CN106936162B - 一种由集成电路升级的电源设计方法 - Google Patents

Abstract

一种由集成电路升级的电源设计方法，属于电子技术领域，由整流级，开关防雷级，交流稳压级，恒流级，稳压充电级，蓄电池，放电级，封锁级组成，是利用三端集成稳压电路形成各种逻辑的组成，运用继电器与稳压管共同组成响应迅速的开关防雷级，形成雷击保护，整流输出连接了开关防雷级，开关防雷级的输出分别接交流稳压级、恒流级与放电封锁级，封锁级的输出接放电级，恒流级稳压充电级到蓄电池与放电级，放电级的输出与交流稳压级的输出共同成为一种由集成电路升级的电源设计方法输出，实施后，最大化的保证蓄电池的寿命，实现科学浮充，四是解决配套蓄电池时的充电与放电矛盾，从而该电源有着广泛而特殊的用途。

Description

一种由集成电路升级的电源设计方法

技术领域

属于电子技术领域。

背景技术

稳压源是电子产品重要的组成部分，其性能的优异，直接关系到整体的性能，所以目前有很多优秀的稳压电源集成电路，如78系列，79系列等等。上述这些集成系列虽然有很多优点，仍然不能满足日新月异的的需要。

如本企业曾申请了多个关于保安器材的产品。这些器材的产品对电源的要求就很高，苛求度将远远高于普通家电，按传统的的设计方案是不能胜任的。原因如下： 一是电源往往是电器，最易出故障的重点部位，对普通家电均如此。而对配有蓄电池的产品更是如此，因为带有蓄电池时，不仅有负载电源，又增加了充蓄电池的充电电流，如果蓄电池用电过多，初充电流很大，因而更加剧了电源的负载，因而容易损坏。

二是普通家电在雷雨季节的当天，可以拨掉电源预防，在需要用时，（如需要看电视时），因为容易被提醒，可以立即恢复，使用者想得到。而保安类产品确很困难，因为在拨掉电源后，不易直观提醒，因为在高节奏的生活，忘掉这些事是可能的，此时其保安功能就失灵，产生保安空白。如果使用者忘记恢复，则保安长期将处于保安空白。而现在的稳态集成在防雷上，很弱，如一般说输入端最高电压仅为30伏左右。

三是因为保安的产品的特殊性重要性，因此必须在设计时要有能适应电网变化的更大范围，主要好处原因一是当电网电压波动时，不会对稳压集成电路本射造成损坏。原因二是，在市电相对低或相对高时能正常稳压，不会造成保安功能的失灵。原因三是，使保安产品能有更大的使用空间。

四是保安类产品必需要配蓄电池，而蓄电池的维护有较高的要求，其中充电电压值与放电值不一样。如果稳压按负载要求稳压，则不能满足充电的要求，如果按充电的电压作为要求，则负载将长期高于正常所需电压。这是难点一。难点二是如果有蓄电池放电系统，必然与市电供电系统对负载形成或门供电方式，因此两者与负载有个或门性质的电路。蓄电池放电时大多数时间为每节 2 伏的标准值，随着放电该值还要下降，因此蓄电池的输出电压降很宝贵，如果或门性质的电路的压降过大。则负载的偏离正常的标准加大。因此采用什么措施使蓄电池在放电时不产生过多的压降，成为难点。难点三是在有市电时对负载是一套系统，而无市电时又是蓄电池系统供电，两者之间的转换是自动切换，因此怎样才能实现转换科学化。难点四是如何形成两部分供电彼此互不影响，即是当蓄电池发生故障时，不会影响市电供电系统，反之市电供电系统损坏时不会影响蓄电池系统。

发明内容

本发明的主要目的是，提出一种新的电源方案，利用三端集成稳压电路的系列优点，形成各种逻辑组合，实施后有多种优点，一是有源件不易损坏，二是防雷性好，响应迅速，三是最大化的保证蓄电池的寿命，实现科学浮充，四是解决配套蓄电池时的充电与放电矛盾，从而该电源有着广泛而特殊的用途。

1、一种由集成电路升级的电源设计方法是由整流级，开关防雷级，交流稳压级，恒流级，稳压充电级，蓄电池，放电级，封锁级共同组成。

其中：整流级的输出连接了开关防雷级，开关防雷级的输出为三路，一路接对称结构的交流稳压级，第二路接恒流级的输入，恒流级的输出接稳压充电级后，为蓄电池充电，蓄电池的正极接放电级，第三路接封锁级的输入，封锁级的输出接在放电级中，交流稳压级的输出与放电级的输出共同组成交直流的混合电压输出，也即是一种由集成电路升级的电源设计方法的输出。

