專利名稱：精密開關(guān)式交流穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種交流穩(wěn)壓器。
利用相位反轉(zhuǎn)技術(shù)的交流穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓范圍寬、電路簡單等優(yōu)點，公開號為CN1032528A的發(fā)明公報公開了一種利用相位反轉(zhuǎn)技術(shù)的交流穩(wěn)壓器，具有波形失真小、響應(yīng)速度快、穩(wěn)壓范圍寬等特點，但由于采用繼電器來控制電壓的反轉(zhuǎn)，因而在繼電器觸點切換時輸出會出現(xiàn)階躍突變，對某些應(yīng)用場合是有害的，此外，由于采用可控硅移相技術(shù)來控制導(dǎo)通角的大小以實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整會因可控硅存在誤觸發(fā)而使得可靠性降低。
申請?zhí)枮?4221918X的《無大功率工頻變壓器的交流穩(wěn)壓器》拋棄了大功率工頻變壓器，并且是無觸點的開關(guān)式穩(wěn)壓器，具有體積小、重量輕等優(yōu)點，但空載時電路不太穩(wěn)定，且輸出電壓波形失真較大，不利于調(diào)試生產(chǎn)。
本實用新型克服上述缺點，做出了一種高穩(wěn)定度、低失真、低成本的精密開關(guān)式交流穩(wěn)壓器。
這種精密開關(guān)式交流穩(wěn)壓器，由控制電路(1)和開關(guān)電路(2)組成，其特征在于開關(guān)電路(2)中市電的輸入端子A、G分別與整流橋堆B的交流輸入端子相連，G是交流穩(wěn)壓器輸入、輸出的公共端子，也是控制電路的“地”，B的正極輸出端子與電容C5的正極以及開關(guān)管T1的漏極相連于P點，B的負(fù)極與電容C6的負(fù)極以及開關(guān)管T2的源極相連于G2點，C5的負(fù)極與C6的正極相連于M點，T1的源極與T2的漏極相連于G1點，變壓器TR的初級繞組NA的同名端接于G1點，NA的異名端接于M點，TR的次級繞組NB的異名端接A點，NB的同名端與電感L的一端相連，L的另一端與電容C1相連于C點，C、G是交流穩(wěn)壓器的輸出端子，T1、T2可以是場效應(yīng)管，也可以是絕緣門雙極性晶體管(IGBT)，還可以是晶體三極管，T1、T2在被與市電同步的正弦波調(diào)制過的高頻矩形脈沖的驅(qū)動下交替導(dǎo)通和關(guān)斷。
本實用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比是一種高精度的交流穩(wěn)壓器，其穩(wěn)壓精度可以與直流穩(wěn)壓電源相比，由于深度的閉環(huán)負(fù)反饋作用使得輸出正弦波失真度在輸出接任何負(fù)載時都在0.1％以下，此外還具有相當(dāng)寬的穩(wěn)壓范圍，如果變壓器TR的初、次級繞組匝數(shù)相同，則市電電壓Ui在150伏-350伏之間變化時，輸出電壓的變化不大于5伏，此外，由于NB的異名端直接與Ui的A點相連，其結(jié)果使U。輸出的電流大部分直接來源于輸入，起著控制作用的NA只流過少部分的電流，從而大大減小了開關(guān)管T1、T2的功耗，也就大大提高了交流穩(wěn)壓器的效率。另一方面，由于T1、T2的驅(qū)動脈沖工作頻率達20KHz，就從根本上消除了令人難于忍受的音頻噪聲，還減小了輸出濾波器的體積，提高了交流穩(wěn)壓器的輸出響應(yīng)速度。


