CN202737457U - 交直流双用电源 - Google Patents

Abstract

交直流双用电源，属于保安器配套技术领域。由交流稳压电路，浮充电路，蓄电池充放电开关电路，混合平衡电路共四部分组成。他主要与发明者已有的成果进行配套，将对发明者已申请的专利作进一步提升与完善。本实用新型的第一部分是一种优异的交流稳压电源，即能输出标准的浮充电电压，又能成为所配套系统的工作电源。第二部分是利用第一部分的标准浮充电电压输出，对蓄电池浮充进行科学维护。第三部分主要是对蓄电池进行充电与放电自动控制，当有交流电时自动对蓄电池进行浮充，反之自动转变为放电状态，由此可解决蓄电池浮充时电压高，而放电时电压低的矛盾。第四部分作用是无论是交流或是直流供电，基本上输出的均是12伏的电压。

Description

交直流双用电源

技术领域

本发明属于保安器配套领域。

背景技术

发明者已有了多项电子技术成果，属于保安器材类，均需要一种较好的稳压电源与之配套，这种配套源必须要在以下两方面具有优异的性能，其保安性能才能充分得到保证，一是在交流供电应具有优异的性能。二是是应妥善解决蓄电池浮充与正常放电时的矛盾，因在两种状态时蓄电池电压相差过大，不能为所供电的系统接受。现分别说明如下。

一、现在的三端稳压集成电路不能达到优良的电气性能。

其主要原因一是防雷等级不高，雷雨天气可能会损害，或不能工作，将造成保安器失控的严重时段。二是不能在市电较宽的范围内工作，将直接影响到所配保安器材的应用范围。三是稳压数值不能灵活地调到有小数的稳压值，如13。5伏，所以不能适应之配套的电器的要求。造成以上三点不足的一个重要原因在于电子产品中的三端集成稳压电路（如三端稳压集成电路78系列）的固有性造成，78系列稳压集成电路输入端的电压不能太高，通常为30伏。而雷击时三端集成电路的输入端可能超过此值。（即是增加了防雷管，仍有可能超过此值）便造成了第一方面的不足。造成第二方面的不足的原因是是，将220伏市电变为电子线路所需的低压后的桥式整流电压输出值，只能满足大多数情况的市电标准，在市电意外时过高时，其桥式整流输出就可能超过三端集成电路的输入额定值。为解决这一问题，通常的传统方法是，在桥式整流之后三端集成电路之前，新增加一级射随器，其目的是，当桥式整流电压过高后，由新射随器将输出限压，不超过三端集成电路输入的额定电压。这样的方案虽然扩展了桥式整流输出的上限值，但又产生了新的矛盾，因为新增的射随器会产生附加损失电压降。在市电较低时，三端集成电路本可以工作，但因新增的射随器存在附加电压降，三端集成电路输入端就会变低，低于所需值，就不能稳压。之二是线路复杂。造成第三方面的原因是，由于三端稳压集成电路的输出值往往是固定的某一整数值，不能满足需要有小数值的的浮充电压，如13.6伏。

二、按传统的设计方法，不能解决蓄电池浮充与正常放电时的矛盾，因两种情况电压相差1.4伏以上，所配套保安器难以接受。

保安器一般都配有蓄电池，发明者所配的蓄电池电压为12伏，厂家明确指出其浮充电压应在13.3到13.8伏之间才科学。如果按很多产品的设计方法，让交流电直接浮充蓄电池，而由蓄电池再向工作系统供电，这样整个系统将长期工作在浮充的电压上，比正常的电压12伏高出1.4伏，所配电器难以接受。如果简单地将蓄电池浮充电压降压低到正常的12伏，再向所配的系统供电，又产生新矛盾，因为蓄电池在放电工作一段时间后，将很快由较高的浮充电压下降到12伏，因此在浮充时原本所降正确的电压又将低落1.4伏，必然会影响了配套的电子线路性能不正常。

此外，这种稳压电源还涉及造价成本与可靠性等多方面的约束，因此还必须进一步创新。

发明内容

本发明的目的是设计一种新的配套电源电路，使该电子电路一是具有很强的抗雷能力，二是可以在市电变化较大的地放与时段能正常工作，三是可以调整成稳压所需的任意值，四是具有过压过流保护性能，四是能妥善解决浮充电压高，而放电工作时电压低的情况，主要目的一是能与发明者已有的专利成果能很好地配合，产生更好的技术效果，二是为开发其它电子产品提供更大的空间。

