CN106936169A - 一种用负压控制的换电源 - Google Patents

Abstract

一种用负压控制的换电源，属电子技术领域。由防雷单元、定压定流单元、蓄电池单元，可控硅切换单元，控制单元，负压单元，交流工作单元，交流备份单元共同组成，是一种由市电与配套蓄电池的双重电源。其中定压定流单元对蓄电池组成独立的浮充支路，可以根据蓄电池的要求确定浮充电压，浮充定流，使浮充得到很大的科学化。当市电有电时由交流工作单元，备份单元向负载提供电流，在两单元中，有源件均由高反压三极管组成，工作的方式是由交流工作单元提供常态电流，当交流工作单元出现故障时，备份单元自动切换。当无市电时，配套的电池自动切换供电，切换的有源件为可控硅，采用负压控制，因而控制可靠。并具有很好的开关特性。

Description

一种用负压控制的换电源

技术领域

本发明属于电子技术领域。

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。难点五，有的资料提出用继电器来作切换，这种方案有多种不足，其中一重要之点不足是耗电，难点六是，一些方案造价过高，不适宜产品的普及。

发明内容

本发明的主要目的是，提出用负压控制可控硅的进行切换的方案，这种新方案，采用了定压定流单元对蓄电池进行浮充，有市电供电时采用了备份式电源，因而实施后有多种优点，一是电源供电可靠性高，二是防雷性好，三是交流电适应宽，特点重要的是能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、一种用负压控制的换电源由整流单元，防雷单元，定压定流单元，蓄电池，可控硅切换单元，控制单元，负压单元，交流工作单元，交流备份单元共同组成。

其中：整流单元是一个桥式整流电路，整流输出接一个滤波电容到地线。

防雷单元是一个避雷器，接在整流输出与地线之间。

定压定流单元由双定三极管、浮充上偏电阻、浮充稳压管、浮充微调电阻、浮充中调二极管、定流电阻、定流二极管组成：双定三极管的集电极接整流输出，浮充上偏电阻接在双定三极管的集电极与基极之间，浮充稳压管的一端接双定三极管的基极，另一端接浮充微调电阻的一端，浮充微调电阻的另一端接浮充中调二极管到地线，双定三极管的发射极接定流电阻到蓄电池的正极，定流二极管接在双定三极管的基极与蓄电池的正极之间。

可控硅切换单元由切换可控硅与可控硅激励电阻组成：切换可控硅的阳极接蓄电池正极，可控硅激励电阻接在切换可控硅的阳极与控制极之间，切换可控硅的阴极与交流工作单元中交流工作隔离二极管、交流备份单元中交流备份隔离二极管的负极相连，成为一种用负压控制的换电源的输出。

控制单元由控制单元三极管、控制单元三极管基极电阻、控制单元隔离二极管一、控制单元隔离二极管二组成：控制单元三极管基极电阻的一端接整流输出，另一端接控制单元三极管的基极，控制单元三极管的发射极接地线，控制单元隔离二极管一的正极接负压单元中负压电容的正极，控制单元隔离二极管一的负极接控制单元三极管的集电极，控制单元隔离二极管二接在切换可控硅的控制极与控制单元三极管的集电极之间。

负压单元由负压电阻一、负压电容、负压电阻二、负压导向二极管组成：负压电阻一接在蓄电池的正极与负压电容的正极之间，负压电容的负极接负压电阻二到地线，负压导向二极管接在切换可控硅的控制极与负压电容的负极之间。

交流工作单元由交流工作三极管、交流工作上偏电阻、交流工作隔离二极管、压差二极管、交流工作稳压管、交流电压小调二极管、交流电压小调电阻组成。

交流备份单元由交流备份三极管、交流备份隔离二极管组成。

交流工作三极管的集电极接整流输出，交流工作上偏电阻接在交流工作三极管的集电极与基极之间，压差三极管接在交流工作三极管的基极与交流备份三极管的基极之间，交流工作稳压管、交流电压小调二极管、交流电压小调电阻串联在交流备份三极管的基极与地线之间，交流工作三极管与交流备份三极管的发射极各接一隔离二极管后与切换可控硅的阴极相连，成为一种用负压控制的换电源的输出。

