CN101162873A - 一种调压开关电路 - Google Patents

Abstract

一种调压开关电路，包括有一变压电路，实现对输入的交流电源的高低压变压转换；一可控硅整流滤波电路，连接所述变压电路的输出端，并实现对上述变压后的次级交流电的整流、滤波；以及一触发电路，用来控制所述可控硅整流滤波电路的导通和关闭；其特征在于：变压电路包括有主电路变压器，还包括有与主电路变压器连接的交流调压器，触发电路包括有辅助直流电源电路和信号发生器电路，可控硅整流滤波电路的触发导通端与信号发生器电路的信号输出端相连。本发明采用了交流调压器调整输出电压，由于不使用电位器，无额外功率损耗，保证了电磁铁测试电路在大功率下工作的需要；另外，采用可控硅整流滤波电路，实现了输出从0到最高每秒30次以上的开关控制。

Description

一种调压开关电路

技术领域

本发明属于交流电源的整流调压电路技术领域，特别是涉及一种用于检测电磁铁或继电器等电气元件的动、静态特性的仪器或设备的电源调压开关电路。

背景技术

电磁铁是机电一体化和自动化电气控制系统中常用的电磁执行元件，作为一个动力元件，它的性能直接影响到由它所构成的元件及装置的整体性能，因此对电磁铁的性能进行测试是非常必要的。关于电磁铁的性能指标，通常有静态性能和动态性能两类，测试过程需要电磁铁检测仪器提供符合一定要求的工作电流和电压。当进行静态特性测试时，往往需要较大的工作电流和需要连续调整的测试电压；当进行动态特性测试时，则要求仪器具有较大的开关电流和较高的开关频率。

现有技术中的交流电源整流调压电路原理，如图1所示，交流电网经过变压器1′获得一定的交变电压，然后通过整流电路2′将工频交流电转换为脉动直流电，再用滤波电路3′将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分，最后经一稳压电路4′，对整流后的直流电压进一步进行稳定得到需要的直流工作电压5′。目前，在现有的交流电源整流调压电路原理基础上，为了获得更好的电源输出特性，还有不少新的技术方案被不断提出。如申请号为94247675.1(CN2218943Y)《恒电流输出连续可调直流稳压电源》公开一种恒电流输出连续可调直流稳压电源，它包括隔离式调压变压器和采用三端可调式集成电压调整器，变压器的初级接电源，次级与整流器联接，次级电压为可调式，滑动触头与输出电压调节电位器同步调节。该电路虽然实现了稳压电源的输出连续可调，但是电路中采用变位器同步调节电压，仍然会产生一定的压降损耗，并且该电路无法实现较大的开关电流和较高的开关频率。

又如专利号为ZL94240764.4(公告号为CN2195824Y)的中国实用新型《大功率、无调压器的调压、整流设备》公开了一种采用在初级线圈上设置多组调节输入电压的调节开关实现无调压器的调压。但是这种电路无法实现对电压的无级连续调整。再如专利号为ZL92217764.3(公告号为CN2129946Y)的中国实用新型《模块式交流电源自动调压器》包括有变压器、整流电路、调压电路和继电器，其主要特点是调压电路采用一只ZTY模块和一只可调电阻组成，在电网电压变化时，取样电压随之升降，驱使ZTY模块控制继电器吸放，实现换接变压器输出抽头，达到自动调节电压的目的。然而该电路由于通过继电器控吸放换接方式调压，调压范围有限，仍然难以实现连续无级调压。

由于电磁铁的动、静态特性要求测试电磁铁性能的仪器在供电电源上有着特殊的要求，按照上述现有技术的交流电源整流调压电路原理以及相关的专利技术改进方案，在静态性能测试中，为获得可连续变化的测试电压，通常在直流输出电路上采用电位器来实现电压调整，但是电位器的使用往往形成较大的内阻，需要消耗额外功率，影响测试精度；而在动态性能测试中，常利用继电器接点或手动板键通断的方式无法获得稳定、较高的开关频率，影响动态性能的测试效果。因此，这些都给电磁铁性能检测在技术上带来一定的困难，还有待于作进一步的研究和改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种能够实现电压连续调节、无额外功率损耗的具有开关功能的调压开关电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该调压开关电路，包括有

一变压电路，实现对输入的交流电源的高低压变压转换；

一可控硅整流滤波电路，连接所述变压电路的输出端，并实现对上述变压后的次级交流电的整流、滤波；以及

一触发电路，用来控制所述可控硅整流滤波电路的导通和关闭；

其特征在于：所述的变压电路包括有主电路变压器，还包括有与所述的主电路变压器连接的交流调压器，所述的触发电路包括有辅助直流电源电路和信号发生器电路，所述的可控硅整流滤波电路的触发导通端与所述的信号发生器电路的信号输出端相连。