本发明的具体措施是：

1、交直流双用电源是由交流稳压电路，浮充电路，蓄电池充放电开关电路，混合平衡电路共同组成。

其中交流稳压电路是：交流电经过整流后输出了4路；之一是与地线间连接了一只防雷管；之二是与地之间连接了一只电容；之三是连接了一只三极管即是输出电压调整管的集电极；之四是连接了一只电阻的一端；该电阻的另一端连接连接了输出电压调整管的基极。

输出电压调整管的基极连接了三条支路；之一是基准电压支路，该支路是基极连接了一只稳压管的正极，该稳压管的负极串联了一只电阻接地；之二是备份保护支路，该支路是在输出电压调整管的基极连接了另一只稳压管的正极，该稳压管的负极接地；之三是一只电容正极，该电容负极接地。

用一只电阻一端接在了输出电压调整管的发射极，另一端作为稳压电路浮充电压的输出点；用两只二极管串联，二极管正极的一端接在了调整管的基极，另一端接在调整流器管的发射极浮充电压的输出点。

用一只电阻与二极管串联，二极管正极端接在了稳压电路的浮充电压输出点，二极管负极端接在第一支路中稳压管与电阻的串联接点，该接点还连接了一个电容的正极，该电容负极接地。

其中浮充电路是：用一只电阻即是浮充隔离电阻的一端接在了浮充电压输出点，另一端接在了蓄电池的正极。

其中蓄电池充放电开关电路是：在蓄电池的正极接了一只PNP三极管即是充放电电子开关的发射极，用一只电阻的一端接在了该三极管的基极，电阻的另一端接地；用一只二极管的正极连接在整流输出，其负极端连接在了充放电电子开关的基极，充放电电子开关的集电极接在了交直流混合电路电压输出点。

其中混合平衡电路的输出是：浮充电压的输出点经过两只二极管串联后成为了交直流混合电路电压输出点，该点也是本发明电路最终输出点。

2、其中浮充电路是：用一只电阻的一端接在了浮充电压输出点，另一端接在了一只三极管的基极，该三极管的集电极接在整流后的输出，发射极接在了蓄电池的正极。

3、用两个二极管串联成一支路，用另两个二极管串联成另一支路，两组二极管的正极连接在一起成为整流器输出的负极，两个二极管正极连接在一起， 组成整流输出的正极，二极管串联的两支路中的接点，分别和变压器二次侧的两输出相连。

4、变压器的二次侧的两端头分别连接了两个二极管的正极，两二极管的负极连在一起成为了整流后的电源正极输出，变压二次侧线圈的中心抽头接地，成为电源的负极输出。

 对以上措施进一步解释如下：

一、措施总述：交流稳压部分主要作用之一是输出蓄电池所需的浮充电压，之二是在浮充时段又成为工作系统的电源，该部分是整个发明的基础。浮充电路部分是利用交流部分输出的浮充所需的电压充电，对蓄电池进行科学的浮充维护。混合平衡电路主要作用是将交流稳压电路中的浮充输出端电压平衡，使之成为工作系统所需的电压。蓄电池充放电开关电路的作用是妥善解决蓄电池在浮充时需要电压高，而在放电时电压又变低的矛盾，各部分各有特点，相互一体，不可缺少。

二、交流稳压部分说明：

（一）、稳压的主要原理：

输出电压调整管接成了射随器放大形式，具有很强的负反馈，一旦基极基准电路线路参数确定后，调整管就可以稳定在一个具体的数值上。

（二）、过流保护原理：当输出电流过大时，调整管发射极所串联的电阻压降增大，（图1中12），过流保护支路中的二极管（图1中11）导通，负载过流超多，则减少的基极电流越多，自动调整。

（三）、过压保护原理：当输入电压过高时，第一条支路上（图1中7支路）的电阻压降增大时，第二条支路（图1中10）立即导通，输出电压调整管基极电压被钳位到第二支路稳压的额定数，输出电压被钳位到额定值。