2、浮充稳压管与交流工作稳压管的功率为1W。

3、交流工作三极管、交流备份三极管、双定三极管的反压值≥300V。

4、切换可控硅为单向可控硅。

进一步说明如下：

一、交流供电有很强的可靠性。

由于本发明中的交流供电，是对负载工作的主要时间，即是常态时间，而电源是最容易损坏的部分。为此在本措施中设计了两个单元，即是交流工作单元与交流备份单元，而且采取了一种特殊的设计，这种设计是交流工作单元中的三极管（图2中8.1）的基极要比交流定流备份单元的三极管（图2中9.1）基极多个一个压差二极管（图2中8.4）；所以工作三极管输出电压高于备份三极管输出，备份三极管将被封门，无电流输出，功耗近似于零，所以备份三极管不会损坏，处于一种备份状态。当工作三极管损坏后，备份三极管将自动位输出电压。

其次，本部分中压差二极管采用了面结合的整流二极管，稳压管的功率为1W，即采用了大功率稳压管，均处于大马拉小车的状态，因此本部分可靠性高。

二、本发明有很强的过压保护能力的说明。

具有良好的防过压保护说明：有两级过压保措施，一是采用了避雷管，当电压过高时将对地线放电，形成 防雷第一级保护。第二原因是定压定流单元与交流工作三极管，采用了高反压三极管，其反压≥300伏，抗反压能力强（一般三端稳压集成只有35伏），所以形成二级保护。所以整体电路防雷性能强。

三、具有较宽的市电输入电压说明。

1、可以工作在市电较宽的范围。

线路中为大功率高反压三极管，其集电极的反压可高达300伏，所以电源变压器的二次侧的电压可以适当的高一些，因此市电较低时电源变压器的二次侧的电压仍能满足器件的要求。而在因此市电较高时，其整流输出仍不会高于300伏，因而不至于对总通道电源级中的射随管造成伤害。所以本发明可以工作在电力不足的地方，而在电力过强的地方也不会损害。

2、在市电出现意外波动时不易被损坏。

也因为上述原因，所以在市电意外波动时，不会轻易损害。

四、定压定流单元的说明。

定压定流单元主要是对蓄电池作浮充，该单元采用了定流与定压的形式。其原因是，由定流二极管（图2中3.5）、定流电阻（图2中3.6）共同组成，当电流过大时，在电流过大时定流电阻压降增大，所以三极管的基极被由定流二极管分流，如果调试得当，整个对蓄电池的浮充都处于恒流的充电过程中，因此对蓄电池的浮充十分有利。

同时定压定流单元中三极管（图2中3.1）的电压是个定值，将把浮充的蓄电池的浮充电压控制在所需要的范围内，而该电压可以根据要求灵活调整，所以对浮充蓄电池也十分有利。需要灵活调整的原因是如12伏的蓄电池，需要浮充的标准电压是13.8伏，这样的电压对稳压集成电路来说，没有标准型号。本部份之所以可以灵活调整的原因是，可以选择12伏的稳压管，选择两只浮充中调二极管（图2中3.5），其电压为0.7+.0.7伏、然后调整浮充微调电阻（图2中3.4）为0.4伏，即可。

五、可控硅切换单元的说明。

在本发明中，切换可控硅采用的单向可控硅，其内部结构图如图三。当控制单元中三极管（图2中6.1）为高位时，切换可控硅（图2中5.1）在可控硅激励电阻（图2中5.2）的激励下，所以可控硅会饱和导通。

当当控制单元中三极管（图2中6.1）为饱和导通时，这时可控硅的控制栅会近似为低位，同时在负压单元的双重作用下会可靠地截止。

截止的原因如下：当可控硅的控制栅为迅速为低位时，特别是有负压时，可控硅内部结构NPN三极管的基极，电流分流，不会经过内部的三 极管（图3中的18.4），所以会迅速走向截止，可控硅内部的PNP三极管（图3中的18.2）也会迅速走向截止，此两管形成强烈的正反馈，造成可控硅迅速截止。因此这和教科书中教导的当可控硅的阳极电流减少时而产生截止的原理是一样的。