圖1為本實用新型的電路原理圖，下面結(jié)合圖1及實施例對本實用新型的工作原理作進一步的詳述市電Ui從A、G兩端子輸入，G是交流穩(wěn)壓器輸入、輸出的公共端子，也是控制電路的“地”，控制電路(1)中運算放大器IC1與電阻R2、R3和電容C2及電位器W組成頻率為50Hz左右的方波振蕩器，由于IC1的反向輸入端通過電阻R1與A點相連，其結(jié)果使IC1輸出方波與市電同步，運算放大器IC2和電組R6、R7、R8、R9及電容C3、C4組成二階低通濾波器，IC1的輸出方波經(jīng)R4、R5分壓后再經(jīng)過二階低通濾波即可在IC2的輸出端得到失真很小的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，通過調(diào)節(jié)電位器W可以使IC2的輸出正弦波與Ui同頻同相，運算放大器IC3與R10、R11組成的差分放大器將標(biāo)準(zhǔn)正弦波與穩(wěn)壓器輸出U。進行差分放大后得到反映誤差大小的正弦波送至比較器IC6的同相輸入端，運算放大器IC4和IC5與電阻R14、R15、R16、R17及電容C7組成三角波發(fā)生器，產(chǎn)生頻率為20KHz左右的標(biāo)準(zhǔn)三角波送到IC6的反相輸入端，于是IC6的輸出將是被市電約50Hz正弦波調(diào)制后的矩形脈沖，通過電阻R18驅(qū)動高速光電耦合器O1、O2，即正脈沖時O1輸入端導(dǎo)通，負(fù)脈沖時O2輸入端導(dǎo)通，于是在O1、O2的輸出端有矩形脈沖輸出，O1的輸出電路由獨立的直流電源UC1供電，G1是該電源的負(fù)極，R12是O1的集電極電阻，S1為反相輸出的施密特觸發(fā)器，將O1輸出脈沖整形成上升沿和下降沿都很陡的矩形脈沖后再驅(qū)動開關(guān)管T1，O2的輸出電路也由獨立的直流電源UC2供電，G2是該電源的負(fù)極，R13是O2的集電極電阻，S2為反相輸出的施密特觸發(fā)器，將O2輸出脈沖整形成上升沿和下降沿都很陡的矩形脈沖后再驅(qū)動開關(guān)管T2。
開關(guān)電路(2)中電容C5、C6和開關(guān)管T1、T2及變壓器TR實際組成了一個半橋式開關(guān)電路，只不過驅(qū)動脈沖的寬度是按50Hz左右的正弦波規(guī)律周期性變化的，如果用二個開關(guān)管代替C5、C6，再增加二路驅(qū)動脈沖構(gòu)成全橋開關(guān)電路就可以進一步增大穩(wěn)壓器的功率，由于施密特觸發(fā)器S1、S2的作用就使得T1、T2存在一個都不導(dǎo)通的“死區(qū)”，這個“死區(qū)”可以避免T1、T2共態(tài)導(dǎo)通，從而大大提高交流穩(wěn)壓器的可靠性，當(dāng)T1導(dǎo)通時T2關(guān)斷，電流由P點經(jīng)T1、變壓器TR初級NA后向電容C6充電，同時C5放電，當(dāng)T2導(dǎo)通時，T1關(guān)斷，電流經(jīng)P點對電容C5充電后從NA流向T2然后到達G2，同時電容C6放電，于是在M、G1點之間將得到與IC6輸出一樣只是幅度和功率放大了的調(diào)制脈沖UA，在TR的次級NB則得到電壓UB。
變壓器TR初級電壓UA與次級電壓UB關(guān)系為NBNA=UBUA---(1)]]>①式中，NA、NB分別為變壓器TR的初、次級繞組匝數(shù)。
UB經(jīng)低通濾波后即可得與輸入Ui同步的正弦波，圖1中UB與Ui相加后再經(jīng)電感L與C1組成的低通濾波器即可在C、G之間得到交流穩(wěn)壓器的輸出Uo。
Uo的穩(wěn)壓過程是如果由于某種原因使Uo減小，則差分放大器中IC3的輸出正弦波幅度變大，于是調(diào)制脈沖的調(diào)制度增加，其結(jié)果使UA、UB有所增加，于是Uo有所上升，最后使Uo趨于穩(wěn)定，反之亦然。
