專利名稱：高效交流穩(wěn)壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及交流穩(wěn)壓電源，尤其是一種由可控硅控制的高效交流穩(wěn)壓電源。
美國(guó)電源專家愛德華·庫珀在中國(guó)市場(chǎng)推出如圖9所示的3150型交流電源，其主要包括濾波器、主回路和控制電路等，主回路主要由含有繞組n1、n2的自耦變壓器、限流電阻及控制繞組n2的接入狀態(tài)的四只可控硅V1－V4組成，V3、V4導(dǎo)通為直通狀態(tài)，V2、V3導(dǎo)通時(shí)為降壓狀態(tài)，V1、V4導(dǎo)通時(shí)為升壓狀態(tài)。該電源性能穩(wěn)定，市場(chǎng)占有率較高，但其輸入電壓范圍不夠?qū)?，輸出電壓精度較低，當(dāng)輸入電壓為189－253V時(shí)，輸出電壓精度為220V±7％，因我國(guó)電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大，當(dāng)輸入電壓為156－290V時(shí)，其輸出精度大大降低，不能滿足電壓要求較高的場(chǎng)合使用。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種體積小，性能價(jià)格比高，輸入電壓范圍較寬，精度高的高效交流穩(wěn)壓電源，以滿足日益增多的精密電子儀器、電子計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的配套需要。
本高效交流穩(wěn)壓電源包括機(jī)箱、輸入濾波器、主回路及控制電路等。
其主回路由含有繞組n1、n2自耦變壓器，限流電阻，輸出電容，控制繞組n2短接、或正向、或反向接入電路的四個(gè)可控硅V1－V4，R0和所述由可控硅V1－V4控制的繞組n2串聯(lián)支路跨接于輸出端火線L與中線N(即地線)之間；其控制電路包括連接于輸出端的采樣供電變壓器M7，分別與所述M7連接的電壓采樣電路M5和電壓過零脈沖電路M6，根據(jù)所述的電路M5、M6輸出信號(hào)組合產(chǎn)生若干觸發(fā)脈沖信號(hào)的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路M8、輸入端連接于所述電路M8的邏輯電路M9，根據(jù)所述電路M9的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述主回路的可控硅的驅(qū)動(dòng)硅電路M4。
其特征在于所述的主回路還含有自耦變壓器的第三個(gè)繞組n3，可控硅V5及用于檢測(cè)流過可控硅V1或V2電流的電流采樣電路，繞組n3、n2串聯(lián)，其公共端5接V5的T2端，繞組n3的4端與V1的T2端和V3的T2端相接，繞組n2的3端與V2的T2端和V4的T2端相接，V3、V4、V5的T1端均接輸出端中線N，V1、V2的T1端均接R0的一端，R0的另一端接電流采樣電路的一端，電流采樣電路的另一端接于電源輸出端的火線L，V1、V2的T1端、可控硅V1－V5的控制端g均接驅(qū)動(dòng)硅電路M4的相應(yīng)輸出端；所述的控制電路還設(shè)有電流過零脈沖電路M3，所述電路M3用于產(chǎn)生觸發(fā)第一次升壓和第二次升壓(V4和V5轉(zhuǎn)換)、或第一次降壓和第二次降壓(V3和V5轉(zhuǎn)換)狀態(tài)互相轉(zhuǎn)換的同步脈號(hào)信號(hào)，其輸入端分別接電流采樣電路輸出端和電源輸出端中線N，電路M3的輸出端連接到用于控制所述可控硅轉(zhuǎn)換狀態(tài)的邏輯電路M9的另一輸入端，電路M9的輸出端連接到驅(qū)動(dòng)硅電路M4的相應(yīng)輸入端。


如下圖1為其電原理框圖；圖2為其主回路和驅(qū)動(dòng)電路M4的連接圖；圖3為圖1控制電路的M5、M6、M7、M8四部分的電路。
圖4為其電流過零同步脈沖電路圖；
圖5為其邏輯電路M9邏輯圖；圖6為其輸入電壓一輸出電壓關(guān)系圖；圖7為其輸出電壓U0的降壓示意圖；圖8為其實(shí)施例外型示意圖；圖9為現(xiàn)有的3150型交流電源框圖。