六、控制单元的说明。

控制单元的作用是与负压单元共同配合，当无市电时共同控制可控硅切换单元，使之能可靠导通与截止。当有市电时使可控硅切换单元可靠导通。

当无市电时，整流单元无电输出，所以为低位，控制单元三极管（图2中的6.1）为截止，集电极为高位，所以切换可控硅（图2中5.1）在可控硅激励电阻（图2中5.2）的激励下，所以可控硅会饱和导通。

当有市电时，整流单元有电输出，所以为高位，控制单元三极管（图2中的6.1）为饱和，集电极为低位，所以可控硅的控制栅近似为低位，在负压单元的共同作用下，由导通转变为截止。

七、负压单元的说明。

负压单元主要作用是配合控制单元的作用共同控制可控硅切换单元，使之能可靠导通与截止。

形成负压的原理是，当控制单元中三极管为高位时，即是当可控硅处于导通时，电源通过负压电阻一（图2中7.1）负压电阻二（图2中7.3）向负压电容；（图2中7.2）；充电，形成的电压是靠近负压电阻一的一边为高位，靠近负压电阻二的一边为低位，即是上高下低，当控制单元的三极管（图2中6.1）饱和时，集电极为低位，而负压电容（图2中7.2）电压不能跃变，所以高位端近似为零，而低位端成为负压，经过负压导向二极管（图2中7.4、）的作用，使可控硅的控制栅成为负压，因而十分有利于可控硅的截止。

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。特别重要的一是，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，二是配套电源的供电参数如果与市电的供电参数如果存在差导，将直接影响电器性能，三是需要两种电源的自动切换性能要好，以保证各证信号的不流失。四是对于普通家电，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。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、蓄电池浮充能保持到最佳状态，一是浮充采用恒流源充电，因而能使浮充更顺，不会产生故障，二是浮充电压灵活可调，因而能使蓄电池保持在浮充的最佳电压，其灵活可调的原因是，具有浮充稳压管、浮充微调电阻、浮充小调二极管三种可调元件，因而可以将浮充调整到蓄电池所需的最佳值，因而对蓄电池的维护做到了最大的科学化。

2、用蓄电池供电时，能做到最大科学化，其原因一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。因而不会对负载产生影响。保证了负载的性能。二是省电，在一些技术资料里提出了用继电器的办法，但是继电器很耗电，对配套的蓄电池很不利。

3、切换可控硅因具有强烈的正反馈，开关特性好，波形可近似为方波，因而可以用于要求较高的地方。

4、可靠性高，适应面强。一是电源是电器故障常产生之点，本措施中交流供电有两个单元，而且一个处于备份状态，因而可靠性很高。二是两种输出电源（浮充输出电压，与负载输出电压）可调性强，能广泛适应负载的需要。

5、防雷效果好，能避免外界意外事故，如雷击等，减少电器的意外损害，特别是用于保安器材中，能减少意外产生的保安盲点。而如果采用普通的集成稳压电路，因为其反压只容许35伏，而吸穿电压在35伏左右的，则很难买到。

6、比传统的稳压电源有更宽的适应能力，电压较高，较低的地方。均能正常工作。

7、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，很易量化。调试范围宽松，可操作性强。

8、价格低廉，适应性广，配套性强。

附图说明

图1是本发明的方框图。

图中：1、整流单元；2、防雷单元 ；3、定压定流单元； 4、蓄电池；5、可控硅切换单元；6、控制单元；7、负压单元；8、交流工作单元；9、交流备份单元；10、电源输出；11、变压器二次侧输入。