元件的選擇開關(guān)管T1、T2的耐壓不小于市電最高時的峰值電壓值，假設(shè)最高輸入電壓有效值Ui為300伏，則T1、T2的耐壓要大于424伏，T1、T2可以是場效應(yīng)管(圖1中畫出的是場效應(yīng)管)，也可以用IGBT或三極管，如果選用IGBT或三極管，則應(yīng)在C、E間反向并聯(lián)二極管，變壓器TR的功率由輸入穩(wěn)壓范圍和輸出功率決定，TR的初級NA最大壓降只有輸入電壓Ui的一半，因此，在繞制變壓器TR的初級時要注意，穩(wěn)壓范圍越寬要求越大功率的變壓器TR，假設(shè)穩(wěn)壓器能使Uo穩(wěn)定的Ui下限值為UL，則由①式可得TR的匝數(shù)比為UBNA=2(Uo-UL)UL---(2)]]>設(shè)穩(wěn)壓器輸出功率為Po，輸出電流為Io，變壓器初級電流為IA，則變壓器的功率PT由下式?jīng)Q定PTPo=IAUAIoUo=NBNA×0.5ULUo]]>=2(Uo-UL)UL×0.5ULUo]]>=1-ULUO]]>即PT=Po(1-ULUo)---(3)]]>③式可以求得變壓器的功率。
輸出濾波電感L與輸出功率的大小及穩(wěn)壓范圍有關(guān)，要求其在工作范圍內(nèi)不飽和，穩(wěn)壓范圍越寬、輸出功率越大則要求越大的電感，如果穩(wěn)壓范圍不大，則可直接利用變壓器TR的漏感代替L，即把L短路。
電容C5、C6既是濾波電容又在開關(guān)電路中擔(dān)任“橋臂”，所以盡可能取相同的值以便保證各分擔(dān)一半的壓降。
整流橋堆B的耐壓與T1、T2一樣，還要能流過足夠大的電流，因為開機瞬間電容C5、C6要流過很大的充電電流，輸出濾波電容應(yīng)采用無極電容。
權(quán)利要求1.精密開關(guān)式交流穩(wěn)壓器，由控制電路(1)和開關(guān)電路(2)組成，其特征在于開關(guān)電路(2)中市電的輸入端子(A)、(G)分別與整流橋堆(B)的交流輸入端子相連，(G)是交流穩(wěn)壓器輸入、輸出的公共端子，也是控制電路的“地”，(B)的正極輸出端子與電容(C5)的正極以及開關(guān)管(T1)的漏極相連于(P)點，(B)的負(fù)極與電容(C6)的負(fù)極以及開關(guān)管(T2)的源極相連于(G2)點，(C5)的負(fù)極與(C6)的正極相連于(M)點，(T1)的源極與(T2)的漏極相連于(G1)點，變壓器(TR)的初級繞組(NA)的同名端接于(G1)點，(NA)的異名端接于(M)點，(TR)的次級繞組(NB)的異名端接(A)點，(NB)的同名端與電感(L)的一端相連，(L)的另一端與電容(C1)相連于(C)點，(C)、(G)是交流穩(wěn)壓器的輸出端子，(T1)、(T2)在被與市電同步的正弦波調(diào)制過的高頻矩形脈沖的驅(qū)動下交替導(dǎo)通和關(guān)斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密開關(guān)式交流穩(wěn)壓器，其特征在于(T1、T2)為場效應(yīng)管，也可以是絕緣門雙極性晶體管(IGBT)，還可以是晶體三極管。
專利摘要一種精密開關(guān)式交流穩(wěn)壓器,由控制電路(1)和開關(guān)電路(2)組成,開關(guān)電路(2)中市電的輸入電壓Ui經(jīng)橋式整流后被由電容C
文檔編號G05F1/10GK2277536SQ96246668
公開日1998年4月1日 申請日期1996年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月25日
發(fā)明者粟桂息 申請人:粟桂息