（四）、本发明线路特点之一，基准电压支路，（即是射随器基极第一支路）的组成与意义。该支路指附图1中7，是由元件8与9两元件串联的支路。其意义是，该支路的压降决定了本发明的输出电压，所以调整两元件的压降，就是调整输出电压。在设计中，稳压管8是基极压降的主要要部分，而它的压降主要决定于稳压管参数，根据输出值即可粗略确定该稳压管的稳压值，即是调件8实现输出电压粗调。元件9的压降是该支路压降的微小部分，调整该件是实现输出电压的精调。为便于调试与保证元件9的压降精度，本发明还采取了两项措施，一是设计了由元件14与15的串联支路，而且该支路的电流在元件9中的电流占主导部分。二是在元件8与9的串联点加有积分电容（图1中16），以避免该点电压之跃变；所以调整电阻9与14，本发明就可以灵活的调出不同的稳压值，规律是，该支路所串的精调电阻（图1中9）阻值越高，电压越高，反之电压越低。从而可以实现对电源的精准值的校正。

（五）、本发明线路特点之一，备份保护支路（即是射随器基极第二支路）的组成与意义。在图1中由10组成。其意义是是一支“备份”的过村保护。其原理是，在正常工作时，该支路被第一支路钳位，无电流通过。只有在过压时，才可能导通。其原因是该支路的稳压管参数稳压值高于第一支路总的压降值。这样的设计有以下好处；之一，因为正常时无电流通过，所以不产生电“电磨损”，不会损坏，属于一种特定的“备份等待”状态，保证了应用时的可靠性。之二，是一种自动投入运行的方式。即是当第一支路过压而达到第二支路的稳压值时，该支路立即自动投入，实施过压保护。之三，可以实现多种情况下的过压保护，如雷击，市电过高的时段与地方，市电的各种意外情况。

（六）、与78系列稳压集成电路相比，多项指标优异及原因：

1、大大提高了防雷等级。其原因是防雷实行了三级保护，措施之一是调整管采用了高反压大功率管，其反压可以达数百伏，远高于三端稳压集成电路额定值。之二是增加了防雷管作二级保护，能将雷击时的电压限制在远小于高反压管承受值内。之三是在输出电压调整管的基极对地支路实施了两条支路的双重保护。保护可靠性高。

2、在市电较高的地方与时段不会损坏电路。其原因是调整管是高反压管，将远远高于78系列的稳压集成电路。

3、能在市电较低的地方与时段能正常工作。原因一是因调整管是高反压管，可以把桥式输出电压设计得高一些，在市电低时就可以作一定补偿。二是本发明输出电压调整管，不会产生附加电压降，它直接将桥式整流输出电压调整输为出电压，即是只要桥式电压高于输出电压，且这个电压能使三极管工作，就能稳压。（说明：如果采用传统的三极管与三端集成电路串联的传统设计方案，因为三端要稳定的工作，必须要输入端的电压高于输出端一个定值，而三端集成电路的输入前级如果串有三极管发射器，则输入端就增加了射随器引起的附加电压损失，也即是在市电低时，桥式输出必须要减去附加损失电压后，才是三端集成电路的输入有效电压。而在市电低时，这是宝贵的电压。）

4能扩展市电变化范围。市电高时不损坏电路，而在较低时仍可以正常工作。所以可大大地扩展了市电变化的工作范围。

（七）、提高可靠性的几点措施：之一，在防雷电路中，形成了三级保护；之二，在防雷保护第三级保护中设计了调压管基极对地的两条支路的双重保护。而且，第二支路形成的是一种“特殊的替代”保护方式。之三、利用复合功能，减少元件数，但性能不减，如基极对地两支路，即是基准电压，又是过压保护，又对雷击时形成涌流通道。

二、直流部分部分说明：

该部分主要由浮充电阻（后图中26），电子开关管PNP管（后图中28）及外围件组，平衡二极管（后图中35）共同组成。

（一）、浮充原理，

1、因为交流稳压部分的输出是浮充电压，而且是13。5伏，所以保证了浮充电压的正确。浮充电阻（图中26）主要有两项功能，一是在对大电流限流，二是实现交流稳压浮充输出点分与蓄电池之间的电压隔离，所以交流部分在浮充时期，可以成为工作源。

