CN203850815U - 一种开路式保护性质的电源 - Google Patents

Abstract

一种开路式保护性质的电源，属于保安技术领域，由桥式整流电路、开路式过压保护电路、交流稳压电路、过流保护电路、直流电路与电压平衡电路共同组成，市电经过格式整流电路后进入交流稳压电路调整出直流电路所需的蓄电池标准浮充电压，再经过电压平衡电路后成为电压输出端，当有雷击过压时，整流输出电压升高，使开路式过压保护电路启动，对交流稳压电路中的交流稳压调整管基极分流，使交流稳压调整管发射电压降低，形成对设备开路式保护，而当电压输出端电流过高，过流保护电路立即启动，保护了交流稳压调整管，更保护了配套设备，本电源实施后在雷击过压时，不会损坏电源，有很强的适应能力，维修方便，适应各种电子产品的特殊需求。

Description

一种开路式保护性质的电源

技术领域

属于保安技术领域。 

背景技术

目前的稳压电路，大多以78系列为代表，这类的稳压电路虽然很简便，但都存在着输入端电压低的缺点，而这个缺点却至关重要，如果防雷性能未做好，输入端电压陡然上升，突然上升的高电压很容易损坏电源元件，如果所配套的电子设备为保安类产品，产生的后果十分严重。而一旦损坏，有的设备电源是与配套设备装在一个机盒内，而有的电子设备很难找到专业维修点，这就造成了维修困难的问题。 

正是因为这些原因，所以电子设备对电源的要求才会越来越高，而具有保护性质的电源更是电子设备的理想电源，因为可以更加保证电子设备良好的工作性能，因而对电源的提升十分必要。 

发明内容

本发明的主要目的是设计一种保护性质的电源，在雷击过压时，不会损坏电源，还要有很强的适应能力，能在市电高的地段与市电较低的地段正常工作，维修方便，适应各种电子产品的特殊需求。 

本发明采用的措施是： 

1、一种开路式保护性质的电源由桥式整流电路、开路式过压保护电路、交流稳压电路、过流保护电路、直流电路与电压平衡电路共同组成。

其中：桥式整流电路是：两个整流二极管串联成为一条支路，另两个整流二极管串联成另一条支路，两条支路的正极即整流二极管的正极成为接地端，两条支路的负极即整流二极管的负极成为整流输出，两条支路的串联接点分别连接变压器的次级两接点，变压器的初级接市电输入。 

开路式过压保护电路是：门坎触发稳压管的正极连接到整流输出上，负极连接过压保护电阻的一端，过压保护电阻的另一端连接过压保护三极管的基极，过压保护三极管的集电极连接交流稳压调整管的基极，过压保护三极管的发射极接地线。 

交流稳压电路是：交流稳压调整管的集电极连接到整流输出上，交流稳压调整管上偏电阻一端连接整流输出，另一端连接交流稳压调整管的基极，电压调整稳压管的正极连接交流稳压调整管的基极，负极串联电压精调电阻后到地线。 

过流保护电路是：过流保护电阻的一边端头连接到交流稳压调整管的发射极上，过流保护电阻的另一边端头作为浮充接点，过流保护二极管的正极连接到交流稳压调整管的基极，负极连接浮充接点。 

直流电阻是：浮充电阻一头连接浮充接点，另一头连接放电三极管的发射极，放电三极管的发射极还连接了蓄电池，整流控制二极管的正极连接整流输出，负极连接放电三极管的基极，放电三极管的基极还连接了基极受控电阻到地线，放电三极管的集电极向外输出连接电压输出端。 