交流稳压级由两隔离二极管、两个三端稳压与各三端稳压对应的上偏电阻、下偏电阻组成：三端稳压的输入端都接开关防雷级的输出，三端稳压的输出端与接地端之间接一个三端稳压上偏电阻，三端稳压的接地端与地线之间接一个三端稳压下偏电阻；两三端稳压的三端连接方式相同，两三端稳压的输出端各接一个隔离二极管的正极。

恒流级由恒流器与恒流电阻组成：恒流器的输入端接开关防雷级的输出，恒流器的输出端接恒流电阻到稳压充电级中充电稳压器的输入端，恒流器的接地端与充电稳压器的输入端相连。

稳压充电级由充电稳压器与充电稳压上偏电阻、充电稳压下偏电阻成：充电稳压上偏电阻接在充电稳压器的输出端与接地端之间，充电稳压下偏电阻接在充电稳压器的接地端与地线之间。

放电级由放电管、放电上偏电阻、基极稳压管、基极调整电阻、直流隔离二极管组成：放电管的集电极接充电稳压器的输出端，放电上偏电阻接在放电管的集电极与基极之间，基极稳压管与基极调整电阻串联在放电管的基极与地线之间，直流隔离二极管的正极接放电管的发射极，直流隔离二极管的负极与交流稳压级中两隔离二极管的负极相连，成为交直流的混合电压输出，也即是一种由集成电路升级的电源设计方法的输出。

封锁级由一个三极管即封锁管与封锁上偏电阻组成：封锁管的发射极接地线，封锁上偏电阻接在开关防雷级的输出与封锁管的基极之间，封锁管的集电极与放电管的基极相接。

2、开关防雷级是由防雷继电器形成的开关形式，其连接方式是防雷继电器的线苞两端中的一端接整流输出，另一端接防雷稳压管到地线，防雷继电器的转换触点与整流输出相接，常闭触点即是开关防雷级的输出。

3、恒流稳压器、充电稳压器、三端稳压都采用三端集成稳压电路。

进一步说明如下：

稳压源是电子产品重要的组成部分，其性能的优异，直接关系到整体的性能，现在很 多电源都配套了蓄电池，称为直流电源，本发明中的交直流共用的措施中设计了几点措施，一是利用恒流充电，保证蓄电池不容易损坏，并能对电池实现科学的充电最大化的充电，从而最大化的延长蓄电池的寿命与容量，二是专门设计了放电级，众所周知的蓄电池充电电压比工作电压要高，才能保证蓄电池能正常充电，如 12V 的蓄电池，需要的标准充电电压为 13.8V，所以要实现交直流共用，就需要直流时的电压也为 12V 工作电压，而本发明中的放 电级能可靠的解决这个问题。三是在交流稳压中采用了对称的两个三端稳压，增加了稳压 的可靠性，四是最重要的整流输出后采用了防雷继电器作开关，当有雷击电压过高时，防雷继电器立即断开，保证了后级的电路不受雷击损坏。

对各级的逻辑功能说明如下：

一、开关防雷级的说明。

本发明具有良好的防雷特性：设计了开关防雷级形成开关保护，即是在常态下，开关防雷级接通，在有雷击过压时，断开。

开关防雷级是由防雷继电器与防雷稳压管组成。

防雷继电器的线苞的两端其中一端接整流输出，另一端接防雷稳压管到地线，因为稳压管的稳压伏数比整流输出高几伏，因此在正常状态下，防雷稳压管不会被击穿，防雷继电器的转换触点与常闭触点相通，也即是后级的输入都相当于接在了整流输出上，而一旦有雷击过压，过压高过防雷稳压管的耐压伏数后，防雷稳压管被击穿，防雷继电器吸合，其转换触点与常闭触点断开，后级的输入失电，从而保护了后级电路。

运用这样电路形成开关防雷级的好处是，防雷管的耐压一般都是上百伏，几十伏的很难找，对于一般的 12V、24V、36V 这样的低电压来说，用上百伏的防雷管显然是不恰当的，而稳压管的稳压伏数很好选择，可以在很低的范围之内，而使用继电器的原因是，继电器响应迅速，能快速对雷击作出响应，所以本发明选择防雷继电器与防雷稳压管共同组成了开关防雷级对电路形成保护。