圖1中所示電路的組成部分分別是含有繞組n1、n2、n3的自耦變壓器，n1n2≈110，n1n3≈110，輸入濾波器M1，電流采樣電路，限流電阻R0，輸出電容C0，可控硅V1、V2、V3、V4、V5，采樣供電變壓器M7，電壓采樣電路M5，電壓過零脈沖電路M6，觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路M8，電流過零同步脈沖電路M3，邏輯電路M9，驅(qū)動(dòng)硅電路M4。電路的整體構(gòu)成上文已詳述，不再贅述。
圖2示出了其驅(qū)動(dòng)電路M4和主回路的連接關(guān)系，驅(qū)動(dòng)電路為常規(guī)電路，其中僅畫出了代表性的兩路結(jié)構(gòu)，其余的用方框表示，可控硅V1和V2的驅(qū)動(dòng)電路相同，可控硅V3、V4和V5的驅(qū)動(dòng)電路相同。V1的驅(qū)動(dòng)電路包括由三極管V8、V9、變壓器B4、二極管V14、V15及相應(yīng)阻容元件構(gòu)成的自激振蕩器，三極管V12、V13等，當(dāng)V12導(dǎo)通時(shí)，振蕩器工作，B4的次級(jí)輸出觸發(fā)脈沖經(jīng)二極管V14、V15整流后，輸入V1的g級(jí)觸發(fā)V1導(dǎo)通。V5的驅(qū)動(dòng)電路為一個(gè)由V10、V11及電阻R4′、R5′、R6′組成的放大器，V10集電極按負(fù)電源，V11的基極接X9、V10的射極串聯(lián)電阻R6′和R4′后接地，R6′和R4′的公共點(diǎn)接V5的g極，V11的集電極接R5′的一端。
圖2中還示出了控制電路的電流采樣電路，該電路由變壓器B3和二極管V6、V7組成，二極管V6和V7反極性并接于變壓器B3的初級(jí)，變壓器B3的次級(jí)中心抽頭接輸出端的中心線N，次級(jí)的X5、X6端輸出采樣信號(hào)。該電流采樣電路還可以連接在限流電阻R0與可控硅V1的T1和V2的T1公共連接點(diǎn)之間，或可控硅V3、V4、V5三者的T1的公共連接點(diǎn)與輸出端N線之間。
圖3所示為實(shí)施例的控制電路的M5、M6、M7及M8具體電路。M7即圖中接在輸出端的變壓器B2，它提供采樣信號(hào)和供電電源。場(chǎng)效應(yīng)管V5′、二極管V6′、V7′及阻容元件R3、C1組成開機(jī)延時(shí)電路。剛開機(jī)時(shí)，C1上電壓為零，V5′導(dǎo)通，三極管V8′、V9′不能工作。當(dāng)C1充電到一定值時(shí)，V5′截止，V8′、V9′開始工作，延時(shí)結(jié)束。延時(shí)電路保證剛開機(jī)約200ms內(nèi)，屏蔽掉觸發(fā)脈沖，使浪涌電壓的沖擊不引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
電壓過零脈沖電路M6主要由三極管V8′、V9′、V10′、V11′，電容C3、C5及電阻R7、R9等組成，它產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的同步信號(hào)，當(dāng)延時(shí)結(jié)束后，V8′、V9′每隔半周分別通過接在變壓器B2次級(jí)的二極管V1′V2′、V3′V4′導(dǎo)通一次，當(dāng)V8′由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，C3通過V10′充電在R7上產(chǎn)生一個(gè)電壓過零同步脈沖，下半周同樣在R9上產(chǎn)生另一個(gè)電壓過零同步脈沖，它們交替地每隔半個(gè)周期出現(xiàn)一次。
電壓采樣電路M5由圖示的三極管V18、V19、V21、V22、V23等外圍元件組成，V21、V22、V23組成的恒流源差分放大器從電位器W1處獲得輸出電壓信號(hào)，從V22、V23的負(fù)載電阻R24、R25雙端輸出。