电压平衡电路由三个平衡二极管串联而成，平衡二极管的正极连接浮充接点，负接作为电压输出端。 

2、门坎触发稳压管是用两个稳压管并联的形式。 

3、电压调整稳压管串联电压精调电阻增加二个二极管作为电压的粗调，其形式是电压调整稳压管串联二个粗调二极管再串上精调电阻后到地线。 

4、变压器的功率应在15W以上。 

5、交流稳压调整管与过压保护三极管的耐压值均超过100V。 

6、整流控制二极管的功率应比平衡二极管的功率大。 

对以上措施解释如下： 

一、桥式整流的说明：

桥式整流是整流电路中的经典，它主要由四支整流二极管与变压器组成，其中整流二极管是大功率二极管，作为整流元件，轻易不会损坏，而变压器功率在15W或15W以上，配合整流二极管，使整流电路更可靠。

二、交流稳压的原理： 

1、交流稳压调整管（图1中的4）是高反压大功率NPN三极管，耐压在100V以上，远远高于78系列的集成稳压电路，而交流稳压调整管采用了射随输出的形式，只要交流稳压调整管的基极电压固定，它的发射极电压也成为一个定值，只比基极电压少0.7V，只要集电极的电压不高于交流稳压调整管的反压值，集电极的电压再高，它的发射极也是比基极电压少0.7V的电压值。

2、电压调整稳压管（图1中的6）是一个定值，而所串联的电压精调电阻（图1中的8）是能调整小于0.7V的电压值，如果用图2所述的再串联两个电压粗调二极管（图2中的7），而二极管的值是0.7V，更方便调试。 

3、交流稳压调整管上偏电阻（图1中的5）的阻值越大，交流稳压调整管能带的负载越小，反之阻值越小，交流稳压调整管能带的负载越大。 

三、开路式过压保护电路的原理： 

在雷击过压时，产生的涌压首先是出现在整流输出，如果及时地对整流输出化解，则其涌压不可能传递在后续电路中，而本电源能很好地化解雷击时的涌压，采用开路式保护，取样于整流输出端，保护灵敏，杜绝雷击时的涌压传递到后级。

门坎触发稳压管（图1中的9）的稳压值应比电压调整稳压管（图1中的6）的稳压值高，在没有过压时，整流输出电压不会击穿门坎触发稳压管，因此也不会使过压保护三极管（图1中的12）导通，所以过压保护三极管应处于截止状态。 

而如果采用图2所述的形式，即门坎触发稳压管为两个稳压管，这样的好处是对门坎触发稳压管进行了备份，提高了可靠性。 

在有雷击造成整流输出端电压严重过高时，高过了门坎触发稳压管的稳压值，此时过压保护三极管导通，立即对交流稳压调整管的基极分流，使交流稳压调整管的发射极电压减少，而形成的规律是，过压越高，过压保护三极管对交流稳压调整管基极的分流越大，交流稳压调整管的发射极电压越低，使所配的电子设备成为开路状态，从而成为开路式过压保护。 

而当雷击消失，整流输出电压不能再击穿门坎触发稳压管，过压保护三极管立即恢复为截止状态，成为保护的备份电路，整个系统恢复为正常工作状态，因而开路式过压保护电路时刻都处于待命状态，不会损坏，而当有雷击或过压时，又立即启动，保护可靠性高。 

四、本电源还具有过流保护，当输出电流过大，导致交流稳压调整管发射极所串联的过流保护电阻（图1中的13）两端的压降陡增，致使过流保护二极管（图1中的14）导通，形成对交流稳压调整管基极的分流，输出端过流越多，分流越大，自动形成对交流稳压调整管的保护。 

五、直流电路由浮充电阻（图1中的15）、蓄电池（图1中的17）、放电三极管（图1中的16）、整流控制二极管（图1中的18）、放电三极管的基极受控电阻（图1中的19）共同组成，在很多电源中，因为不能满足蓄电池的标准浮充而放弃了使用直流电，而有的因为不能解决浮充电压高而放电电压低，蓄电池放电时产生了电压降，使设备不能正常地工作，因而只使用直流电，而本电源不仅满足了蓄电池的标准浮电压13.8V，更是解决了蓄电池浮充电压高而放电电压低的矛盾，在有交流电时，蓄电池是浮充状态，无交流电时，蓄电池开始放电，而且蓄电池电压进入到电子设备不会产生电压降，使设备任何时候都保持良好的工作性能。 