所述的可控硅整流滤波电路可以采用现有的各种电路连接方式，优选地采用如下电路：其包括有第一可控硅、第二可控硅，第一光耦、第二光耦，第一二极管、第二二极管，以及第一电阻、第二电阻，第一滤波电容；

其中，所述第一二极管的阳极一路与所述变压电路的一个输出端相连，另一路与所述第一可控硅的阳极相连，第一二极管的阴极经第一电阻连接所述第一光耦的集电极输出端，第一光耦的发射极输出端与第一可控硅的触发端相连，第一光耦的输入二极管阴极与第二光耦的输入二极管阳极连接，第一可控硅的阴极作为整个可控硅整流滤波电路的输出口；

所述第二二极管的阳极一路与所述变压电路的另一个输出端相连，另一路与所述第二可控硅的阳极相连，第二二极管的阴极经第二电阻连接所述第二光耦的集电极输出端，第二光耦的发射极输出端与第二可控硅的触发端相连，第二光耦的输入二极管阴极接地，第二可控硅的阴极与第一可控硅的阴极共点连接后与第一滤波电容的一端连接。

所述的辅助直流电源电路可以包括有变压、整流滤波和稳压这几个基本单元，只要能够实现直流输出的电源电路均可以作为本发明的辅助直流电源电路，优选地采用包括有变压器、桥式整流电路、第二滤波电容、第三滤波电容和具有输入端、输出端及接地端的三端稳压器的电路，其中，所述的桥式整流电路两个输入端与变压器的输出端分别相连，桥式整流电路的第一输出端接地，第二输出端一路与所述的三端稳压器的输入端相连，另一路经第二滤波电容接地，三端稳压器的输出端经第三滤波电容接地。

所述的信号发生器电路可以为各种现有的方波发生器或多谐振荡器，优选地采用以555定时器为核心的多谐振荡器为本发明的可控硅整流滤波电路的触发器，其主要产生方波信号进行触发，该多谐振荡器的输出端串接第三电阻后与所述第一光耦的输入二极管阳极相连。

为了获得更好的输出直流工作电压和电流，所述的调压开关电路还可以包括有第三二极管和第四二极管，其中，所述的第三二极管的阳极与所述第一滤波电容的一端相连，第三二极管的阴极与所述第四二极管的阴极相连，第四二极管的阳极与第一滤波电容的另一端相连。于是，通过起到保护作用的第三二极管可以提供低内阻大功率直流输出，而第四二极管则作为续流二极管，能够适应大电流感性负载，提供断电后的放电回路。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，采用了交流调压器调整输出电压，效率高，仪器发热小，适合长时间连续工作，可以保证大电流、低内阻条件下连续调整输出电压，能够用于对电磁铁的老化与寿命试验；其次，由于不使用电位器，无额外功率损耗，保证了电磁铁测试电路在大功率下工作的需要；另外，采用可控硅整流滤波电路，实现了输出从0到最高每秒30次以上的开关控制，再加上可控硅仅用于全波式直流开关，不产生干扰，功率消耗低，能够用于对电磁铁的工作频率和使用寿命的测试。因此，本发明的调压开关电路由于采用先调压后整流的方案，在不同输出电压时，均能提供最大额定的输出电流，整个电路结构简单、体积小、可靠性高，而且使用方便。

附图说明

图1为现有技术调压开关电路原理框图。

图2为本发明实施例的调压开关电路原理框图。

图3为本发明实施例的具体电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图2所示为本发明的电路原理框图，该调压开关电路包括有实现对输入的交流电源的高低压变压转换的变压电路1，实现对上述变压后的次级交流电的整流、滤波的可控硅整流滤波电路2，以及来控制所述可控硅整流滤波电路的导通和关闭的触发电路3。其中，所述的变压电路1包括有主电路变压器T2，还包括有与所述的主电路变压器T2连接的交流调压器T1，可控硅整流电路2的输入端分别与变压电路1的输出端相连；而所述的触发电路3包括有由变压、整流和稳压单元组成的辅助直流电源电路31，以及信号发生器电路32，所述的可控硅整流滤波电路2的触发导通端21与所述的信号发生器电路32的信号输出端321相连。

如图3所示，为本发明的一个优选实施例的具体电路原理图。

电网交流电输入交流调压器T1调节电压，并经主电路变压器T2获得次级交流输出电压，第一二极管D1的阳极一路与所述主电路变压器T2的一个输出端相连，另一路与所述第一可控硅SCR1的阳极相连，第一二极管D1的阴极经第一电阻R1连接所述第一光耦OPT1的集电极输出端，第一光耦OPT1的发射极输出端与第一可控硅SCR1的触发端相连，第一光耦OPT1的输入二极管阴极与第二光耦OPT2的输入二极管阳极连接，第一可控硅SCR1的阴极作为整个可控硅整流滤波电路的输出口；