图2是本发明各元件连接原理图。

图中：1.1整流单元中桥式整流；1.2滤波电容；2、避雷器； 3.1、双定三极管；3.2、浮充上偏电阻；3.3、浮充稳压管；3.4、浮充微调电阻；3.5、浮充中调二极管； 3.6、定流电阻；3.7、定流二极管；4、蓄电池；5.1、切换可控硅；5.2、可控硅激励电阻；6.1、控制单元三极管；6.2、控制单元三极管基极电阻； 6.3、控制单元隔离二极管一；6.4、控制单元隔离二极管二；7.1、负压电阻一；7.2、负压电容；7.3、负压电阻二；7.4、负压导向二极管；8.1、交流工作三极管；8.2、交流工作上偏电阻；8.3、交流工作隔离二极管；8.4、压差二极管；8.5、交流工作稳压管；8.6、交流电压小调二极管；8.7、交流电压小调电阻；9.1、交流备份三极管；9.3、交流备份隔离二极管；10、电源输出；11、变压器二次侧输入。

图3是单向可控硅内部结原构理图。

图中：18.1、是可控硅的阳极，18.2、可控硅内部PNP三极管，18.3、可控硅内部NPN三极管基极也是可控硅的控制栅；18.4、可控硅内部NPN三极管；18.5、可控硅阴极；18.6、当可控硅的控制栅近似为零且有负压时不经过内部NPN三极管的分流。

具体实施方式

图1图2表达了一种制作实例。

一、选用元件：防雷管选如100伏以下的，稳压管选定较大功率类的品种其稳压值基本符合要求其误差应只为负误差，而不应正误差，定压定流单元与交流单元中的三极管选用高反压大功率管3DD15，可控硅选用单向小功率可控硅，负压电容应选漏电小的种类，其它元件无特殊要求。

二、焊接：按照图2的原理图焊接。

三、通电的检查与调试。

（1）、检测调试定压定流单元中的电压。

用万用表测试双定三极管（图2中3.1）的射极，因为其基极中的稳压管为负误差，所以差电压用、浮充小调二极管（图2中3.5）；浮充微调电阻（图2中3.4）来弥补，其中小调二极管一个约为0.7伏，两个为1.4伏，而微调电阻可以调整0.7估以下的误差。

如12伏的蓄电池，需要浮充的标准电压是13.8伏，这样的电压对稳压集成电路来说，没有标准型号。本部份之所以可以灵活调整的原因是，可以选择12伏的稳压管，选择两只浮充中调二极管（图2中3.5），其电压为0.7+.0.7伏、然后调整浮充微调电阻（图2中3.4）为0.4伏，即可。

（2）、检测调试定压定流单元中的电流。

按要求设定恒流源之值，用电压表测定定流电阻两端之电压，算出电流之值，当电流值过大时，应提高定流电阻之值，反之应减少电阻之值。

（3）、检测调试控制单元状态。

当整流单元有输出时，控制单元三极管（图2中6.1）集电极应为低位，如果不正确，应减少该管的基极电阻（图2中6.2）

（4）、检测调试负压单元状态。

用示波器检查，用示波器的热端测试负压电容（图2中7.2）的负端，即是连接负压电阻二；（图2中7.3）的一端，用导线先短路，后开路控制单元三极管（图2中6.1）的基极与发射极，此时示波器应有瞬态的负压的微反应，如不正确，则是负压单元的焊点有虚焊。或是负压电容的漏电过大。或者是控制单元隔离二极管一（图2中6.3）虚焊，或者是控制单元隔离二极管一（图2中6.3）极性焊错。

（5）、检测调试切换可控硅的状态。

用万用表检测切换可控硅（图2中5.1）的阴极。在接通市电时，可控硅阴极无电压，如不正确，控制单元隔离二极管二（图2中6.4）或极性焊反，或虚焊。或者是控制单元隔离二极管一（图2中6.3）或极性焊反，或虚焊。

