摘 要：“交流无浪涌电源”是我们自主设计的一种消除交流浪涌的电子装置，其主要目的是解决进口的PRB－21型灯器浪涌抑制器大量故障且缺少备件的问题，同时也可以应用于其它需要抑制交流电源浪涌的场合，它采用了与原灯器设备中浪涌抑制器不同的工作方式，制作费用低，且达到了相同的浪涌抑制目的，实际应用收到了良好的效果。
该文详细介绍了交流无浪涌电源的设计思路、系统组成和各部分电路的基本原理。
关键词：交流；电源；设计。
前言：
灯塔是船舶安全航行的重要助航设施，为了保证灯塔正常发光，我国进口了大量大中型航标旋转灯器，PRB－21型灯器就是其中一种，它是我国在上世纪80年代末从英国引进的，运行至今已近20年，由于使用时间长、电子元器件老化等原因，这种灯器近年来故障比较多，对配件供应的需求提出了更加迫切的要求，尤其是浪涌抑制器的需求量较大。
PRB－21型灯器采用密封光束灯阵作为发光体，使用100V至220V不等的交流电压工作，如果没有浪涌抑制器，当灯器开始发光时，由于冷态灯泡电阻小，在电压刚加到灯泡的瞬间，会产生强大的浪涌电流，对灯泡造成冲击伤害，大大缩短了灯泡的使用寿命，针对这一问题，灯器在每组灯泡中都串接了浪涌抑制器。但是，近几年由于该抑制器大量出现故障，又无法修复，进口该器件费用较高，供货也不及时，因此有的灯塔只能在没有浪涌抑制器的情况下坚持工作，使灯泡的寿命大大缩短，灯器的维护工作量大幅度增加。
面对这一状况，航标技术人员多年来都在积极寻求解决该难题的技术方案，本文所介绍的交流无浪涌电源，是经实践验证，解决这一问题比较成功的一项研究成果，它采用了与原来进口灯器浪涌抑制器完全不同的技术方案，成功地解决了问题，且成本低，实际使用效果良好。
一、设计思路
PRB－21型灯器有若干组主用灯泡，以成山头灯塔为例，其主用灯泡有6组，原灯器每组灯泡设置了一个浪涌抑制器，这样，一个灯器上就安装了6只，按每只浪涌抑制器1000元计算，更换一次就需要6000元，成本高，维护繁琐，因此，我们在解决浪涌抑制的问题时，采用了集中控制方式，即采用一只交流无浪涌电源实行集中控制，使加到灯泡上的电压从0V开始平滑、连续地逐渐升高，灯丝通过低电压得到预热升温后，再将电压提高到额定电压，投入正常发光，这样就很好地消除了电流浪涌对灯泡的冲击。
二、系统组成
如图一所示，交流无浪涌电源系统由七部分电路组成，它们分别是：电源电路、同步控制电路、锯齿波发生电路、相位控制电路、
触发脉冲发生电路、升压控制电路和起动控制电路。
其中，升压控制电路是直接对浪涌进行抑制的电路，其余电路根据设计要求，完成升压控制电路的驱动任务。
三、基本原理
1、电源电路
电源电路的作用是将输入的交流电经降压整流，变成适合电路工作的直流电，为各部分电路提供工作电源。其电路如图二所示。
该电路采用的是电容降压的方式，C1、C2为分压电容；R1、R2为泄放电阻，当电路停止工作时，用于泄放C1、C2上的残留电压；D1为整流桥，将交流电整流成直流电VCC；C3为滤波电容；D2为稳压二极管，起稳定直流电压VCC的作用。
2、同步控制电路
同步控制电路的作用是通过全波整流的方式，对输入交流电进图三同步控制电路
行相位取样，在输出端生成相位控制脉冲信号。其电路如图三所示。
电路中，D2为整流桥，R2、R3与R4构成分压电路，控制输出脉冲信号的幅度；发光二极管D1用于输入交流电的指示，R1为D1的限流电阻。经过取样、整流后，输出端输出的相位控制脉冲频率为输入交流信号的两倍，其过零点与输入交流信号在时间上完全对应一致。
3、锯齿波发生电路
锯齿波发生电路的作用是产生频率为输入交流电两倍的锯齿波。其电路如图四所示。
电路中，当三极管T1截止时，电源通过R3给电容C1充电，C1的电压逐渐升高；当T1导通时，电容C1通过T1迅速放电而回到0电位；当T1再次截止时，电源再一次对C1充电。按照这样的过程，T1反复导通和截止，就在输出端形成了锯齿波。来自同步控制电路的同步控制脉冲由本电路的输入端输入，经运算放大器IC1反相、整形后，控制T1的导通与截止，从而控制锯齿波的产生。由于同步控制脉冲与输入交流信号在时间上完全对应一致，因此，锯齿波的每个锯齿的起始点（亦即截止点）与输入交流信号的过零点完全对应。
输入交流暮拧⑼步控制脉冲信号和锯齿波信号的相位关系如图五所示。
4、起动控制电路
