專利名稱：家用全電子凈化型交流穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種適于家用的穩(wěn)定交流電壓的電源裝置。
現(xiàn)有常用家用交流穩(wěn)壓器產(chǎn)品主要有伺服式和繼電器式兩種。伺服式穩(wěn)壓電源的調(diào)壓功能是通過調(diào)節(jié)碳刷同變壓器繞組的相對位置來實現(xiàn)的。其主要問題是響應(yīng)速度很慢，對突發(fā)性浪涌高壓抑制能力很差，另外存在碳刷和電機機械磨損，要求人員定期維護。另一種繼電器式是用開關(guān)元件轉(zhuǎn)接變壓器抽頭來實現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓的，它存在電壓躍變的問題。實際使用中繼電器易發(fā)生故障，特別是輸出短路時接點粘連。目前家用穩(wěn)壓器產(chǎn)品返修率很高，提高產(chǎn)品的可靠性是急待解決的問題。
應(yīng)用正弦能量分配技術(shù)的交流凈化電源采用全電子靜止主控制元件。具系列優(yōu)點，近年來在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。然而現(xiàn)有凈化電源產(chǎn)品不適宜家用，體積大、重量重、價格昂貴，下能帶負荷啟動。而穩(wěn)定度、附加波形失真等指標對家用來說又是過于浪費。
本實用新型的目的是運用并改造凈化電源的有關(guān)技術(shù)，設(shè)計一種性能指標符合家用，體積小、重量輕、成本低、可靠性很高的新型交流穩(wěn)壓器產(chǎn)品。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的在一個由可控電感式主調(diào)整回路1、與電源同步的鋸齒波發(fā)生器2、脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路3、反饋電壓誤差放大器4組成的全電子凈化型交流穩(wěn)壓器中，可控電感式主調(diào)整回路1由自耦變壓器B1、電抗器L、雙向可控硅SCR及電容器C1、C2、C3組成，自耦變壓器B1的抽頭接電網(wǎng)輸入端，自耦變壓器繞組N1端接交流輸出，繞組N2端與電抗器L連接，L另一端與雙向可控硅SCR陽極連接、SCR陰極接電源零線，電容C1并聯(lián)在L和SCR串聯(lián)支路兩端，電容C2并聯(lián)在B1兩端，電容C3接在交流輸出相線和零線之間；裝置中反饋電壓誤差放大電路4由電壓有效值取樣回路41，電壓基準回路42、電壓差動放大器43組成，電壓有效值取樣回路41的輸入端接可控電感式主調(diào)整回路1的輸出端，其輸出端接電壓差動放大器43同相輸入端，電壓差動放大器43的反相輸入端接電壓基準回路42的基準電壓輸出端，電壓差動放大器43的輸出端接脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路中的運放33的反相輸入端。
下面參照附圖詳細說明。


圖1是本實用新型的系統(tǒng)方框圖。
圖2是本實用新型的電路圖。
當穩(wěn)壓器輸出因電網(wǎng)輸入或負載發(fā)生變動時，電壓有效值取樣回路41將產(chǎn)生與輸出電壓(有效值)相對應(yīng)的直流控制電壓。電壓差動放大器43將此電壓與基作電壓相減得出差值電壓并給于放大，與鋸齒波發(fā)生器2發(fā)出的與電網(wǎng)同步的鋸齒波共同作用于脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路3，其輸出控制主調(diào)回路中SCR的導(dǎo)通角度的大小，從而改變電抗器L的等效電感量。當電網(wǎng)電壓降低時，SCR導(dǎo)通角增大，LC并聯(lián)支路呈感性。支路電流在變壓器B1的N2繞組上的壓降與輸入同相，耦合到N1上與輸入電壓串聯(lián)后補償電網(wǎng)輸入電壓的不足，使輸出保持穩(wěn)定。