二、本发明对蓄电池做到了标准浮充，并最大程度的保证了蓄电池寿命，解决了浮充电压高而放电电压低的矛盾，其主要措施的说明如下：

（一）、恒流级与稳压充电级的说明：本发明用恒流形成充电的意义在于，在更好的保证蓄电池寿命的情况下，实行科学的 充电方式，本发明中的恒流级由恒流稳压器与恒流电阻形成，其主要功能就是成为恒流，形成恒流的充电形式。

恒流级采用 78 系列的三端集成稳压源变换而来，优点一是恒流值可调，适应面宽，二是具有保护电路，三是线路简洁，采用恒流源充电有更好的效果。

稳压充电级由充电稳压器与充电稳压上偏电阻、充电稳压下偏电阻形成，充电稳压器运用了成熟的稳压电路即三端稳压电路，由于稳压充电级的输入接在了恒流级的输出上，因此，它形成的是恒流充电形式，到了浮充电压值时，自动停充。充电稳压上偏电阻与充电稳压下偏电阻可形成对充电电压的可调，能精准的调整出所需要的浮充电压。

（二）、放电级与封锁级的原理。

放电级由放电管（图 2 中的 6.21）、放电上偏电阻（图 2 中的 6.22）、基极稳压管（图 2 中的 6.23）、基极调整电阻（图 2 中的 6.25）、直流隔离二极管（图 2 中的6.26）组成。

蓄电池在很多电子设备中具有很大的意义，但是很多电源因为不能解决浮充电压高而放电电压低的矛盾，在很多低电压的电子电路中，标准的工作电压多为 12V、24V，而标准的蓄电池浮充电压均比标准的工作电压高，如 12V 的蓄电池标准浮充电压为 13.8V，在电子电路中的电压有时相差 0.5V 都有很大的关系，因此，解决交直流共用，且浮充电压高而 放电电压低的矛盾是十分必要的。

放电级中的基极稳压管与基极调整电阻串联在放电管的基极上，形成了放电管的基准电压，因为电阻的最小调整值在很小的范之内，因能使负载能获得蓄电池放电时的保贵的 12 伏左右的电压，所以能可靠地调整出标准的工作电压。因而使负载无论在市电供电时，或在用蓄电池放电状时，其供电均在 12 伏左右，从而使负载获得稳定电压而保持应有的性能。

封锁级由封锁管与封锁上偏电阻组成 ：虽然只有两个元件，但却形成了本发明的重要部分，它的原理是，在有交流时，直流电封闭，也即是在有交流时，封锁上偏电阻使封锁管导通，从而将放电管关闭，放电管基极无电压，从而使放电管发射极无输出，而当无交流时，封锁管的基极无触发电压，封锁管断开，放电管工作，蓄电池形成放电。

三、交流稳压级的说明。

该级由第一三端稳压（图 2 中的 3.1）、第一三端稳压上偏电阻（图 2 中的3.11）、 第一三端稳压下偏电阻（图 2 中的 3.12）、第一隔离二极管（图 2 中的 3.13）、第二三端稳压 （图 2 中的 3.2）、第二三端稳压上偏电阻（图 2 中的 3.21）、第二三端稳压下偏电阻（图 2 中 的 3.22）、第二隔离二极管（图 2 中的 3.23）组成。

运用两个三端稳压形成对称电路，从通电的一开始，就是两个三端稳压共同承担功耗，又由于两个三端稳压的接连方式一致，参数相同，所以所承受的功耗也基本相同，这比一个三端稳压承受的功耗少二分之一，具统计，三端稳压的损坏与所承受的功耗也有直接关系，所以，本措施用两个三端稳压的并联形式，大大提升了电路的可靠性，由于三端稳压集成电路有着过流保护等等许多优秀特性，所以本发明的交流稳压级有着同样的系列优秀特性。

四、本发明中交流稳压级中的两三端稳压输出端各接有一个隔离二极管，而放电级中放电管的发射极也接有隔离二极管，其意义是，形成隔离，使交流与直流互不干扰，本发明不管是交流输出还是直流输出都为 12V，使所配设备工作稳定。

