。因此,在负载电流大,输入与输出电压差别大的情况下,效率非常低,功率管上的损耗很大,必须给功率管加上庞大的散热片,这就不利于减小电源的体积、重量。
现代开关稳压器就克服了线性稳压器的弱点,电路中串联的调整功率管工作在开关状态,损耗小、功率高,工作频率可以提高到20千赫以上,不会出现讨厌的噪声。其主要弱点是输出纹波较大;但在电路中稍加滤波措施,便可将文波峰-峰值降低到100毫伏一下。试验证明,100毫伏的尖峰电压对脉冲数字电路并无妨碍。本电源采用的是自激补偿式开关稳压器。
二、电路工作原理
距离计数器实用电源电路。整个电路可分为开关稳压、定时控制及过压保护三部分。开关稳压器属于自激补偿型,其中BG5、BG6组成串联开关调整复合管,工作在饱和导通及截止状态.BG4位转换驱动级;差分对管BG9作为输出电压的误差检测放大器,BG9的右管将输出电压的升高与降低转换成BG8导通时间的缩短与加长,以达到稳定输出的目的。BG为续流二极管,它的导通与截止对应BG8的截止与导通。铁心电感L1、电容C5组成平滑滤波器;L1也是开关稳压器的自激震荡电感。L2、C7组成纹波抑制器,进一步减小输出纹波。C4、R7为正反馈回路,在电路中主要起加速转换的作用,使电路更快的由瞬态向稳态过渡,C2的值对工作频率有一定的影响。当K断开时,在输入电源接通约3秒钟之后,BG1基极b1输出一正脉冲触发BG2,BG2导通使BG4持久导通,于是BG6截止,切断输出电压。为了恢复输出,需将输入电源切断后重新接通。(因可控硅BG2一旦导通后,必须切断电源才能使其恢复截止。)在测距机工作时,V1的切断是靠储能电容充电完成时刻自行达到的。当K接通时,BG1不工作,定时电路不起作用,可持续保留输出电压,以用于距离计数器的检测及选通距离的正确显示。
过压保护电路由BG10、BG11及熔断器BX1等组成。若功率管BG6一旦击穿,稳压二极管BG11也击穿导通,电流注入可控硅控制极,使BG10导通,立即有一个4安左右的电流通过BG10,使BX1很快熔断,切断输入电源,从而保护了负载。BG11的击穿电压选择在6.5伏左右,既保证负载的安全工作,又防止电路由于某些原因引起的误操作。R14限制了通过BG10的电流,以免引起BG10的过流损坏。
三、电路主要元件的参数选择
对电路效率起决定性作用的主要元件是开关功率管BG8、续流二级管BG7及自激震荡电感。开关稳压器工作时,BG8的损耗包括导通损耗Pton、截止损耗Ptoff及开关过程的损耗Ptr、Ptf。
续流二级管BG7的损耗包括正向导通损耗、反向截止损耗及反向回复过程的损耗。在BG7的反向恢复时间内,BG0已经导通,但BG7尚未截止,所以输入电压近乎被短路,产生很大的热损耗。
自激震荡频率f的选定很重要。f增大,可减小电感及滤波电容,但增大了BG6和BG7的损耗。实验证明,f的值选在40-50千赫之间较合适,L1的铁心可选用环形铁氧体,以减小漏磁。
实际电路中选用φ22X11X5的MXD-2000铁氧体磁芯,用0.35毫米的漆包线绕50匝,工作频率约为50千赫。滤波电感L2选用同样类型的φ16X8X4的磁环,用0.35毫米漆包线绕30匝,并与L1磁环线圈重叠固定,以缩小安装面积。
四、电路调试
1.观察BG6射极电压波形,要求其前、后沿陡削,平顶跌落小。一般可达到前后沿时间≤0.3微秒,平顶跌落△V≤0.5伏。波形中的平顶跌落是由于在BG6导通时间内通过BG6的电流呈线性增长,从而使其饱和压降也产生线性增长的缘故。实验证明:根据上述电感公式计算得到的数值是不够的,要减小△V,提高效率,应尽可能增大电感L1的值。一般应增大到计算值的10倍以上。当负载电流增大时,为了保证小的△V值,应适当减小R6的阻值。
2.观察输出纹波(C点波形),啊哟球其峰-峰值Vp-p≤100毫伏。按参数装配的电路,其Vp-p≤50毫伏。L2、C7对纹波一致起很大作用,在L2之前的纹波达400毫伏左右。
3.调整R13,改变输出电压。其规律是:R13增大,输出降低;R13减小,输出升高。
4.过压保护的调整:用电阻负载接入,输出调整在最大工作电压V0=5.5伏,当短路BG6的集-射极时,熔断器BX1应即可熔断,配合整个测距机电路,疝灯放电时的干扰不允许引起BG10的误动作。一般BG10的控制极触发电流应选用较大值。
5.定时控制的调整:在带负载的情况下,K断开,输出电压在3秒后消失,切断V1并再次接通,输出必须重复前过程。当K接通时,输出电压持续保留。
五、电路主要性能
环境温度-40~+50℃;连续工作时间:常温10分钟,高温5分钟;定时时间:3~3.5秒;输出纹波Vp-p≤50毫伏;电路安装重量约50克;电压稳定性;a.输出V1变化9-15伏,△V0/△V1≤3%;b.温度变化△t=90℃,△V0≤0.4伏。温度变化引起电压变化的趋势是:温度升高,V0增大;温度降低,V0减小。可在R13中串联一个正温度系数的热敏电阻加以补偿,shipping由温度变化引起的输出电压变化减小。不过,由于距离计电源变化允许范围为5±0.5伏,所以上述的电压稳定性就足够了。
在输出电压固定的情况下,电路效率随负载电流的增大而降低,这主要是由于在功率管BG6及电感线圈L1、L2上的直流压降随负载电流的增大而升高的缘故。
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