（二）、混合电路中的电子开关可以成功解决蓄电池浮充时蓄电池电压高，而放电电压低，两者不一致问题，其原理是：

混合电路主要由电子开关管PNP管（后图中28）及外围件组成。该管基极对地电阻（后图中29），受桥式整流输出端的控制。这种线路的组成，就形成了这样的原理，当桥式输出电压时，表明了此时有交流电，蓄电池应为浮充阶段，这时开关管PNP管的工作状态是，其基极有电压，PNP管不会导通而成为封闭状态，当当桥式输出无电压时，PNP管基极没有附加电压，PNP管构成的电子开关成开通状态。蓄电池为放电状态。这样就可靠地区分浮充与蓄电池放电的两个阶段。应作重指出，该管PNP管不仅只是一个状态控制开关管，区别了浮充与放电两种状态，而且有很重要一点，蓄电池处于放电状态时，该管处于饱和状态，而所降的电压很低，不会损失蓄电池十分宝贵的压降。

（三）、交直流电混合输出质量好的电压的原理。

平衡二极管组件（后图35）之作用：由于交流稳压输出是浮充电压为13。5伏，经过了两个二极管后降压后，又降为了12伏左右，由于二极管动态电阻小，对负载影响小，不产生输出电压波动，所以保证了交流输出的正确性。而在蓄电池供电时，不经过该件，只经过充放电电子开关，不产生压降。

本发明实施后有以下显著的优点：

一、     性能好，体现在以下两方面：

（一）、交流部分性能好，而在有市电时是绝大部分情况，所以交流性能好直接关系到本发明的性能，主要体现在以下方面：

一是抗雷效果好，在雷雨季节，不易损坏，所配套的电器不因雷雨天而停止工作。二是适应面广，比传统的稳压电源有更宽的适应能力，即是可以使所配的保安器在电压高的地方与时段或意外原因时工作而不致于损坏，而在电压较低的地方与时段也能正常工作。三是，可用于输出代有小数的稳压值。因而可以浮充蓄电池所需的电压。需要对蓄电池的浮充电路，该线路不可能是整数值。所以本发明有很强的配套能力，四是、性能优异，具有过压与过流保护。

（二）、在无市电，由直流供电，在直流供电方面有显著的优点，：

第一，在有交流电时，蓄电池始终保持的是浮充电压，满足的蓄电池的要求，实施了最好的科学维护，蓄电池不易损坏，寿命长。

第二，在有交流供电时满足了浮流所需的浮充电压又输出了系统所需的12电压，完合不影响系统所需的的性能。

第三，当蓄电池处于放电阶段时，开关管对蓄电池十分宝贵的压降十分小，即压降损失很小。（蓄电池正常放电时，因为电压微弱的变化均表明了放电情况，压降十分宝贵。）

2、可靠，优于目前广泛应用的传统设计。原因一是，在电子线路，有源件如三极管集成电路是易坏件，而在该线路中只有只有一只三极管且为高反压大功率管，可靠性一般都大大高于普通三极管。原因二是，在电子线路，稳压二极管也是易坏件之一，而在本发明中，对稳压管作了特殊处理，所以可靠性高于传统的联合设计。

3、核心件有源件少其好处一是是可靠，二是成本低，比很多专业稳压电源要廉价很多。

4、线路不复杂，易生产易调试。

附图说明

图1是实施本发明措施的1的电路图。

图中： 2、整流输出；3、输出入电容；4、防雷管；5、射随器即输出电压调整管的上偏电阻（输出电压精调电阻之一）；6、基极电容；7、基准电压支路即是射随器基极对地第一支路；8、输出电压粗调稳压管；9、输出电压精调电阻（输出电压精调电阻之二）；10、备份保护支路即是射随器基极对地第二支路；11、过流保护二极管；12、射随器即输出电压调整管；13、过流保护电阻， 14、输出电阻（输出电压精调电阻之三）；15、隔离二极管；16、积分电容；26、浮充电阻；27、桥式整流控制二极管；28、浮充与放电控制三极管电子开关；29、被桥式整流输出控制的基极电阻；30、蓄电池；35、交流输出压降平衡二极管；36、交直流输出端。

图2是措施2后的电路图。

图中： 2、整流输出；3、输出入电容；4、防雷管；5、射随器即输出电压调整管的上偏电阻（输出电压精调电阻之一）；6、基极电容；7、基准电压支路即是射随器基极对地第一支路；8、输出电压粗调稳压管；9、输出电压精调电阻（输出电压精调电阻之二）；10、备份保护支路即是射随器基极对地第二支路；11、过流保护二极管；12、射随器即输出电压调整管；13、过流保护电阻；14、输出电阻（输出电压精调电阻之三）；15、隔离二极管；16、积分电容；26、浮充电阻；27、桥式整流控制二极管；28、浮充与放电控制三极管电子开关；29、被桥式整流输出控制的基极电阻；30、蓄电池；35、交流输出压降平衡二极管；36、交直流输出端；40、浮充电路中的三极管。