本发明实施后有以下显著的优点：

电源的好坏，直接影响到整体的性能。电源性能好，则整体性能好。特别重要的第一类 情况是，对于普通家电，一些重要的性能可以用人的行为来弥补，如雷雨天，可以人为地拨掉电源，而很多设备却不能用人为方式弥补，如保安类的产品，拨掉电源就使“保安”成为空白，如用在信号传输系统的设备，拨掉电源会引起系统信号的畅通。更有甚者，有时人还不可能随意走到设备之前断电源，拨掉电源。特别重要的另一类情况是，重要的设备一般配有配套蓄电池，如不能对其科学维护，直接影响蓄电池寿命与可靠性，将可能成为一种新的故障点。这些事听起来很普通，但在工程上确是很重要的事。细节决定成功，而上述问题还不一定属细节。本发明是一种性能十分优异的稳压电源，他具有目前产品的一切优异性能，而且还有着系列亮点，因此可以广泛地用于多种电子设备的需要，适应电子产品月新日异的 发展需要。具体情况如下：

1、性能优异，具备良好的防雷效果 ：一是本发明的开关防雷级中，防雷稳压管具有多 种稳压伏数的选择性，可灵活调整，这对一些低电压的电子电路十分必要，因为一般的防雷 管耐压伏数都是上百伏，对于低压电子电路来说，十分不可取，而稳压管的稳压伏数很好选 择，可以在很低的范围之内。二是继电器响应迅速，能快速对雷击作出响应，所以本发明选 择继电器与稳压管共同组成的开关防雷级形成防雷保护。

2、交流稳压实行了两个三端稳压共同承担功耗，保证了电路的可靠性，并保留了三端稳压的一系列优秀性能。

3、交流与直流相互独立，互不影响，因而进一步提高了可靠性。

4、采用恒流的科学充电方式，最大程度了保证了蓄电池的寿命。

5、用蓄电池供电时，能做到最大科学化，其原因一是在蓄电池放电时，能保证直流输出的电压为标准的工作电压，所以不会因为蓄电池的浮充电压高而放电电压面高，因而不会影响负载的特性。二是当无市电时自动切换，蓄电池立即自动投入，当有市电时，蓄电池自动切除。

6、线路简洁，易生产与调试，原因一是因为线路中的调试点少。二是，恒流稳压器、充电稳压器、三端稳压都采用三端集成稳压电路，所以元件易找，易量化。

7、价格低廉，适应性广，配套性强。

附图说明

图1是一种由集成电路升级的电源设计方法的原理方框图。

图中：1、整流输出；2、开关防雷级；3、对称结构的交流稳压级；4、恒流级；5、稳压充电级；6、放电级；7、封锁级；8、一种由集成电路升级的电源设计方法的输出。

图2 是一种由集成电路升级的电源设计方法的电子电路图。

图中：1、整流输出；2.1、防雷继电器；2.11、防雷继电器的转换触点；2.12、防雷继电器的常闭触点；2.13、防雷继电器的线苞；2.2、防雷稳压管；3.1、第一三端稳压；3.11、第一三端稳压上偏电阻；3.12、第一三端稳压下偏电阻；3.13、第一隔离二极管；3.2、第二三端稳压；3.21、第二三端稳压上偏电阻；3.22、第二三端稳压下偏电阻；3.23、第二隔离二极管；4.1、恒流稳压器；4.11、恒流电阻；5.1、充电稳压器；5.11、充电稳压上偏电阻；5.12、充电稳压下偏电阻；6.1、蓄电池；6.21、放电管；6.22、放电上偏电阻；6.23、基极稳压管； 6.25、基极调整电阻；6.26、直流隔离二极管；7.1、封锁管；7.11、封锁上偏电阻；8、一种由集成电路升级的电源设计方法的输出。

具体实施方式

图 1 图 2 表达了一种制作实例。

一、选用元件。

1、防雷稳压管的稳压伏数选择比整流输出高一定伏数的稳压管。

2、恒流稳压器、充电稳压器、三端稳压都采用三端集成稳压电路。

3、放电管与封锁管都为 NPN 三极管。

4、隔离二极管选择面贴合型二极管。

二、焊接 ：具体电子电路如图 2 所示焊接。

三、通电的检查与调试。

1、检测交流稳压级的对称性与输出电压：测试两三端稳压的输出端电压应基本一样，若不一至，由调整三端稳压上偏电阻或下偏电阻的阻值。

2、检测开关防雷级。

断掉防雷继电器的常闭触点与后级的输出，断掉整流输出。在开关防雷级的输出接一个电阻作负载。

用万用表的红表笔接开关防雷级的输出，黑表笔接地线，用低于防雷稳压管稳压值的电压点击开关防雷级的输入（即防雷继电器的线苞接整流输出那端），在点击时，万用表显示有电压，这个电压即是点电压 ；用高于防雷稳压管稳压值的电压点击开关防雷级的输入，在点击时，万用表显示无电压，则说明防雷稳压管启动，防雷继电器已动作，如不正确，则是连接有误，或防雷继电器损坏。