圖3中三極管V24、V27、V28、V29、V30、V31、V32、V33及外圍阻容元件、二極管V25、V26等組成觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路M8。當(dāng)輸出電壓U0≥229V時(shí)，R25端電壓升高，V24導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，此時(shí)當(dāng)M6的電壓過另同步脈沖使V28也同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，V30導(dǎo)通，在其輸出端獲得一個(gè)觸發(fā)脈沖X3。同理，當(dāng)V24和V29同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，V33導(dǎo)通，在其輸出端獲得另一個(gè)觸發(fā)脈沖X1。
同理當(dāng)輸出電壓U0≤211V時(shí)，R24端電壓升高，V27導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，當(dāng)V27、V28同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，V31導(dǎo)通，在其輸出端獲得一個(gè)觸發(fā)脈沖X4，當(dāng)V27、V29同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，V32導(dǎo)通，在其輸出端獲得一個(gè)觸發(fā)脈沖X2。上述觸發(fā)脈沖X1和X3、X4和X2在時(shí)間上相隔半周，它們輸入邏輯電路M9供其識(shí)別之用。
如圖4所示的為電流過零同步脈沖電路M3的一典型電路，其構(gòu)成如下電阻R1″和R3″相聯(lián)，其公共端、R1″的另一端和R3″的另一端分別接電流采樣電路的X5端、地和三極管V1″的基極，三極管V1″、V2″的發(fā)射極均接地，V1″的集電極通過電阻R6″接負(fù)電源，V2″的集電極通過R7″接負(fù)電源，電容C1″連接在V1″的集電極和V2″的基極之間，V2″的基極和發(fā)射極間跨接電阻R5″，V2″的集電極接或門H的一個(gè)輸入端；電阻R2″和R4″相聯(lián)，其公共端、R2″的另一端和R4″的另一端分別接電流采樣電路的X6端、地和三極管V3″的基極，三極管V3″、V4″的發(fā)射極接地，V3″的集電極通過電阻R10″接負(fù)電源，V4″的集電極通過R8″接負(fù)電源，電容C2″接在V3″的集電極和V4″的基極之間，V4″的基極和發(fā)射間跨接電阻R9″，V4″的集電極接或門H的另一輸入端，或門H輸出兩倍電源頻率的電流過零同步脈沖信號(hào)X12。
圖5是邏輯電路M9的一具體電路，其由常規(guī)的譯碼器、觸發(fā)器等組成，其輸入／輸出邏輯關(guān)系詳見狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系表一、表二。表一中從左到右內(nèi)容依次為狀態(tài)轉(zhuǎn)換類別，有效觸發(fā)信號(hào)，在觸發(fā)信號(hào)作用下開始動(dòng)作的組件，高電平狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，M9輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的導(dǎo)通可控硅的轉(zhuǎn)換。
圖6表示出其輸入電壓——輸出電壓關(guān)系，其中m線表示直通狀態(tài)，L0、L1線表示第一次降壓狀態(tài)，L0、X9表示第二次降壓狀態(tài)，h0、h1表示第一次升壓狀態(tài)，h0、x9表示第二次升壓狀態(tài)，橫軸表示輸入電壓，縱軸表示輸出電壓。
以下根據(jù)圖5、圖6、圖2、表一及表二進(jìn)一步描述其工作過程。
一開機(jī)，延時(shí)電路屏蔽了所有觸發(fā)脈沖，各觸發(fā)器經(jīng)過預(yù)置，使m線、

線輸出高電平“1”，h1、L1、L0、h0、f輸出低電平“0”，X8、X11為高電平“1”，可控硅V3、V4導(dǎo)通，進(jìn)入直通狀態(tài)。當(dāng)輸出電壓U0升高到229V時(shí)，譯碼器Y1選擇X3觸發(fā)脈沖，使觸發(fā)器D1翻轉(zhuǎn)，m變?yōu)椤?”，L0變?yōu)椤?”電平，由表二可見，當(dāng)