图3是措施3的电路图。

图中：2、整流器输出；31、变压器高压侧输入；32、双圈变压器；33、变压器低压侧输出；34、桥式整流器。

图4是措施4的电路图。

图中：2、整流器输出；41、有抽头的双圈变压器的高压侧输入；42、低压侧带有抽头的双圈变压器；43、有抽头的双圈变压器低压侧输出；44、有抽头的双圈变压器低压侧的中心抽头端；45全波整流二极管。

具体实施方式

1、按图1或图2焊接。

2、调整输出电压稳压值。调整对象主要是调基准电压支路，即是调基极第一支路中元件8与9。首先确定该支路中的稳压管参数，让其稳压值不高于输出电压值。但不能过低，应占输出电压的主导部分如80%，再调整该支路所串联的电阻9，及有有关件电阻14；其规律是当该电阻9的阻值越大，则输出的电压越高，反之越低。而在确定电阻9定后，电阻14的的值越大，电压越低，反复调整两者之关系，使之输出电压合乎要求。

3、调整备份保护支路即是基极第二支路的稳压参数：主要选择第二支路的稳压管参数的稳压值应大于第一支路的压降和。

4、调整PNP三极管的性能，（1）、当桥式有输出时，测PNP管发射极与集电极电压应开路。（2）、当桥式无输出时，测PNP管发射极与集电极电压应小于0.1伏，否则应减少电阻29之阻值。

Claims (4)

1.交直流双用电源，其特征是：由交流稳压电路，浮充电路，蓄电池充放电开关电路，混合平衡电路共同组成：

其中交流稳压电路是：交流电经过整流后输出了4路；之一是与地线间连接了一只防雷管；之二是与地之间连接了一只电容；之三是连接了一只三极管即是输出电压调整管的集电极；之四是连接了一只电阻的一端；该电阻的另一端连接连接了输出电压调整管的基极；

输出电压调整管的基极连接了三条支路；之一是基准电压支路，该支路是基极连接了一只稳压管的正极，该稳压管的负极串联了一只电阻接地；之二是备份保护支路，该支路是在输出电压调整管的基极连接了另一只稳压管的正极，该稳压管的负极接地；之三是一只电容正极，该电容负极接地；

用一只电阻一端接在了输出电压调整管的发射极，另一端作为稳压电路浮充电压的输出点；用两只二极管串联，二极管正极的一端接在了调整管的基极，另一端接在调整流器管的发射极浮充电压的输出点；

用一只电阻与二极管串联，二极管正极端接在了稳压电路的浮充电压输出点，二极管负极端接在第一支路中稳压管与电阻的串联接点，该接点还连接了一个电容的正极，该电容负极接地；

其中浮充电路是：用一只电阻即是浮充隔离电阻的一端接在了浮充电压输出点，另一端接在了蓄电池的正极；

其中蓄电池充放电开关电路是：在蓄电池的正极接了一只PNP三极管即是充放电电子开关的发射极，用一只电阻的一端接在了该三极管的基极，电阻的另一端接地；用一只二极管的正极连接在整流输出，其负极端连接在了充放电电子开关的基极，充放电电子开关的集电极接在了交直流混合电路电压输出点；

其中混合平衡电路的输出是：浮充电压的输出点经过两只二极管串联后成为了交直流混合电路电压输出点，该点也是本发明电路最终输出点。

2.如权利要求1所述的交直流双用电源，其特征是：其中浮充电路是：用一只电阻的一端接在了浮充电压输出点，另一端接在了一只三极管的基极，该三极管的集电极接在整流后的输出，发射极接在了蓄电池的正极。

3.如权利要求1所述的交直流双用电源，其特征是：用两个二极管串联成一支路，用另两个二极管串联成另一支路，两组二极管的正极连接在一起成为整流器输出的负极，两个二极管正极连接在一起， 组成整流输出的正极，二极管串联的两支路中的接点，分别和变压器二次侧的两输出相连。

4.如权利要求1所述的交直流双用电源，其特征是：变压器的二次侧的两端头分别连接了两个二极管的正极，两二极管的负极连在一起成为了整流后的电源正极输出，变压二次侧线圈的中心抽头接地，成为电源的负极输出。

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