在断开市电时，可控硅阴极有电压，如不正确，则是可控硅激励电阻（图2中5.2）虚焊，或可控硅损坏。

（6）、检测调试交流工作单元的工作电压。

用万用表测试、交流工作三极管（图2中8.1）的射极，其电压应符合要求，如不符合，则应按检测调试定压定流单元中的电压的方法调试。

（7）、检测调试交流备份单元的工作状态。

用万用表测试、用表的红笔测交流备份三极管（图2中9.1）的射极，其电压比交流工作三极管（图2中8.1）的射极少一个PN节电压，如无电压则是交流备份三极管（图2中9.1）的基极虚焊。此时用电流表并联在交流备份隔离二极管（图2中9.3）两端，此时电流表显示应近似为零。如不正确则是压差二极管（图2中8.4）发生短路。

（8）、检测调试避雷管。

用万用表测试用表的红笔测整流输出端，将本线路的测输入端接交流高压器，提高交流高压器输出电压，当表中电压为100伏左右时，避雷管发光，同时电压速降到近似为零。否则是避雷管的型号错误，或损坏。

Claims (4)

1.一种用负压控制的换电源，其特征是：由整流单元，防雷单元，定压定流单元，蓄电池，可控硅切换单元，控制单元，负压单元，交流工作单元，交流备份单元共同组成；

其中：整流单元是一个桥式整流电路，整流输出接一个滤波电容到地线；

防雷单元是一个避雷器，接在整流输出与地线之间；

定压定流单元由双定三极管、浮充上偏电阻、浮充稳压管、浮充微调电阻、浮充中调二极管、定流电阻、定流二极管组成：双定三极管的集电极接整流输出，浮充上偏电阻接在双定三极管的集电极与基极之间，浮充稳压管的一端接双定三极管的基极，另一端接浮充微调电阻的一端，浮充微调电阻的另一端接浮充中调二极管到地线，双定三极管的发射极接定流电阻到蓄电池的正极，定流二极管接在双定三极管的基极与蓄电池的正极之间；

可控硅切换单元由切换可控硅与可控硅激励电阻组成：切换可控硅的阳极接蓄电池正极，可控硅激励电阻接在切换可控硅的阳极与控制极之间，切换可控硅的阴极与交流工作单元中交流工作隔离二极管、交流备份单元中交流备份隔离二极管的负极相连，成为一种用负压控制的换电源的输出；

控制单元由控制单元三极管、控制单元三极管基极电阻、控制单元隔离二极管一、控制单元隔离二极管二组成：控制单元三极管基极电阻的一端接整流输出，另一端接控制单元三极管的基极，控制单元三极管的发射极接地线，控制单元隔离二极管一的正极接负压单元中负压电容的正极，控制单元隔离二极管一的负极接控制单元三极管的集电极，控制单元隔离二极管二接在切换可控硅的控制极与控制单元三极管的集电极之间；

负压单元由负压电阻一、负压电容、负压电阻二、负压导向二极管组成：负压电阻一接在蓄电池的正极与负压电容的正极之间，负压电容的负极接负压电阻二到地线，负压导向二极管接在切换可控硅的控制极与负压电容的负极之间；

交流工作单元由交流工作三极管、交流工作上偏电阻、交流工作隔离二极管、压差二极管、交流工作稳压管、交流电压小调二极管、交流电压小调电阻组成；

交流备份单元由交流备份三极管、交流备份隔离二极管组成；

交流工作三极管的集电极接整流输出，交流工作上偏电阻接在交流工作三极管的集电极与基极之间，压差三极管接在交流工作三极管的基极与交流备份三极管的基极之间，交流工作稳压管、交流电压小调二极管、交流电压小调电阻串联在交流备份三极管的基极与地线之间，交流工作三极管与交流备份三极管的发射极各接一隔离二极管后与切换可控硅的阴极相连，成为一种用负压控制的换电源的输出。

2.根据权利要求1所述的一种用负压控制的换电源，其特征是：浮充稳压管与交流工作稳压管的功率为1W。

3.根据权利要求1所述的一种用负压控制的换电源，其特征是：交流工作三极管、交流备份三极管、双定三极管的反压值≥300V。

4.根据权利要求1所述的一种用负压控制的换电源，其特征是：切换可控硅为单向可控硅。