、L0＝1時(shí)，L1為“1”，這時(shí)X7、X11為“1”電平，可控硅V2、V3導(dǎo)通，進(jìn)入第一次降壓狀態(tài)，輸出電壓從229V降到215V，譯碼器Y2此時(shí)不動(dòng)作。
若這時(shí)U0繼續(xù)升高，再次達(dá)到229V時(shí)，譯碼器Y2工作，選擇X3觸發(fā)脈沖有效，使D2翻轉(zhuǎn)，f為“1”，與門Y3等到電流過零脈沖X12到來時(shí)，把f的“1”電平傳遞給D3，使X9為“1”，

為“0”，由表二可見，L1為“0”，X11為“0”，可控硅V5、V2導(dǎo)通，V3關(guān)斷，進(jìn)入第二次降壓狀態(tài)，U0從229降至215V。若這時(shí)U0開始下降到211V，譯碼器Y2工作，選擇X4觸發(fā)脈沖有效，使D2翻轉(zhuǎn)，f為“0”，與門Y3等到電流過零脈沖X12到來時(shí)，將f為“0”信息傳遞給D3，使X9為“0”，

為“1”，L1為“1”，X11為“1”，可控硅V2、V3導(dǎo)通，V5關(guān)斷，返回到第一次降壓狀態(tài)，輸出電壓從211V上升到225V。以上描述的是直通→一降→二降→一降狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，一升、二升等狀態(tài)的轉(zhuǎn)換詳見狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系表一。一降和二降，或一升和二升狀態(tài)互相轉(zhuǎn)換在電流過零時(shí)完成，其余狀態(tài)的轉(zhuǎn)換在電壓過零時(shí)完成，可參閱輸出電壓U0降壓示意圖7所示，其中標(biāo)示出一降由電壓過零脈沖觸發(fā)轉(zhuǎn)換，二降由電流過零脈沖觸發(fā)轉(zhuǎn)換。圖7a表示輸電壓U0和流過可控硅的電流l0的波形，圖7b為電壓過零脈沖信號(hào)，圖7c為電流過零脈沖信號(hào)。
本電源可根據(jù)需要制作成系列產(chǎn)品，圖8所示為其1KVA－5KVA產(chǎn)品外型圖，其中各部分為機(jī)箱1、電壓指示表2，指示燈3及電源開關(guān)等。
圖9為現(xiàn)有的3150型交流電源框圖，其中各部分為輸入濾波器M1，含有繞組n1、n2自耦變壓器，限流電阻R0，可控硅V1－V4、輸出電容C0、采樣和供電變壓器M7、電壓采樣電路M5、電壓過零脈沖M6、觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路M8、邏輯電路M9、驅(qū)動(dòng)硅電路M4。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下由于采用了含n1、n2、n3三個(gè)繞組的自耦變壓器，控制繞組n2、n3接入電路的若干可控硅，具有電壓、電流過零脈沖信號(hào)組合觸發(fā)功能的控制電路等，因此其輸入電壓范圍寬，穩(wěn)壓精度較已有技術(shù)大大提高。如現(xiàn)有的3150型交流電源，輸入電壓為189－253V時(shí)，輸出電壓220V±7％。本電源，輸入電壓為189－253V時(shí)，輸出電壓220V±4％；輸入電壓為176－276V時(shí)，輸出電壓220V±5％；輸入電壓為164－300V時(shí)，輸出電壓220V±7％。
波形失真小(≤0.5％)，響應(yīng)快(響應(yīng)時(shí)間20ms)，效率高達(dá)98％以上，抗干擾性好，適用于任何性質(zhì)負(fù)載，能長(zhǎng)期可靠工作，體積小，性能價(jià)格比高。本電源主回路中流過可控硅的電流是主回路電流的1／10或1／20，使制造大功率快速調(diào)節(jié)電源的成本大大降低。

Y4邏輯表(二)