3、调整蓄电池充电电压。

用万用表测试充电稳压器的输出，以基极稳压管的稳压值为基数，调整充电稳压上偏电阻与下偏电阻阻值，让充电稳压器的输出达到标准的蓄电池浮充电压。

4、检测封锁级 ：在未断掉整流输出时，用万用表红表笔测试放电管的发射极，此时 显示电压为零，断掉整流输出，万用表有电压指示，如在未断掉整流输出时不正确，则先测试封锁管的集电极是否为零，如不为零，则是封锁上偏电阻过大或未焊接上，如在断掉整流输出时，放电管发射极无电压，由先断掉封锁管，如正确，说明封锁管损坏，如还不正确，则是蓄电池放电管损坏。

5、检测放电级。

断掉市电，接上负载，用电表测放电管发射极电压，此电压应比工作电压高 0.7V，（因为有隔离二极管的存在），如基极稳压管稳压电压误差大，则调整基极调整电阻，基极调整电阻使之电压在要求之内。

Claims (3)

1.一种由集成电路升级的电源设计方法，其特征是：是由整流级，开关防雷级，交流稳压级，恒流级，稳压充电级，蓄电池，放电级，封锁级共同组成；

其中：整流级的输出连接了开关防雷级，开关防雷级的输出为三路，一路接对称结构的交流稳压级，第二路接恒流级的输入，恒流级的输出接稳压充电级后，为蓄电池充电，蓄电池的正极接放电级，第三路接封锁级的输入，封锁级的输出接在放电级中，交流稳压级的输出与放电级的输出共同组成交直流的混合电压输出，也即是一种由集成电路升级的电源设计方法的输出；

交流稳压级由两隔离二极管、两个三端稳压与各三端稳压对应的上偏电阻、下偏电阻组成：三端稳压的输入端都接开关防雷级的输出，三端稳压的输出端与接地端之间接一个三端稳压上偏电阻，三端稳压的接地端与地线之间接一个三端稳压下偏电阻；两三端稳压的三端连接方式相同，两三端稳压的输出端各接一个隔离二极管的正极；

恒流级由恒流器与恒流电阻组成：恒流器的输入端接开关防雷级的输出，恒流器的输出端接恒流电阻到稳压充电级中充电稳压器的输入端，恒流器的接地端与充电稳压器的输入端相连；

稳压充电级由充电稳压器与充电稳压上偏电阻、充电稳压下偏电阻组成：充电稳压上偏电阻接在充电稳压器的输出端与接地端之间，充电稳压下偏电阻接在充电稳压器的接地端与地线之间；

放电级由放电管、放电上偏电阻、基极稳压管、基极调整电阻、直流隔离二极管组成：放电管的集电极接充电稳压器的输出端，放电上偏电阻接在放电管的集电极与基极之间，基极稳压管与基极调整电阻串联在放电管的基极与地线之间，直流隔离二极管的正极接放电管的发射极，直流隔离二极管的负极与交流稳压级中两隔离二极管的负极相连，成为交直流的混合电压输出，也即是一种由集成电路升级的电源设计方法的输出；

封锁级由一个三极管即封锁管与封锁上偏电阻组成：封锁管的发射极接地线，封锁上偏电阻接在开关防雷级的输出与封锁管的基极之间，封锁管的集电极与放电管的基极相接。

2.根据权利要求1所述的一种由集成电路升级的电源设计方法，其特征是：开关防雷级是由防雷继电器形成的开关形式，其连接方式是防雷继电器的线苞两端中的一端接整流输出，另一端接防雷稳压管到地线，防雷继电器的转换触点与整流输出相接，常闭触点即是开关防雷级的输出。

3.根据权利要求1所述的一种由集成电路升级的电源设计方法，其特征是：恒流稳压器、充电稳压器、三端稳压都采用三端集成稳压电路。