專利名稱:可控硅并聯(lián)調(diào)節(jié)式直流穩(wěn)壓電源的制作方法
本實用新型用于將交流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞣€(wěn)壓電源的場合，涉及一種由可控硅并聯(lián)調(diào)節(jié)電壓的直流穩(wěn)壓電源裝置。
現(xiàn)有的可控硅穩(wěn)壓電源，其基本結(jié)構(gòu)是可控硅與負(fù)載串聯(lián)，以控制可控硅的導(dǎo)通角來達到控制負(fù)載上電壓的目的。由于可控硅一經(jīng)觸發(fā)，即使觸發(fā)電壓隨即消失，可控硅仍維持導(dǎo)通，直到可控硅陽極電流低于維持電流或換向。如果負(fù)載發(fā)生短路，即便是觸發(fā)電壓隨即消失，可控硅仍導(dǎo)通，于是，巨大的短路電流將導(dǎo)致可控硅過流燒毀，除非加設(shè)特殊的高速保護裝置，另一方面為控制精度不高，其原因在于當(dāng)輸出電壓達到預(yù)定值時，即使隨即消失觸發(fā)電壓，可控硅仍維持導(dǎo)通，直到可控硅陽極電流低于維持電流或換向，因此而導(dǎo)致輸出電壓仍繼續(xù)上升，並不作出迅速的反應(yīng)，從而產(chǎn)生超調(diào)量。
本實用新型的目的是設(shè)計一種可控硅直流穩(wěn)壓電源，使其具有如下特點當(dāng)輸出電壓上升到預(yù)定值時，可控硅能迅速作出反應(yīng)，從而高速地控制輸出電壓，並且，當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路時，該可控硅並無過流燒毀的危險。
本實用新型的解決方案是在整流器的交流輸入端串聯(lián)一個電抗器，用以限制交流輸入的最大電流值，從而也就限制了整流器輸出的直流電流最大值。在整流器直流輸出端并聯(lián)一個可控硅，可控硅截止時，直流輸出提供給負(fù)載，當(dāng)負(fù)載電壓上升到預(yù)定值時，由觸發(fā)控制電路立即將可控硅觸發(fā)，于是，迅速導(dǎo)通的可控硅將直流輸出短路，從而確保輸出電壓不超過預(yù)定值。由于觸發(fā)控制電路的響應(yīng)速度可設(shè)計的很高，因此，這一動作的時間幾乎由可控硅導(dǎo)通時間決定，而可控硅導(dǎo)通時間一般都在μS級，可見，動作時間是相當(dāng)迅速的。該狀態(tài)維持到輸入電流低于可控硅陽極維持電流或換向，可控硅重新截止，下一周期又重復(fù)上述情況，于是在負(fù)載上得到峰值穩(wěn)定的脈動直流。如果在直流輸出到負(fù)載之間串入二極管，用以防止電流倒流，並在負(fù)載兩端并聯(lián)容量足夠大的濾波電容，則可輸出穩(wěn)定而平滑的直流電壓。另一方面，由于電抗器的限流作用，即使負(fù)載短路或可控硅導(dǎo)通，都不存在可控硅過流燒毀的危險，忽略可控硅及整流器的正向壓降，當(dāng)可控硅導(dǎo)通時，等效于將整流器交流輸入端短路，相當(dāng)于電抗器直接并聯(lián)在交流電源上，由于電抗器的有功損耗很小，因此，該電源的效率很高，而且電抗器可以是電容性的，也可以是電感性的，因此，靈活選用電抗器類型還有利于電網(wǎng)功率因素的提高。
圖1為本實用新型方案示意圖；圖2為本實用新型工作波形示意圖；圖3為一個實施例電路圖；圖4為具有跟蹤調(diào)節(jié)特性的實施例電路圖。