權(quán)利要求1.一種高效交流穩(wěn)壓電源，包括機(jī)箱、輸入濾波器、主回路及控制電路等；其主回路由含有繞組n1、n2的自耦變壓器，限流電阻，輸出電容，控制繞組n2短接、或正向、或反向接入電路的四個(gè)可控硅V1-V4，R0和所述由可控硅V1-V4控制的繞組n2串聯(lián)支路跨接于其輸出端火線L與中線N之間；其控制電路包括連接于輸出端的采樣供電變壓器M7，分別與所述M7連接的電壓采樣電路M5和電壓過零脈沖電路M6，根據(jù)所述的電路M5、M6輸出信號(hào)組合產(chǎn)生若干觸發(fā)脈沖信號(hào)的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路M8，輸入端連接于所述電路M8的邏輯電路M9，根據(jù)所述電路M9的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述主回路的可控硅的驅(qū)動(dòng)硅電路M4；其特征在于所述的主回路還含有自耦變壓器的第三個(gè)繞組n3，可控硅V5及用于檢測(cè)流過可控硅V1或V2電流的電流采樣電路，繞組n2、n3串聯(lián)，其公共端5接V5的T2端，繞組n3的4端與V1的T2端和V3的T2端相接，繞組n2的3端與V2的T2端和V4的T2端相接，V3、V4、V5的T1端均接輸出端中線N，V1、V2的T1端均接R0的一端，R0的另一端接電流采樣電路的一端，電流采樣電路的另一端接于電源輸出端的火線L，V1、V2的T1端，可控硅V1-V5的控制端g均接驅(qū)動(dòng)硅電路M4的相應(yīng)輸出端；所述的控制電路還設(shè)有電流過零脈沖電路M3，所述電路M3用于產(chǎn)生觸發(fā)第一次升壓和第二次升壓(V4和V5轉(zhuǎn)換)、或第一次降壓和第二次降壓(V3和V5轉(zhuǎn)換)狀態(tài)互相轉(zhuǎn)換的同步脈號(hào)信號(hào)，其輸入端分別接電流采樣電路輸出端和電源輸出端中線N，電路M3的輸出端連接到用于控制所述可控硅轉(zhuǎn)換狀態(tài)的邏輯電路M9的另一輸入端，電路M9的輸出端連接到驅(qū)動(dòng)硅電路M4的相應(yīng)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源，其特征在于所述的控制電路中的電流采樣電路由變壓器B3和二極管V6、V7組成，二極管V6和V7反極性并接于變壓器B3的初級(jí)，變壓器B3的次級(jí)的中心抽頭接輸出端的中線N，次級(jí)的X5、X6端輸出采樣信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電源，其特征在于所述控制電路的電流過零同步脈沖電路M3構(gòu)成如下，電阻R1″和R3″相聯(lián)，其公共端、R1″的另一端和R3″的另一端分別接電流采樣電路的X5端、地和三極管V1″的基極，三極管V1″、V2″的發(fā)射極均接地，三極管V1″的集電極通過電阻R6″接負(fù)電源，三極管V2″的集電極通過R7″接負(fù)電源，電容器C1″連接在V1″的集電極和V2″的基極之間，V2″的基極和發(fā)射極間跨接電阻R5″，V2″的集電極接或門H的一個(gè)輸入端；電阻R2″和R4″相聯(lián)，其公共端、R2″的另一端和R4″的另一端分別接電流采樣電路的X6端、地和三極管V3″的基極，三極管V3″、V4″的發(fā)射極接地，三極管V3″的集電極通過電阻R10″接負(fù)電源，三極管V4″的集電極通過電阻R8″接負(fù)電源，電容C2″接在V3″的集電極和V4″的基極之間，V4″的基極和發(fā)射極間跨接電阻R9″，V4″的集電極接或門H的另一輸入端，或門H輸出兩倍電源頻率的電流過零同步脈沖信號(hào)X12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電源，其特征在于所述主回路的電流采樣電路還可以連接在限流電阻R0與可控硅V1的T1和V2的T1公共連接點(diǎn)之間，或可控硅V3、V4、V5三者的T1的公共連接點(diǎn)與輸出端N線之間。
專利摘要一種高效交流穩(wěn)壓電源，其由機(jī)箱、輸入濾波器、主回路及控制電路組成，其特征在于采用了含有n
文檔編號(hào)G05F1/32GK2158549SQ9321863
公開日1994年3月9日 申請(qǐng)日期1993年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月12日
發(fā)明者曹貴福 申請(qǐng)人:曹貴福