專利名稱：電流過零切換數(shù)控交流穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種交流穩(wěn)壓裝置，尤其是涉及一種數(shù)控交流穩(wěn)壓器。
目前市場上出現(xiàn)的各種數(shù)控交流穩(wěn)壓器，普遍采用電壓過零切換的方式，即在電壓過零時關(guān)斷一只電子開關(guān)，同時開啟另一只電子開關(guān)，改變主變壓器的變比，使其輸出電壓穩(wěn)定在所設(shè)定的范圍(一般為220±5V)內(nèi)。本人1992年7月4日申請的一種“自動控制交流穩(wěn)壓器”(申請?zhí)枮?2227228.X)就屬于上述的數(shù)控交流穩(wěn)壓器。由于這種數(shù)控交流穩(wěn)壓器中所使用的電子開關(guān)為雙向可控硅，因此只有在負(fù)載電流為零時才能可靠地切換，否則將會出現(xiàn)兩只雙向可控同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，以致造成主變壓器局部短路。由于主變壓器本身是感性負(fù)載，因此只有所帶負(fù)載是容性的，而且經(jīng)主變壓器變換后成為一種純阻性負(fù)載才能可靠地切換，所以在實際使用中無法避免主變壓器局短路而致使可控硅燒毀的現(xiàn)象。為了解決這一技術(shù)問題，目前國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家普遍采用下述兩種措施其一是加大可控硅的容量，使其富裕量接近20倍，同時在可控硅上串聯(lián)快熔斷保險絲。這一措施只能保護(hù)主變壓器，而不能徹底避免燒毀可控硅的后果；同時由于主變壓器經(jīng)常反復(fù)局部短路，使用壽命大大縮短；另外，整個機(jī)器的制造成本成倍地增加，且額定功率越大成本越高。
其二是采用兩只大功率晶體管反向并聯(lián)代替雙向可控硅。這樣做盡管可以避免燒電子開關(guān)的問題，但是同第一種技術(shù)措施一樣，成本太高。
為了解決上述技術(shù)難題，本實用新型公開了一種電流過零型自動切換數(shù)控交流穩(wěn)壓器，旨在降低數(shù)控交流穩(wěn)壓器的成本。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案包括直流穩(wěn)壓電源WY、輸入電壓檢測電路VJ、優(yōu)先編碼器BM、電壓峰值檢測電路FV、4D鎖存觸發(fā)器4Da、譯碼器YM、電子開關(guān)SCR和主變壓器B1，其特征是還包括4D鎖存觸發(fā)器4Db、或門電路HM、啟動電路QD、電流取樣電路IJ和電流過零檢測電路IO；
所述的4D鎖存觸發(fā)器4Db的四個輸入端分別與4D鎖存觸發(fā)器4Da的輸出端相連，四個輸出端分別與譯碼器YM的輸入端相連，時鐘脈沖輸入端CP與或門電路HM的輸出端相連；所述的啟動電路QD包括主要由電壓比較器A10構(gòu)成的電壓過零檢測電路VO和在三極管BG10的基極設(shè)置積分電路構(gòu)成的具有延時作用的短路開關(guān)DK，其中電壓比較器A10的反相輸入端串聯(lián)限流電阻R36后與輸入電壓檢測電路VJ中的a點相連，電壓比較器A10的輸出端串聯(lián)限流電阻R45后與短路開關(guān)DK中三極管BG10的集電極以及或門電路HM的一個輸入端相連；所述的電流取樣電路IJ是由串聯(lián)在市電輸入端b點和電子開關(guān)SCR之間的兩只反向并聯(lián)的二極管D13和D14所構(gòu)成的，其中二極管D13和D14與電子開關(guān)SCR相連的結(jié)點接地；所述的電流過零檢測電路IO是將雙向檢波放大電路F的輸出端與整形電路ZX的輸入端相連所構(gòu)成的，其中，雙向檢波放大電路F的輸入端與電流取樣電路IJ的市電輸入端b點相連，整形電路ZX的輸出端與或門電路HM的另一個輸入端相連，雙向檢波放大電路F的輸出端串聯(lián)隔離二極管D17后與短路開關(guān)DK中的積分電路的輸入端相連。