所述第二二极管D2的阳极一路与所述变压电路1的另一个输出端相连，另一路与所述第二可控硅SCR2的阳极相连，第二二极管D2的阴极经第二电阻R2连接所述第二光耦OPT2的集电极输出端，第二光耦OPT2的发射极输出端与第二可控硅SCR2的触发端相连，第二光耦OPT2的输入二极管阴极接地，第二可控硅SCR2的阴极与第一可控硅SCR1的阴极共点连接后与第一滤波电容C1的一端连接；

而第一滤波电容C1的一端又与第三二极管D3的阳极相连，第三二极管D3的阴极与第四二极管D4的阴极相连，第四二极管D4的阳极则与第一滤波电容C1的另一端相连；

另外，交流电源同时又直接输入变压器T3进行变压，并经过桥式整流电路D5进行整流，所述的桥式整流电路D5两个输入端与变压器T3的输出端分别相连，桥式整流电路D5的第一输出端Out1接地，第二输出端Out2一路与所述的三端稳压器U1的输入端Vin相连，另一路经第二滤波电容C2接地，三端稳压器U1的输出端Vout一路经第三滤波电容C3接地，另一路与以555定时器U2为核心的多谐振荡器相连。所述的555定时器U2为核心的多谐振荡器具体连接电路为：555定时器U2的1u脚直接接地，其中，低电平复位端4u脚接稳压器U1的输出端Vout，作为555定时器U2的电源输入端，8u脚与所述的4u脚共点；控制端5u脚经第五电容C5接地；阀值电压端6u脚和触发端2u共点并经第四电容C4接地；放电端7u脚一路连接电位器R0的一端，另一路接到输出端3u上，电位器R0的另一端一路经第四电容C4后接地，另一路经开关K后接地；所述输出端3u脚串接第三电阻R3后与所述第一光耦OPT1的输入二极管阳极相连。

本实施例电路的基本工作原理如下：

因为电磁铁性能测试的需要，如果采用一般的直流调压稳压电路，因为其内部功率损耗过高，在做被测对象的寿命试验时，需要长时间工作，因此本发明采用如上所述的电路，交流输入电源首先通过500W交流调压器T1完成输出电压的调整，以此来提高效率，减少产生的内部功耗。然后经主电路变压器T2保证低内阻并进行电压变换输出次级交流电压，再利用可控硅整流滤波电路的全波整流完成交直流的转换。

其中，可控硅整流滤波电路中的第一光耦OPT1、第二光耦OPT2在可控硅关闭时能够有效地起到隔离阻断作用，防止末端输出电流和电压的信号干扰，而设置在可控硅整流滤波电路中的第一二极管D1、第二二极管D2则作为保护二极管实现可控硅防反压保护，其中的第一电阻R1、第二电阻R2可以为适应不同型号的可控硅器件的匹配电阻。

可控硅整流滤波电路通过由以555定时器U2为核心的频率为0～30PPS的可调方波发生器获得触发信号，实现可控硅全波直流的开关功能，开关的周期由555定时器U2触发产生，并由定时器外围电路上的电位器R0调整输出的脉冲频率。

所述方波发生器具体工作原理如下：将开关K打开，当输出端3u为高电平时，电位器R0对第四电容C4充电，当555定时器U2的2u、6u端电压超过2/3输入电压时，输出变为低电平，7u端放电端导通，第四电容C4通过电位器R0放电；当放电至2u、6u端电压低于1/3输入电压时，输出端3u又变为高电平，由于电位器R0阻值可调，如此反复振荡，形成频率可调方波输出。

将开关K闭合，第四电容C4被短接，555定时器U2无法形成多谐振荡，输出端3u一直保持高电平，于是第一光耦OPT1、第二光耦OPT2始终导通，第一可控硅SCR1、第二可控硅SCR2可看成是两个二极管，始终处于导通状态。

因此，当开关K打开时，第一可控硅SCR1、第二可控硅SCR2作为开关，提供了较大开关电流和较高开关频率，可以测试电磁铁的最高工作频率(动态特性)，同时仍可调节交流调压器改变电压；而当开关K闭合时，可通过调节所述的交流调压器T1电压来测试吸动和释放电参数等静态特性。