當輸入電壓升高時SCR導(dǎo)通角減小，LC并聯(lián)支路呈容性。支路電流在變壓器B1的N2上的壓降與輸入反相，耦合到N1繞組上的電壓與電網(wǎng)電壓相減，使輸出電壓下降。這樣系統(tǒng)能自動改變變壓器B1上電壓的大小和相位從而實現(xiàn)輸出電壓的自動調(diào)整。電路中C1和L、SCR支路的并聯(lián)諧振回路、C2和B1并聯(lián)諧振回路構(gòu)成二級濾波器，使諧波成份大為減小。電容C3并接輸出兩端進一步改小了波形的失真。
系統(tǒng)中反饋電壓有效值取樣保證了主調(diào)整回路輸出波形有畸變情況下輸出電壓(有效值)的穩(wěn)壓精度。電壓差動放大器可以方便的通過調(diào)節(jié)反饋電阻控制開環(huán)放大倍數(shù)，避免系統(tǒng)振蕩提高工作穩(wěn)定性。
本實用新型中，反饋電壓由接在穩(wěn)壓輸出端變壓器B3的一組二次繞組經(jīng)BL2整流后，先由電阻R8和R12分壓。R12兩端電壓經(jīng)電容C33濾波后，送電壓差動放大器運放22的同相輸入端。理論和實踐證明當B2二次側(cè)設(shè)計電壓足夠高電阻R8取值足夠大時，R12兩端電壓與正弦能量分配器輸出電壓有效值大致成正比，而與輸出交流波形是否畸變基本無關(guān)。
電壓基準回路42在實施例中使用穩(wěn)壓管，但也可以兩個電阻的串聯(lián)分壓。
電壓差動放大器，實施例中采用運放典型電路，也可采用其他方式。
現(xiàn)有凈化電源其主回路的變壓器、電抗器，所有電感元件全部為線性電感。為了避免開磁化曲線的彎曲部分、鐵磁材料的截面選擇比常規(guī)電工設(shè)計大得多，因此現(xiàn)有產(chǎn)品體積大、笨重。現(xiàn)有凈化電源的反饋取樣電路，一般設(shè)計為其變壓器二次側(cè)串微調(diào)電阻后接橋式整流，濾波電容直接接整流輸出二端，因此具輸出電壓(平均值)與主回路輸出電壓的峰值大致成正比。這對于正弦波來說能正確反映電壓(有效值)的變化如果輸出波形有畸變的話，兩者之間就不成比例，由此引起控制誤差，影響輸出精度?，F(xiàn)有凈化電源的取樣誤差放大器，一般只設(shè)交流負反饋網(wǎng)路，無直流反饋網(wǎng)絡(luò)。這樣雖然可提高輸出精度，但易引起振蕩，因此整機對元件的參數(shù)要求十分嚴格。與現(xiàn)有的凈化電源相比本實用新型主回路取消了兩個諧振回路上與電容串聯(lián)的電抗器、這雖然一定程度增加了輸出溶形的失真，但帶來的有利方面是系統(tǒng)負荷能力得以增強，同時使系統(tǒng)頻率特性變得簡單化，不易產(chǎn)生振蕩，使整機具備滿負荷直接啟動能力，同時也減少了整機體積重量，降低成本。由于本實用新型在反饋電壓誤差放大電路中采用電壓有效值取樣，在輸出波形有一定失真的情況下仍能保證輸出電壓的穩(wěn)壓精度，因此主調(diào)整回路的變壓器、電抗器的容量可按電工常規(guī)設(shè)計從而使整機體積減小、重量大大減輕。一個典型的例子是市售1KVA凈化電源整機重量為17Kg，而本實用新型同容量樣機重量僅7Kg。本實用新型主要技術(shù)指標為1．輸入電壓范圍及相應(yīng)電壓穩(wěn)定度187V～242V≤±1％170V～260V≤±3％150V～275V≤±10％2．負載穩(wěn)定度≤2％3．響應(yīng)時間＜0.2S4．附加溶形失真＜5～8％5．尖峰抑制≥30db
綜上所述，本實用新型突破了長期以來普遍認為的凈化電源主調(diào)整回路中變壓器電抗器必須為線電感的傳統(tǒng)認識，是以新思路設(shè)計的性能指標適合家用的新型穩(wěn)壓器。它具備凈化電源技術(shù)高精度、快響應(yīng)、連續(xù)調(diào)節(jié)、抗干擾等一系列優(yōu)點，又具有能帶負荷直接啟動、重量輕、體積小、價格與其他類型家用穩(wěn)壓器有競爭力的新特點。它優(yōu)異的可靠性能將從根本上改變目前家用穩(wěn)壓器產(chǎn)品返修率很高的局面。