現(xiàn)參照附圖對本實用新型作進一步說明。在圖1中，整流器2的交流輸入端串接有電抗器1，整流器2的直流輸出端并聯(lián)可控硅SCR1，直流輸出經(jīng)觸發(fā)控制電路3與可控硅SCR1控制極聯(lián)接，觸發(fā)控制電路3包括電壓取樣、基準(zhǔn)及比較三個功能，當(dāng)輸出電壓達到預(yù)定值時，由于電壓取樣電路的電壓比基準(zhǔn)值略大，于是產(chǎn)生觸發(fā)可控硅SCR1的信號，可控硅導(dǎo)通，從而仰制了輸出電壓的繼續(xù)上升，以下通過電壓波形圖2進一步分析假設(shè)可控硅一直處于截止，則輸出電壓波形如圖2a虛線所示，實際上，當(dāng)輸出電壓上升到預(yù)定值V1時，通過觸發(fā)控制電路立即使可控硅SCR1導(dǎo)通，于是輸出得到如圖2a實線表示的一連串峰值穩(wěn)定的脈動直流電壓。
圖3為一個實施例電路圖。電阻R1與R2串聯(lián)，並跨接在輸出端5、6之間，電阻R1和R2的連接點與可控硅SCR1控制極之間跨接有穩(wěn)壓管D2，由R1、R2、D2構(gòu)成觸發(fā)控制電路，濾波電容C1跨接在輸出端5、6之間，並且在端點4、5之間接有二極管D1，用以防止當(dāng)可控硅SCR1導(dǎo)通時，電容C1的電能被可控硅SCR1泄放。當(dāng)輸出電壓達到預(yù)定值時，即有觸發(fā)電流產(chǎn)生，反之則無觸發(fā)電流產(chǎn)生，由此達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。由于電容C1的作用，使得輸出為平滑而穩(wěn)定的直流電壓(如圖2b實線所示)。輸出電壓預(yù)定值由電阻R1和R2、穩(wěn)壓管D2決定，必要時也可用電位器取代電阻R2，以達到電壓可調(diào)的目的。整流器2可采用全波整流、橋式全波整流或半波倍壓整流等所有從整流器交流側(cè)看進去有雙向流通特性的各種整流器。電抗器1的阻抗Z應(yīng)滿足下式Z≤(nU2- V2]]>)／Im式中n為整流器的效率，全波整流為0.9，半波整流為0.45；Im為額定輸出電壓V時的最大輸出電流，電抗器1是由電感器L或電容器C與低電阻R串聯(lián)或電容器C與低電感L1串聯(lián)構(gòu)成，其中R或L1是用以限制當(dāng)可控硅SCR1導(dǎo)通時流過的瞬時脈沖電流。R或L1的阻抗一般情況應(yīng)選擇(1／10～1／50)Z。可控硅SCR1電流允許值IS應(yīng)滿足 IS＞2U／Z電壓穩(wěn)定度分析由于輸出電壓僅與電壓取樣電阻R1和R2的分壓比、穩(wěn)壓管D2的穩(wěn)壓值，以及可控硅SCR1的觸發(fā)電流有關(guān)，而與輸入交流電壓變化無關(guān)(在可控范圍內(nèi))，因此電壓穩(wěn)定度很高。
輸出紋波電壓分析當(dāng)輸出達到預(yù)定電壓時，可控硅SCR1導(dǎo)通，此后，輸出能量僅由電容C1維持，至下周期時將產(chǎn)生一電壓差△V。由電容器能量關(guān)系可導(dǎo)出△V的估算公式(此式用于全波整流，f為電源頻率)△V＝Im／4fC負(fù)載穩(wěn)定度分析當(dāng)輸出電流由零變化到Im，電壓變化的平均值為△V／2，于是負(fù)載穩(wěn)定度＝(△V／2V)％由圖3所示的實施例，當(dāng)電抗器1用17μF的電容C和5Ω電阻R串聯(lián)構(gòu)成，整流器為全波橋式整流，C1為4700μF，R1為3.3KΩ，R2為1KΩ，D2為2CW23A，可構(gòu)成如下特性的穩(wěn)壓電源交流輸入電壓 220V±10％(50HZ)直流輸出電壓 100V直流輸出電流 1A電壓穩(wěn)定度 ＜0.001％紋波電壓(有效值) ≤0.25V負(fù)載穩(wěn)定度 ≤0.25％上述穩(wěn)壓性能分析可知，提高交流輸入電源的頻率有利于改善紋波及負(fù)載穩(wěn)定度指標(biāo)。若以千赫級的方波變換電路與本實施例配合，可構(gòu)成輕巧型高性能穩(wěn)壓電源。