1、能实现标准浮充的原因：交流稳压调整管的基极电压由电压调整稳压管与电压精调电阻稳压而成，电压调整稳压管是一个定值，而电压精调电阻则可以在0.7V之内的电压进行调整，所以能很方便地调整地浮充所需的电压值，如果用图2所述的将电压调整稳压管多串联两个二极管，再串联上精调电阻能更方便地调整出所需的电压值，而交流稳压调整管的基极电压一旦固定，它的发射极电压只比基极电压少0.7V，所以在调压时将基极电压在13.8V的基础上增加0.7V，就能达到浮充的电压值了。 

浮充电阻（图1中的15）的作用一是对大电流进行了限流，作用二是实现浮充接点与蓄电池（图1中的17）之间的电压隔离，因而在有交流时，既可以浮充，又可以成为工作电压。 

2、蓄电池放电时不会产生电压降的原因是：第一、放电三极管（图1中的16）是高反压大功率PNP三极管， PNP管的特性是，当基极电压低，PNP管导通，一股大电流从PNP管的发射极流向集电极，集电极电压升高，因此当整流输出无电压时，放电三极管导通，即蓄电池开始放电，之所以选用PNP管，因为它导通时压降很小，可以忽略不计，所以在无交流电的时候不会产生压降，放电三极管的集电极电压等同于蓄电池电压。 

第二、放电三极管平时处于截止状态，即蓄电池在有交流电时处于浮充状态，在无交流电时才作用，这是因为在有交流电压时，整流控制二极管（图1中的18）直接将电压输入放电三极管的基极，因为PNP三极管的特性，基极有高压存在，因此放电三极管不会导通，所以放电三极管平时处于截止状态，无交流电时，整流输出无电压，因而放电三极管的基极无电压，电流从放电三极管的发射极流向集电极，放电三极管的集电极产生电压，这个电压等同于蓄电池电压。 

六、在市电较高的地方与时段不会损坏电路的原因：因交流稳压调整管（图1中的4）是高反压大功率三极管，尽管此时桥式输出的电压高，但是还远低于其耐压值。 

七、能在市电较低的地方与时段正常工作的主要原因：一是线路中的交流稳压调整管（图1中的4），不会产生附加电压降，直接将桥式整流输出电压调整为输出电压，即是只要桥式电压高于输出电压，就能使交流稳压调整管工作，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输入电压扩展方案，必须要三端集成电路正常工作所需电压，同时也需要三极管工作电压，这样主产生了三极管附加损失电压。既是在市电低时，桥式输出必须要减去该附加损失电压后，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。）其二是因为交流稳压调整管是高反压大功率三极管，所以在设计时可以把桥式输出电压可以设计得高一些，在市电低时，这时桥式电压不可能很低，就可以作一定补偿。 

八、能扩展市电变化范围的原因：由于上两条原因，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。 

九、可以调整不同的输出稳压值的原因。由于电压调整稳压管是主导作用，所以可以形成粗调，而所串的电压精调电阻所占的比例很小，所以也可以做精调之用，精调的好处是可以调成对蓄电池浮充所需的标准电压，如6.6伏；13.8伏，等，如果用图2所示的电压调整稳压管再串联两个粗调二极管后再串联精调电阻，更能方便地调整所需的电压。 

十、电压平衡电路由平衡二极管串联而成，主要作用是降压，将浮充接点的电压降至12V，与蓄电池电压一致，这样的好外是当有交流电时设备可以正常工作，当无交流电时，设备不会因为蓄电池电压比有交流电时的电压低而不能正常工作，让设备在任何时候都保证良好的工作性能。 