由于本實用新型采用了電壓過零啟動和電流過零切換技術(shù)，實現(xiàn)了交流電的電流過零切換穩(wěn)壓，因此，與現(xiàn)有的各種數(shù)控交流穩(wěn)壓器相比，具有下列突出的優(yōu)點的效果1、無論是感性負(fù)載還是容性負(fù)載均可使用，而且波形不失真；2、較同規(guī)格的同類產(chǎn)品成本下降50％；3、電路簡單，調(diào)試方便。
以下結(jié)合附圖和一個優(yōu)選實施例對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述，以便公眾進(jìn)一步理解本實用新型的上述目的和所能達(dá)到的效果，更好地掌握本實用新型的實施手段，但本實用新型不受所述實施例限制。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖1中啟動電路QD和電流過零檢測電路IO的結(jié)構(gòu)框圖；圖3、圖4和圖5構(gòu)成本實用新型一種優(yōu)選實施方案的電原理圖，三幅圖中引出線的同名端相連；圖6為圖3、圖4、圖5所示實施方案在工作時h點的電流波形圖和a、b、e、f、g、n點的電壓波形圖，圖中顯示出h點電流波形與上述各點電壓波形的對應(yīng)關(guān)系；圖7為啟動時圖3中h點的電流波形和圖4中C點的電壓波形圖。
實施例參照圖3、圖4和圖5，電壓比較器A1～A12由三塊四電壓比較器LM339擔(dān)任；運(yùn)算放大器F1和F2由一塊雙運(yùn)放TL072擔(dān)任；IC1為優(yōu)先編碼器40147；IC2和IC3均為4D鎖存觸發(fā)器40175；IC4為譯碼器4028；IC5和IC6均為555時基電路；IC7和IC8為一塊雙主－－從D型觸發(fā)器CC4013。上述以外的集成電路和電子元件參照圖示標(biāo)準(zhǔn)符號或直接標(biāo)注的規(guī)格型號選配。
參照圖4和圖1、圖2，雙運(yùn)放TL017和電阻R37～R42、二極管D16和D18構(gòu)成雙向檢波放大電路F，檢測由兩只反向并聯(lián)的二極管D13和D14構(gòu)成的電流取樣電路IJ所輸出電流過零信號，并加以放大、整流，分別送至短路開關(guān)DK和整形電路ZX的輸入端。
參照圖4和圖2，整形電路ZX是由555時基電路IC5和電阻R49、R50、R51以及電容C11、C12所構(gòu)成的下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。其作用是將g點輸出的脈沖信號倒相并修正成標(biāo)準(zhǔn)方波信號(參見圖6)，以提高抗干擾能力，使切換動作干脆。
參照圖4和圖1或圖2，或門電路HM由兩只正極相連的二極管D20和D21構(gòu)成，其作用主要是將起動電路QD或整形電路ZX的輸出的正脈沖傳送至IC3的時鐘脈沖輸入端CP，完成啟動或電流過零時切換的任務(wù)。
參照圖3，輔助變壓器B2的次級包括三組線圈L1、L2、和L3，其中L1輸出的交流電壓經(jīng)整流穩(wěn)壓、濾波后輸出15V直流電壓V1作電壓比較器A1～A8以及A10的參考電平和555時基電路IC6的直流電源，輸出5V直流電壓V2作直流電源；L2輸出交流電壓經(jīng)二極管D1～D4整流后為電壓比較器A1～A8提供比較電平，為電壓比較器A9提供電壓峰值信號，為電壓比較器A10提供電壓過零信號；L3輸出的交流電壓經(jīng)整流、穩(wěn)壓、濾波后輸出±8V直流電壓V3和V4作雙運(yùn)放TL072的直流電源。
參照圖3，電流互感器H為圖5中短路保護(hù)電路提供過流信號；繞在主變壓器B1上的輔助繞組L4為圖5中的過壓保護(hù)電路提供過壓信號。