而555定时器U2的高电平输入端电压则过由变压器T3、整流桥D5、三端稳压器U1以及第二滤波电容C2、第三滤波电容C3组成的辅助直流电源电路获得。当多谐振荡器发出方波触发信号时，多谐振荡器的输出通过第三电阻R3连接到第一光耦OPT1和第二光耦OPT2，通过光耦的导通和阻断来控制第一可控硅SCR1与第二可控硅SCR2的导通和阻断，从而输出大功率的脉动电流。

最后，可控硅整流滤波电路的输出端经第一滤波电容C1滤波后分别由与第一滤波电容C1两端并接的电压表、与第一滤波电容C1一端串接的电流表指示输出电压和电流数值，并且，在电流表回路上串接保护第三二极管D3提供低内阻大功率直流输出，在电压表两端并接第四二极管D4作为续流二极管，能够适应大电流感性负载。

本实施例电路由于不使用电位器，而是采用交流调压器调整输出电压，因此无额外功率损耗，电路效率高，仪器发热小，可长时间连续工作，并能够保证大电流，低内阻条件下连续调整输出电压，测试电压调整范围为0～30V，最大输出电流为5A，同时运用可控硅开关技术实现输出从0到最高每秒30次以上开关控制，能够符合对电磁铁的工作频率和寿命老化试验的测试要求。

Claims (5)

1.一种调压开关电路，包括有

一变压电路(1)，实现对输入的交流电源的高低压变压转换；

一可控硅整流滤波电路(2)，连接所述变压电路(1)的输出端，并实现对上述变压后的次级交流电的整流、滤波；以及

一触发电路(3)，用来控制所述可控硅整流滤波电路(2)的导通和关闭；

其特征在于：所述变压电路(1)包括有主电路变压器(T2)，还包括有与所述的主电路变压器(T2)连接的交流调压器(T1)，所述的触发电路(3)包括有辅助直流电源电路(31)和信号发生器电路(32)，所述的可控硅整流滤波电路(2)的触发导通端(21)与所述的信号发生器电路(32)的信号输出端(321)相连。

2.根据权利要求1所述的调压开关电路，其特征在于：所述的可控硅整流滤波电路包括第一可控硅(SCR1)、第二可控硅(SCR2)，第一光耦(OPT1)、第二光耦(OPT2)，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)，以及第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，第一滤波电容(C1)；

其中，所述第一二极管(D1)的阳极一路与所述变压电路(1)的一个输出端相连，另一路与所述第一可控硅(SCR1)的阳极相连，第一二极管(D1)的阴极经第一电阻连接所述第一光耦(OPT1)的集电极输出端，第一光耦(OPT2)的发射极输出端与第一可控硅(SCR1)的触发端相连，第一光耦(OPT1)的输入二极管阴极与第二光耦(OPT2)的输入二极管阳极连接，第一可控硅(SCR1)的阴极作为整个可控硅整流滤波电路的输出口；

所述第二二极管(D2)的阳极一路与所述变压电路(1)的另一个输出端相连，另一路与所述第二可控硅(SCR2)的阳极相连，第二二极管(D2)的阴极经第二电阻(R2)连接所述第二光耦(OPT2)的集电极输出端，第二光耦(OPT2)的发射极输出端与第二可控硅(SCR2)的触发端相连，第二光耦(OPT2)的输入二极管阴极接地，第二可控硅(SCR2)的阴极与第一可控硅(SCR1)的阴极共点连接后与第一滤波电容(C1)的一端连接。

3.根据权利要求1所述的调压开关电路，其特征在于：所述的辅助直流电源电路包括有变压器(T3)、桥式整流电路(D5)、第二滤波电容(C2)、第三滤波电容(C3)和具有输入端(Vin)、输出端(Vout)及接地端(GND)的三端稳压器(U1)，其中，所述的桥式整流电路(D5)两个输入端与变压器(T3)的输出端分别相连，桥式整流电路(D5)的第一输出端(Out1)接地，第二输出端(Out2)一路与所述的三端稳压器的输入端(Vin)相连，另一路经第二滤波电容(C2)接地，三端稳压器的输出端(Vout)经第三滤波电容(C3)接地。

4.根据权利要求3所述的调压开关电路，其特征在于：所述的信号发生器电路为以555定时器(U2)为核心的多谐振荡器，该多谐振荡器的输出端(3u)串接第三电阻(R3)后与所述第一光耦(OPT1)的输入二极管阳极相连。

5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的调压开关电路，其特征在于：还包括有第三二极管(D3)和第四二极管(D4)，其中，所述的第三二极管(D3)的阳极与所述第一滤波电容(C1)的一端相连，第三二极管(D3)的阴极与所述第四二极管(D4)的阴极相连，第四二极管(D4)的阳极与第一滤波电容(C1)的另一端相连。

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