圖4為具有跟蹤調(diào)節(jié)特性的實施例，其中的電抗器1、整流器2、可控硅SCR1、二級管D1、電容器C1與圖3結(jié)構(gòu)一樣，並在端點5、7之間跨接有電阻R5；可控硅SCR2跨接在端點6、7之間；三端可調(diào)穩(wěn)壓集成塊M337的輸入極與端點6相接，M337的輸出極與端點8連接；電阻R6、電位器W1、電阻R7串聯(lián)，並跨接在端點7、8之間；電位器W1與電阻R7的接點與M337的控制極連接；穩(wěn)壓管D3與電阻R3串聯(lián)，並跨接在可控硅SCR1控制極與端點8之間；穩(wěn)壓管D4與電阻R4串聯(lián)，並跨接在可控硅SCR2控制極與端點8之間；二級管D5跨接在端點4、7之間；二級管D6跨接在端點6、8之間；電容器C2跨接在端點7、8之間，其工作原理如下由于可控硅SCR1的觸發(fā)控制電路由穩(wěn)壓管D3和電阻R3串聯(lián)構(gòu)成，觸發(fā)閥值電壓主要由穩(wěn)壓管D3的穩(wěn)壓值決定，當(dāng)端點6、8之間的電壓低于觸發(fā)閥值時，電源向C1充電，而當(dāng)端點6、8之間電壓升高到觸發(fā)閥值時，可控硅SCR1導(dǎo)通，電容C1上電壓將不在繼續(xù)上升，從而有效地控制M337的壓降。M337、電阻R7、電位器W1、電阻R6等構(gòu)成典型的集成穩(wěn)壓線路(也可用其它類似電路取代)，調(diào)節(jié)電位器W1可改變輸出電壓。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于由M337獲得優(yōu)良的穩(wěn)壓性能，而可控硅SCR1獲得跟蹤調(diào)節(jié)電容C1電壓的目的，使得無論輸出電壓為何值，始終使M337的壓降不大于主要穩(wěn)壓管D3決定的觸發(fā)閥值電壓，從而有效提高了電源的效率。例如，設(shè)置觸發(fā)閥值電壓為10V，輸出電壓為0～200V，當(dāng)輸出為1A電流時，M337的功率損耗僅為10W?？煽毓鑃CR2、電阻R5、穩(wěn)壓管D4、電阻R4構(gòu)成短路保護電路，當(dāng)輸出短路或過載時，由于M337內(nèi)部電路的限流作用，使得M337壓降增大，但當(dāng)壓降增大到主要由穩(wěn)壓管D4決定的觸發(fā)閥值電壓時，可控硅SCR2立即導(dǎo)通，使端點6、7之間電壓迅速下降到接近零，有效的保護了M337，電容C1的能量經(jīng)電阻R5和可控硅SCR2泄放，二極管D5起到短路保護電路自動復(fù)位的作用。圖4中，當(dāng)C＝25μF；R＝5Ω；C1＝680μF；C2＝10μF；R3＝560Ω；R4＝560Ω；R5＝5Ω；R6＝1KΩ；W1＝200KΩ；R7＝1KΩ；D3為2CW23A；D4為2CW23C時，實施例具有如下的穩(wěn)壓特性交流輸入電壓 220V±10％(50HZ)直流輸出電壓 2.5～150V直流輸出電流 1A電壓穩(wěn)定度 ＜0.001％紋波電壓(有效值) ≤10mV負(fù)載穩(wěn)定度 ≤0.05％本實用新型與一般傳統(tǒng)的可控硅穩(wěn)壓電源相比，具有響應(yīng)速度快、控制精度高、可控硅無短路燒毀的危險，而且控制電路簡單。圖3的實施例線路簡單卻具有很高的電壓穩(wěn)定度，並可作到低紋波及高負(fù)載穩(wěn)定度。圖4的實施例可用較小容量的電容C1而獲得高性能的精密穩(wěn)壓電源。