以下結(jié)合附圖和實施例簡要說明本實用新型所述電流過零切換數(shù)控交流穩(wěn)壓器的工作原理。
參照圖3、圖4和圖5，合上電源開關(guān)K接通市電，通過電阻R70對電容C15充電，同時主要由555時基電路IC6構(gòu)成的軟啟動電路開始延時，IC6的3腳輸出高電平，繼電器J不能吸合(參見圖5)，繼電器J的常開觸頭J1－1處于常開狀態(tài)(參見圖3)。當(dāng)電容C15的端電壓充至2／3V1時，軟啟動電路延時結(jié)束，IC6的3腳輸出低電平，繼電器J得電吸合，其常開觸頭J1－1閉合，整個機(jī)器投入運(yùn)行。
參照圖3，由于優(yōu)先編碼器IC1的輸入端1通過電阻R22接地，因此在繼電器J的常開觸頭J1－1閉合時，即使在輔助變壓器B2的次級繞組L3所輸出的交流電壓過零時(即輸入交流電壓過零)IC1也可進(jìn)行編碼工作，而且待輸入交流電壓正半周或負(fù)半周峰值一過，由電壓比較器A9輸出一個正脈沖送至4D鎖存觸發(fā)器IC2的CP端，將IC1的編碼結(jié)果鎖存從反相輸出端輸出，一旦輸入交流電壓再次過零，啟動電路QD中電壓比較器A10輸出一個正脈沖，通過限流阻R45和二極管D21送至4D鎖存觸發(fā)器IC3的CP端，IC3從正相輸出端輸出編碼結(jié)果送至譯碼器IC4，IC4的輸出端9輸出高電平，三極管BG1導(dǎo)通，雙向可控硅SCR1被觸發(fā)導(dǎo)通。如果在繼電器J的常開觸頭J1－1閉合時，輸入交流電壓處于過零的正半周或負(fù)半周的任意狀態(tài)，電壓比較器A1～A8至少也有一只輸出低電平，通過上述相同的分析可知，一旦輸入交流電壓過零，雙向可控硅SCR1～SCR9必然有一只被觸發(fā)導(dǎo)通。
參照圖2和圖3，雙向可控硅SCR1～SCR9只要有一只導(dǎo)通，由二極管D13和D14構(gòu)成的電流取樣電路IJ中就有電流流過，電流過零檢測電路IO即投入工作，機(jī)器啟動過程結(jié)束，進(jìn)入電流過零切換狀態(tài)。
參照圖4和圖6以及圖1和圖3流經(jīng)電流過取樣電路IJ中的脈沖電流信號在二極管D13和D14的兩端產(chǎn)生脈動電壓信號，經(jīng)主要由放大器F1、F2和二極管D16、D18構(gòu)成的雙向檢波放大電路F檢波放大后輸出梯形脈動信號，同時送至短路開DK和整形電路ZX。此時，短路開關(guān)DK中三極管BG10導(dǎo)通，將電壓比較器A10輸出的信號對地短路，整形電路ZX將雙向檢波放大電路F輸出的梯形脈動信號進(jìn)行反相、整形后輸出標(biāo)準(zhǔn)矩形波經(jīng)二極管D20輸出送至4D鎖存觸發(fā)器IC3的CP端，將輸入交流電壓剛越過峰值時，由輸入電壓檢測電路VJ所檢測到的檢測結(jié)果在電流過零時譯碼輸出，控制電子開關(guān)SCR進(jìn)行切換。
參照圖5和圖3，當(dāng)負(fù)載短路時，電流互感器H的兩端f5、f6的電壓倍增，該電壓經(jīng)二極管D22～D25整流和電容C14濾波、電阻R52限幅后送至電壓比較器A11的正向輸入端，一旦電壓比較器A11的正向輸入端的電位高于反向輸入端的參考電壓，電壓比較器A11翻轉(zhuǎn)輸出高電平，D觸發(fā)器IC7翻轉(zhuǎn)輸出已存入的高電平，使三極管BG13導(dǎo)通，三極管BG12和G13截止，繼電器J失電，常開觸頭J1－1脫開，主變壓器B1的輸入電源切斷，實現(xiàn)過載、短路保護(hù)。過壓信號從主變壓器B1上的輔助繞組L4兩端f3、f4取出，經(jīng)二極管D26～D27整流、電容C15濾波，經(jīng)電壓比較器A12比較輸出高電平，使D觸發(fā)器IC8翻轉(zhuǎn)輸出已存入的高電平、繼電器J失電脫開，實現(xiàn)過壓保護(hù)。當(dāng)過載、短路或過壓故障被排除后，按下復(fù)位按扭Q，IC7或IC8復(fù)位，繼電器J得電吸合，機(jī)器重新投入運(yùn)行。