起动控制电路的作用是在电源刚刚接通时产生一个时间延时，等待各部分电路初始化完毕后，直至整个系统开始以无浪涌的方式输出交流电。其电路如图六所示。
电路中，IC1为运算放大器构成的电压比较电路，其正输入端为R2和R3分压信号，负输入端为电容C1的电压信号。当交流电刚刚输入时，电容C1尚未充电，电压为0，IC1的正输入端电位低于负输入端，因此输出为低电位；当交流电输入之后，电源经R1对电容C1充电，C1上的电位逐渐升高，当升高到高于R3上的电压后，IC1因正输入端电位高于负输入端，因此状态发生翻转，输出由低电位变为高电位。
本电路输出的起动控制信号分别送入相位控制电路和升压控制电路。当此信号为低电位时，两者均不工作，电源虽有交流输入但无输出；当此信号为高电位时，系统开始工作，交流电源电压按照预定的速度逐渐升高加到灯泡上，直至将交流电压足额加到灯泡上，使灯泡正式发光。
5、相位控制电路
相位控制电路的作用是产生相位控制信号控制触发脉冲的相位。其电路如图七所示。
本电路输出的相位控制信号传送到触发脉冲发生电路，相位控制信号越低，则触发脉冲越前移，从而控制触发脉冲的相位。起动控制电路产生的起动控制信号从输入端输入本电路，当电源处于预备状态尚未起动时，起动控制信号为低电位，光耦IC1导通，电源通过R1迅速对电容C1充电至饱和状态；当起动控制信号由低电位变为高电位后，光耦IC1截止，电源停止对C1充电，C1经电位器P1放电，产生一个从高电位逐渐降低的输出电压――相位控制电压信号。调整P1的阻值，即可调整相位控制信号电平的下降速度，通过控制触发脉冲的相位改变灯泡上电压的上升速度。
6、触发脉冲发生电路
触发脉冲发生电路的作用是产生触发脉冲，驱动升压控制电路连续平滑地提升加到灯泡上的电压。其电路如图八所示。
输入1是来自锯齿波发生电路的锯齿波信号，输入2是来自相位控制电路的相位控制信号。IC2通过电压比较的方式产生驱动脉冲；IC1、R1、R2、R3构成拖尾清除电路；D1、D2为隔离二极管，用于对输入锯齿波与拖尾清除信号的隔离。当相位控制信号电平较高时，IC2只有在锯齿波上升到足够高时才输出正脉冲，驱动升压控制电路中可控硅导通，因此通角比较小，输出到灯泡上的交流电压较低；随着相位控制信号电平的下降，触发脉冲产生的时间不断提前，升压电路中的可控硅导通角逐渐增大，输出到灯泡上的交流电压也逐渐升高。在上述过程中，IC1的负输入端的电位一直比正输入端的电位高，IC1的输出为0V，由于D2的隔离作用，它对IC2不产生任何作用；随着输出到灯泡上电压的不断升高，灯丝得到充分预热，当相位控制电压下降到一定值（灯泡上的电压上升到一定值、灯丝充分预热）后，IC1负输入端的电位低于正输入端电位，因此IC1输出端由0电位变为正电位，此信号经D2传输到IC2的正输入端，将IC2的正输入端钳位于正电位，使IC2一直输出高电压信号，驱动升压控制电路的可控硅完全导通，交流电压全额加到灯泡上，使灯泡达到额定发光功率正常发光。
7、升压控制电路
升压控制电路是抑制电流浪涌产生的执行电路，作用是控制交流电压缓慢地提升，达到无浪涌输出的目的。其电路如图九所示。
电路中，输入1为起动控制信号，输入2为触发脉冲。升压控制信号经过光耦IC1的本电路的直起动，在整个系统处于预备状态时，起丝刂菩藕盼?电位，此时IC1不导通，触发脉冲被隔离；当起动控制信号为高电位后，IC1导通，触发脉冲经R2、IC1的输出端传输到IC2，驱动可控硅输出交流电压到灯泡。T2为主控可控硅，其容量要求足够大，以满足大功率灯泡工作的需要。电容C1和电阻R6为T2的保护电路。IC2、T1、R3、R4和R5构成主控可控硅的触发驱动电路，触发脉冲经此电路实现对T2的有效触发。M1为交流电压表，用以监测输出电压。当系统起动工作后，T2在触发脉冲的触发下，控制交流电压从0V开始平滑、连续地逐渐升高，使灯泡在这个升高过程中得到充分预热后，才得到足额电压正式发光，达到了保护灯泡，充分延长灯泡使用寿命的目的。
结束语：
本文将我们在实际工作中研究设计应用的“交流无浪涌电源”作了技术介绍，希望能与同行进行讨论。由于水平所限，电路设计及论文叙述中必有诸多不妥之处，诚请斧正。
参考文献：
[1]童诗白：模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社.2000年.
[2]何希才、毛德柱：新型半导体器件及其应用实例.北京：电子工业出版社.2002.12.