用本實用新型的實施例以及同樣原理的各種變化和替換可構(gòu)成性能價格比很高的系列化高效率直流穩(wěn)壓電源。另外，當(dāng)負(fù)載是直流電機時，圖3的實施例及其變換電路可構(gòu)成簡單而可靠的電機調(diào)速或穩(wěn)速電路，若將電壓取樣電路換成電流取樣電路還可構(gòu)成電機力矩調(diào)節(jié)或穩(wěn)力矩電路。
權(quán)利要求
1.一種可控硅并聯(lián)調(diào)節(jié)式直流穩(wěn)壓電源，本實用新型的特征是整流器2的交流輸入端串接有電抗器1，整流器2的直流輸出端并聯(lián)有可控硅SCR1；輸出端經(jīng)觸發(fā)控制電路3與可控硅SCR1的控制極聯(lián)接；整流器2為全波整流或半波倍壓整流電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的直流穩(wěn)壓電源，其特征是所述的電抗器1為電感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的直流穩(wěn)壓電源，其特征是所述的電抗器1為電容器C與低電阻R串聯(lián)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的直流穩(wěn)壓電源，其特征是所述的觸發(fā)控制電路3為電阻R1與R2串聯(lián)，並跨接在端點5、6之間，電阻R1與R2的聯(lián)接點接穩(wěn)壓管D2的一端，穩(wěn)壓管D2的另一端與可控硅SCR1的控制極相接。
5.一種可控硅并聯(lián)調(diào)節(jié)式直流穩(wěn)壓電源，其特征是整流器2的交流輸入端串接有電抗器1，整流器2的直流輸出端并聯(lián)有可控硅SCR1；端點4、5之間串接二極管D1；端點5、6之間跨接電容器C1；電阻R1與R2串聯(lián)，并跨接在端點5、6之間，電阻R1與R2的聯(lián)接點與可控硅SCR1控制極之間接有穩(wěn)壓管D2。
6.一種可控硅并聯(lián)調(diào)節(jié)式直流穩(wěn)壓電源，其特征是整流器2的交流輸入端串接有電抗器1，整流器的直流輸出端并聯(lián)有可控硅SCR1；端點4、5之間串接二極管D1；端點5、6之間跨接電容器C1；電阻R5跨接在端點5、7之間；可控硅SCR2跨接在端點6、7之間；三端可調(diào)穩(wěn)壓集成塊M337的輸入極與端點6相接，M337的輸出極與端點8連接；電阻R6電位器W1、電阻R7串聯(lián)，並跨接在端點7、8之間，電位器W1與電阻R7的接點與M337的控制極連接；穩(wěn)壓管D3與電阻R3串聯(lián)，並跨接在可控硅SCR1控制極與端點8之間，用以構(gòu)成可控硅SCR1的觸發(fā)控制電路；穩(wěn)壓管D4與電阻R4串聯(lián)，並跨接在可控硅SCR2控制極與端點8之間；二極管D5跨接在端點4、7之間；二極管D6跨接在端點6、8之間；電容器C2跨接在端點7、8之間。
專利摘要
本實用新型提供一種可控硅并聯(lián)調(diào)節(jié)式直流穩(wěn)壓電源。它是在整流器交流輸入端串接電抗器(1)，直流輸出端并聯(lián)可控硅SCR
文檔編號H02M7/155GK87205588SQ87205588
公開日1988年7月27日 申請日期1987年3月25日
發(fā)明者蔣志 申請人:蔣志導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan