CN106936312A - 一种备用精准的电源方案 - Google Patents

Abstract

一种备用精准的电源方案，属电子技术领，是利用三极管的导通与截止、高反压功能等特性，形成各种逻辑组合，由整流单元，防雷器，恒流源，定流源，蓄电池，直流单元，锁闭单元，自动调节稳压单元，隔离单元组成，整流单元的输出连接了几路，一路接防雷器到地线，第二路接恒流源，第三路接锁闭单元，第四路接自动调节稳压单元，恒流源的输出接定流源的输入，定流源的输出接蓄电池与直流单元，直流单元的输出与自动调节稳压单元的输出接隔离单元。其自动调节稳压单元能对输出电压自行调节，保证了稳压的可靠性，本发明中最大化的保证蓄电池的寿命，实现科学浮充，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

一种备用精准的电源方案

技术领域

本发明属电子技术领域。

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，利用三极管的特性，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，二是防过压能力强，适应面宽，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、一种备用精准的电源方案由整流单元，防雷器，恒流源，定流源，蓄电池，直流单元，锁闭单元，自动调节稳压单元，隔离单元共同组成。

其中：整流单元的输出连接了几路，一路接防雷器到地线，第二路接恒流源，第三路接锁闭单元，第四路接自动调节稳压单元，恒流源的输出接定流源的输入，定流源的输出接蓄电池与直流单元，直流单元的输出与自动调节稳压单元的输出接隔离单元。

恒流源由恒流管、限流二极管、恒流电阻、基极电阻组成：恒流电阻接在整流输出与恒流管的发射极之间，限流二极管接在整流输出与恒流管的基极之间，基极电阻的一端接恒流管的基极，基极电阻另一端接地线，恒流管的集电极即是恒流源的输出。

定流源由充电稳压三极管、充电触发电阻、充电调整稳压管、充电调整电阻组成：充电稳压三极管的集电极接恒流管的集电极，充电触发电阻接在恒流管的集电极与充电稳压三极管的基极之间，充电调整稳压管与充电调整电阻串联在充电稳压三极管的基极与地线之间，充电稳压三极管的发射极即是定流源的输出，接蓄电池的正极，蓄电池的负极接地线。

直流单元由直流三极管、直流启动电阻、直流调整稳压管、直流调整电阻组成：直流三极管的集电极接在蓄电池的正极上，直流启动电阻接在直流三极管的集电极与基极之间，直流调整稳压管与直流调整电阻串联在直流三极管的基极与地线之间，直流三极管的发射极即是直流单元的输出。

锁闭单元由锁闭三极管与锁闭触发电阻组成：锁闭三极管的的发射极接地线，锁闭触发电阻接在整流输出与锁闭三极管的基极之间，锁闭三极管的集电极即是锁闭单元的输出，接直流三极管的基极。

自动调节稳压单元由电压调整管、交流触发电阻、交连电阻、基准稳压管、放大管、电位器、上偏分压电阻、下偏分压电阻、基准上偏电阻组成：电压调整管的集电极接整流输出，交流触发电阻接在电压调整管的集电极与基极之间，电压调整管的基极与放大管的集电极之间接交连电阻，放大管的发射极接基准稳压管到地线，基准上偏电阻接在电压调整管的发射极与放大管的发射极之间，上偏分压电阻一端接电压调整管的发射极，上偏分压电阻的另一端接电位器的一端，电位器的另一端接下偏分压电阻到地线，电位器的活动端接放大管的基极，电压调整管的发射极即是自动调节稳压单元的输出。

隔离单元为两个隔离二极管组成，隔离二极管一的正极接自动调节稳压单元的输出，隔离二极管二的正极接直流单元的输出，两隔离二极管的负极相连，即是一种备用精准的电源方案的输出。

2、限流二极管或为两个二极管串联而成；或为一个发光二极管。

3、直流三极管、充电稳压三极管、电压调整管、锁闭三极管、放大管采用高反压NPN三极管。

4、恒流管为PNP三极管。

进一步说明如下：

本发明是利用三极管的导通与截止、高反压功能等特性，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，二是防过压能力强，适应面宽，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。

一种备用精准的电源方案，是属于交直流共用的电源，在交直流共用的特性中设计了几点措施，达到上述的优点：一是在交流稳压中采用了自动调节的电路形式，对交流稳压时的过压或低压形成自动调节，增加了稳压的可靠性，二是利用恒流充电，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，三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。

对本发明中的各措施原理进一步说明如下：

一、自动调节稳压单元的特性。

该单元由电压调整管（图1中的5.1）、交流触发电阻（图1中的5.2）、交连电阻（图1中的5.3）、基准稳压管（图1中的5.5）、放大管（图1中的5.6）、电位器（图1中的5.7）、上偏分压电阻（图1中的5.8）、下偏分压电阻（图1中的5.9）、基准上偏电阻（图1中的5.10）组成。

其形成自动调节的原理是：电压调整管与放大管共同形成了精准的稳压电路，原因是，放大管的基极电压是一个定值，即是发射极电压加0.7V（因为三极管的基极电压始终比发射极电压多0.7V），而下偏分压电阻、电位器、上偏分压电阻共同串联成为一个分压电路，如果电压调整管的输出电压过高，则放大管的基极电流越大，因而放大管集电极电流就大，对电压调整管的基极电流分流就越大，因而电压调整管的输出电压就减小，反之，如果输出电压过低，放大管的基极电流减小，放大管集电极电流减小，电压调整管的基极电流增加，所以输出电压就提高了，因此形成了自动调整，所以当电位器达到所需设计值后，在使用中，电压调整管输出的电压过高或过低，都能形成自动调节，增加了稳压的可靠性。

在本单元内，不采用常用的78系列，而电压调整管与放大管都采用高反压大功率三极管，最主要的好处是，三极管高反压，远远超出78系列仅30伏的技术指标，防雷效果好。同时也具有稳压效果好的特点。因而提高了供电源的可靠性寿命。

二、恒流源与定流源共同形成对蓄电池充电形成科学而标准浮充，保证了蓄电池寿命。

其中恒流源由恒流管（图1中的6.1）、恒流电阻（图1中的6.2）、限流二极管（图1中的6.3）、基极电阻（图1中的6.4）组成。

形成恒流的原理是：恒流管的发射极串联了恒流电阻成为了负反馈。同时整流输出与基极之间，连接了限流二极管，有限流的作用，当负载电流过大，且超过了限流二极管的阈值时，基极电流将分流，不再经过三极管放大，因而保证了发射极电流为一定值，因而成为一种恒流源。限流二极管之所以用两个二极管串联，因为三极管PN值为0.7V，而一个二极管的PN节也为0.7V，所以用两个二极管串联。也可以用一个发光二极管代替，因为发光二极管有发光的功能，有利于调整。之所以用一只的原因是，发光二极管的NP节约为1.2伏左右，而不是0.7伏。发射极所串联的恒流电阻可以对恒流进行调整。

用这样的电路的好处是，线路精简，可靠，同时利于节约成本。此外如果用发光二极管作为恒流的限流器件的一个重要原因是，有光指示，当发射极所串联的恒流电阻调试正确时，发光二极管发微光或较亮光，表示调试正确。而用二极管串联的好处是，二极管不易损坏。

定流源由充电稳压三极管（图1中的7.1）、充电触发电阻（图1中的7.2）、充电调整稳压管（图1中的7.3）、充电调整电阻（图1中的7.5）组成。

形成的原理是：充电调整稳压管与充电调整电阻串联在充电稳压三极管的基极上，形成了充电三极管的基准电压，而电阻的最小调整值在很小的范之内，所以能调整出蓄电池所需的标准浮充电压。

恒流源与定流源共同形成了充电的恒流充电形式，同时能精准的调整出所需要的浮充电压。解决了很多电源不能标准浮充的难题，因为很多资料都提出了一种观点，认为蓄电池常常不用坏的而是被充坏的而不是，因此，采用这样的恒流的科学化充电，很大化的保证了蓄电池的寿命。

三、本发明不仅对蓄电池做到了标准浮充，并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：

其中，蓄电池的放电由即是本发明中的直流单元，由直流三极管（图1中的9.1）、直流启动电阻（图1中的9.2）、直流调整稳压管（图1中的9.3）、直流调整电阻（图1中的9.5）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。

其直流单元与定流源的调整方式一致，元件的连接一致，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值的范围内，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。

锁闭单元由锁闭管与锁闭上偏电阻组成：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，锁闭上偏电阻使锁闭三极管导通，从而将直流三极管关闭，直流三极管基极无电压，从而使直流三极管发射极无输出，而当无交流时，锁闭管的基极无触发电压，锁闭三极管断开，直流三极管工作，蓄电池形成放电。

四、本发明中自动调节稳压单元接有隔离二极管，而直流单元中直流三极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。

五、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。

自动调节稳压单元中的三极管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，因而不至于对电压调整管造成伤害。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。此外它能形成电压调整管输出电压过高与过低的自动调节，所以也具备保护所带负载的能力。

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。

六、具备了防雷的能力：在整流输出对地线之间接有防雷器，在有雷击过压时，能迅速将涌压导入地线，保证了后级电路不受损坏。

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，一是抗雷与过压保护效果特别好，因为整流输出接有防雷器，而电压调整管为高反压大功率三极管，其反压值高达300V。二是稳压效果好，因为能形成电压的自动调节，保证了稳压的效果。

2、比传统的稳压电源有更宽的适应能力，在发生意外电压高，不会损坏。而在电压较低的地方与时段也能正常工作。

3、交、直流输出电压任意可调，能广泛适应负载的需要。交、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，很大程度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。二是直流三极管、充电稳压三极管、电压调整管、锁闭三极管、放大管都采用高反压NPN三极管，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是一种备用精准的电源方案的电子电路图。

图中：1、整流输出；2、防雷器；3.1、锁闭三极管；3.11、锁闭触发电阻；5.1、电压调整管；5.2、交流触发电阻；5.3、交连电阻；5.5、基准稳压管；5.6、放大管；5.7、电位器；5.8、上偏分压电阻；5.9、下偏分压电阻；5.10、基准上偏电阻；5.11、隔离二极管一；6.1、恒流管；6.2、恒流电阻；6.3、限流二极管；6.4、基极电阻；7.1、充电稳压三极管；7.2、充电触发电阻；7.3、充电调整稳压管；7.5、充电调整电阻；8、蓄电池；9.1、直流三极管；9.2、直流启动电阻；9.3、直流调整稳压管；9.5、直流调整电阻；9.8、隔离二极管二；10、一种备用精准的电源方案的输出。

图2是措施2中限流二极管为一个发光二极管的电路图。

图中：1、整流输出；2、防雷器；3.1、锁闭三极管；3.11、锁闭触发电阻；5.1、电压调整管；5.2、交流触发电阻；5.3、交连电阻；5.5、基准稳压管；5.6、放大管；5.7、电位器；5.8、上偏分压电阻；5.9、下偏分压电阻；5.10、基准上偏电阻；5.11、隔离二极管一；6.1、恒流管；6.2、恒流电阻；6.31、措施2中的限流二极管为一个发光二极管；6.4、基极电阻；7.1、充电稳压三极管；7.2、充电触发电阻；7.3、充电调整稳压管；7.5、充电调整电阻；8、蓄电池；9.1、直流三极管；9.2、直流启动电阻；9.3、直流调整稳压管；9.5、直流调整电阻；9.8、隔离二极管二；10、一种备用精准的电源方案的输出。

具体实施方式

图1图2表达了一种备用精准的电源方案的制作实例。

一、选用元件：避雷器选择击穿电压为100伏以内的。

限流二极管或为两个二极管串联而成；或为一个发光二极管。

直流三极管、充电稳压三极管、电压调整管、锁闭三极管、放大管采用高反压NPN三极管。

恒流管为PNP三极管。

二、焊接：具体电路或按图1所示焊接或按图2所示焊接。

限流二极管为两个二极管串联的电子电路照图1的原理图焊接。

限流二极管为一个发光二极管的电子电路如图2所示连接。

三、通电的检查与调试。

1、对恒流源的检查。

A、焊接一个电阻型假负载，线路是用两个二极管串联，再串联电阻。设计好串联的阻值。其中串联电阻应选功率大的种类。用假负载代替被充电池。

检测时用万用表的电流表红笔串在假负载中，或红笔接在假负载中的二极管正极，黑笔接二极管负极，调节串联电阻，电阻在变化区间内，电流基本不变化，说明恒流源调试成功。

B、调节恒流管的恒流之值。

调节恒流管发射极串联的恒流电阻之值，使其恒流值符合要求，此时还应观察限流发光二极管应微显光，如果不发微光，应将工作恒流电阻之值加大，也可以将发光二极管用两个串联二极管代替。

2、检测自动调节稳压单元。

先确定基准稳压管的稳压值，下偏分压电阻、电位器、上偏分压电阻共同串联成为一个分压电路，确定了基准稳压管的稳压值后，下偏分压电阻与电位器串联点的电压变能确定，如果此时电压调整管的发射极电压过高，则减小上偏分压电阻的阻值，如果此时电压调整管的发射极电压过低，则加大上偏分压电阻的阻值。

增加整流输出的电压，万用表测电压调整管的发射极，其电压应与调整后的电压值一致，减小整流输出的电压，万用表测电压调整管的发射极，其电压应与调整后的电压值一致。

3、检测定流源。

接上假负载，将假负载调至未充满电的状态，此时调整充电调整稳压管与充电调整电阻，将定流源的输出调整至13.8V，充电调整电阻能在使电压精确到0.1V。

4、检测封锁级：在未断掉整流输出时，用万用表红表笔测试直流三极管的发射极，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，则先测试锁闭三极管的集电极是否为零，如不为零，则是锁闭触发电阻过大或未焊接上，如在断掉整流输出时，直流三极管发射极无电压，则先断掉锁闭三极管，如正确，说明锁闭三极管损坏，如还不正确，则是蓄电池直流三极管损坏。

5、检测放电级。

断掉市电，接上负载，用电表测直流三极管发射极电压，此电压应比工作电压高0.7V，（因为有隔离二极管的存在），如直流调整稳压管的稳压电压误差在，则调整直流调整稳压管，其误差可以消除。

6、检测防雷器。

用本发明连接在含有交流调压器的插座上，升高调压器的电压，超过一定值后，防雷器将发出闪亮，否则是防雷器损坏。

Claims (4)

1.一种备用精准的电源方案，其特征是：由整流单元，防雷器，恒流源，定流源，蓄电池，直流单元，锁闭单元，自动调节稳压单元，隔离单元共同组成；

其中：整流单元的输出连接了几路，一路接防雷器到地线，第二路接恒流源，第三路接锁闭单元，第四路接自动调节稳压单元，恒流源的输出接定流源的输入，定流源的输出接蓄电池与直流单元，直流单元的输出与自动调节稳压单元的输出接隔离单元；

恒流源由恒流管、限流二极管、恒流电阻、基极电阻组成：恒流电阻接在整流输出与恒流管的发射极之间，限流二极管接在整流输出与恒流管的基极之间，基极电阻的一端接恒流管的基极，基极电阻另一端接地线，恒流管的集电极即是恒流源的输出；

定流源由充电稳压三极管、充电触发电阻、充电调整稳压管、充电调整电阻组成：充电稳压三极管的集电极接恒流管的集电极，充电触发电阻接在恒流管的集电极与充电稳压三极管的基极之间，充电调整稳压管与充电调整电阻串联在充电稳压三极管的基极与地线之间，充电稳压三极管的发射极即是定流源的输出，接蓄电池的正极，蓄电池的负极接地线；

直流单元由直流三极管、直流启动电阻、直流调整稳压管、直流调整电阻组成：直流三极管的集电极接在蓄电池的正极上，直流启动电阻接在直流三极管的集电极与基极之间，直流调整稳压管与直流调整电阻串联在直流三极管的基极与地线之间，直流三极管的发射极即是直流单元的输出；

锁闭单元由锁闭三极管与锁闭触发电阻组成：锁闭三极管的的发射极接地线，锁闭触发电阻接在整流输出与锁闭三极管的基极之间，锁闭三极管的集电极即是锁闭单元的输出，接直流三极管的基极；

自动调节稳压单元由电压调整管、交流触发电阻、交连电阻、基准稳压管、放大管、电位器、上偏分压电阻、下偏分压电阻、基准上偏电阻组成：电压调整管的集电极接整流输出，交流触发电阻接在电压调整管的集电极与基极之间，电压调整管的基极与放大管的集电极之间接交连电阻，放大管的发射极接基准稳压管到地线，基准上偏电阻接在电压调整管的发射极与放大管的发射极之间，上偏分压电阻一端接电压调整管的发射极，上偏分压电阻的另一端接电位器的一端，电位器的另一端接下偏分压电阻到地线，电位器的活动端接放大管的基极，电压调整管的发射极即是自动调节稳压单元的输出；

隔离单元为两个隔离二极管组成，隔离二极管一的正极接自动调节稳压单元的输出，隔离二极管二的正极接直流单元的输出，两隔离二极管的负极相连，即是一种备用精准的电源方案的输出。

2.根据权利要求1所述的一种备用精准的电源方案，其特征是：限流二极管或为两个二极管串联而成；或为一个发光二极管。

3.根据权利要求1所述的一种备用精准的电源方案，其特征是：直流三极管、充电稳压三极管、电压调整管、锁闭三极管、放大管采用高反压NPN三极管。

4.根据权利要求1所述的一种备用精准的电源方案，其特征是：恒流管为PNP三极管。