權(quán)利要求1.一種家用全電子凈化型交流穩(wěn)壓器，由可控電感式主調(diào)整回路1、與電源同步的鋸齒波發(fā)生器2、脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路3和反饋電壓誤差放大電路4組成，其特征是所述可控電感式主調(diào)整回路1由變壓器B1、電抗器L、雙向可控硅SCR及電容器C1、C2、C3組成，變壓器B1的抽頭接交流電源輸入端，B1的一端接交流電源輸出，另一端與電抗器L連接，L的另一端與雙向可控硅SCR陽極連接，SCR陰極接電源零線，電容C1并聯(lián)在L和SCR串聯(lián)支路兩端，電容C2并聯(lián)在B1兩端，電容C3接在輸出相線和零線之間，所述的反饋電壓誤差放大電路4由電壓有效值取樣回路41，電壓基準回路42，電壓差動放大器43組成，電壓有效值取樣回路41的輸入端接可控電感式主調(diào)整回路1的輸出端，電壓有效值取樣回路41的輸出端接電壓差動放大器43同相輸入端，電壓差動放大器43的反相輸入端接電壓基準回路42的基準電壓輸出端，電壓差動放大器43的輸出端接脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路中的運放33的反相輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家用全電子凈化型交流穩(wěn)壓器其特征是上述電壓有效值取樣回路41由接在穩(wěn)壓輸出端變壓器B3的一組二次繞組經(jīng)橋BL2整流，其輸出負端接公共端，其輸出正端經(jīng)電阻R8與R12連接，R12另一端接公共端，電容C33并聯(lián)于R12兩端，R8與R12的連接端接電壓差動放大器43中運放22的同相輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家用全電子凈化型交流穩(wěn)壓器，其特征是上述電壓基準回路42由電阻R9和穩(wěn)壓管D2串聯(lián)組成，電阻R9的另一端接+12伏電源，穩(wěn)壓管D2正端接公共端，負端和R9的連接線經(jīng)電阻R10接運放22反相輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家用全電子凈化型交流穩(wěn)壓器，其特征是上述電壓差動放大器43由運放22和電阻R8、R10、R11、R12組成，其中R8、R12兼作電壓有效值采樣回路41的分壓網(wǎng)絡(luò)，R10為運放22的反相端輸入電阻，在運放22反相輸入端和輸出端之間接有反饋電阻R11，運放22輸出端接脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路中運放33的反相輸入端。
專利摘要一種適合家用的新型交流穩(wěn)壓裝置,采用可調(diào)電感式主調(diào)整回路?？刂撇糠钟煞答侂妷河行е挡蓸踊芈?、電壓差動放大器等組成。突破長期以來凈化電源上調(diào)整回路中變壓器、電抗器必須為線性電感的傳統(tǒng)思想。在滿足家庭和一般工業(yè)應(yīng)用所需技術(shù)指標的前提下,即保留現(xiàn)有凈化電源技術(shù)高精度、快響應(yīng)、連續(xù)調(diào)節(jié)、抗干擾、高可靠等一系列優(yōu)點。又具備重量輕、體積小、價格低,可滿負荷直接啟動的新特點。
文檔編號G05F1/10GK2318664SQ9724193
公開日1999年5月12日 申請日期1997年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月17日
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