本例中上述以外的電路屬現(xiàn)有技術(shù)，其工作過程這里就不再贅敘了。
權(quán)利要求1.一種電流過零切換數(shù)控交流穩(wěn)壓器，包括直流穩(wěn)壓電源WY、輸入電壓檢測電路VJ、優(yōu)先編碼器BM、電壓峰值檢測電路FV、4D鎖存觸發(fā)器4Da、譯碼器YM、電子開關(guān)SCR和主變壓器B1，其特征是還包括4D鎖存觸發(fā)器4Db、或門電路HM、啟動電路QD、電流取樣電路IJ和電流過零檢測電路IO；所述的4D鎖存觸發(fā)器4Db的四個輸入端分別與4D鎖存觸發(fā)器4Da的輸出端相連，四個輸出端分別與譯碼器YM的輸入端相連，時鐘脈沖輸入端CP與或門電路HM的輸出端相連；所述的啟動電路QD包括主要由電壓比較器A10構(gòu)成的電壓過零檢測電路VO和在三極管BG10的基極設(shè)置積分電路構(gòu)成的具有延時作用的短路開關(guān)DK，其中電壓比較器A10的反相輸入端串聯(lián)限流電阻R36后與輸入電壓檢測電路VJ中的a點相連，電壓比較器A10的輸出端串聯(lián)限流電阻R45后與短路開關(guān)DK中三極管BG10的集電極以及或門電路HM的一個輸入端相連；所述的電流取樣電路IJ是由串聯(lián)在市電輸入端b點和電子開關(guān)SCR之間的兩只反向并聯(lián)的二極管D13和D14所構(gòu)成的，其中二極管D13和D14與電子開關(guān)SCR相連的結(jié)點接地；所述的電流過零檢測電路IO是將雙向檢波放大電路F的輸出端與整形電路ZX的輸入端相連所構(gòu)成的，其中，雙向檢波放大電路F的輸入端與電流取樣電路IJ的市電輸入端b點相連，整形電路ZX的輸出端與或門電路HM的另一個輸入端相連，雙向檢波放大電路F的輸出端串聯(lián)隔離二極管D17后與短路開關(guān)DK中的積分電路的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流過零切換數(shù)控交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述的雙向檢波放大電路F是在并聯(lián)的同相放大器F1和反相放大器F2的輸出端分別串聯(lián)一只二極管D16和D18所構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電流過零切換數(shù)控交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述的整形電路ZX是由555時基電路和電阻R49、R50、R51以及電容C11、C12所構(gòu)成的下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種電流過零切換數(shù)控交流穩(wěn)壓器，其特征在于所述的或門電路HM是由兩只正極相連的二極管D20和D21所構(gòu)成的。
專利摘要一種電流過零切換數(shù)控交流穩(wěn)壓器，其特殊之處在于利用電流過零檢測電路IO將電流取樣電路IJ輸出的電流過零信號進(jìn)行檢波放大，來控制啟動電路QD中的短路開關(guān)DK，將電壓過零檢測電路VO輸出的電壓過零啟動信號對地短路，同時由整形電路ZX將電流過零信號進(jìn)行反相并整形經(jīng)或門電路HM送至4D鎖存觸發(fā)器4Db的CP端，將輸入市電電壓峰值剛越過時，由輸入電壓檢測電路VJ所檢測到的檢測結(jié)果，在電流過零時譯碼輸出，控制電子開關(guān)SCR進(jìn)行自動切換。
文檔編號G05F1/12GK2158107SQ9321169
公開日1994年3月2日 申請日期1993年5月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月10日
發(fā)明者魏多山 申請人:魏多山