本发明实施后有以下显著的优点： 

1、防雷与过压保护效果好。原因一是在雷击过压时，首先在涌压产生的第一级整流输出就会立即启动保护，起动灵敏；二是在保护时对后级形成的保护是向开路方向变化，在雷击涌流很大时，不会造成对后级的损害；三是有源保护灵敏度高，因为过压保护三极管的极电极负载即是调整管的上偏电阻，该数值为数千欧，如果过压值超过触发门坎，过压保护三极管基极稍有电流，该管立即成为放大状态或饱和工作状态。四是保护力度大，因为过压保护三极管导通后将对调整管基极电流大幅度分流，直至完全关闭输出端电压。五是在过压时过压保护三极管立即启动，而在未过压时，过压保护三极管因为没有触发电流，所以，在平时，它是备份状态，只有在过压时才启动。所以在雷雨季节，所配用设备不易损坏，不会在雷雨天因为断电而停止工作，这是用传统的三端集成电路或传统的三极管与三端集成电路的联合设计，难以实现的。

2、适用面广，不管是市电高的地段或是市电低的地段都能正常工作。 

3、可用调整输出代有小数的稳压值，便于对蓄电池科学浮充。同时具有过流保护。与已有成果或其他电子类产品配套后有优异的性能，交直流共用，在有交流电存在时，蓄电池为浮充状态，无交流电时，蓄电池放电即直流电使用状态。 

4、有源件不易损坏，调整三极管采用了高反压大功率管，可靠性一般都大大高于三端集成电路。过压保护三极管在无过压情况时常处于开路状态，不产生电磨损。 

5、成本与传统的三极管与三端集成电路的联合设计之成本，基本没有增加，而比很多专业稳压电源要廉价很多。 

附图说明

图1是一种开路式保护性质的电源的基本电路图。 

图中：1、市电输入；2、变压器；3、整流二极管；4、交流稳压调整管；5、交流稳压调整管上偏电阻；6、电压调整稳压管；8、电压精调电阻；9、门坎触发稳压管；11、过压保护电阻；12、过压保护三极管；13、过流保护电阻；14、过流保护二极管；15、浮充电阻；16、放电三极管；17、蓄电池；18、整流控制二极管；19、放电三极管的基极受控电阻；20、平衡二极管；21、电压输出端。 

图2是门坎触发稳压管用两个稳压管并联形式与电压调整稳压管串联两个电压粗调二极管后再串联电压精调电阻的电路图。 

图中：1、市电输入；2、变压器；3、整流二极管；4、交流稳压调整管；5、交流稳压调整管上偏电阻；6、电压调整稳压管；7、电压调整稳压管串联的两个电压粗调二极管；8、电压精调电阻；9、门坎触发稳压管；10、与门坎触发稳压管并联的另一稳压管；11、过压保护电阻；12、过压保护三极管；13、过流保护电阻；14、过流保护二极管；15、浮充电阻；16、放电三极管；17、蓄电池；18、整流控制二极管；19、放电三极管的基极受控电阻；20、平衡二极管；21、电压输出端。 

具体实施方式

1、按图1或图2选定三极管、防雷管、二极管与电阻，其中交流稳压调整管与过压保护三极管选用高反压大功率NPN三极管，如3DD15；放电三极管选用高反压大功率PNP三极管，如TIP42C；门坎触发稳压管应选择稳压值远远高于电压调整稳压管稳压值的稳压管。 

2、调整电源输出值：调整电压调整稳压管与电压精调电阻，其规律是稳压管值越高输出电压越高，电阻越大，输出电压越高，反之越低，或是增加电压调整稳压管串联的电压粗调二极管的个数。 

3、调整过压保护参数：断掉变压器一次侧，用示波器的接在稳压源输出，用100伏的直流电压点击整流端，示波器显示输出由正常电压基本降为零，当100伏的高压去掉后，电压恢复正常。否则应调整过压保护三极管基极回路中的触发稳压二极管的稳压参数值。 

4、调整放电三极管的性能，其一是当整流有输出时，测放电三极管发射极与集电极电压应开路。其二是当整流无输出时，测放电三极管发射极与集电极电压应小于0.1，否则改变放电三极管的基极受控电阻的阻值。 

Claims (5)

1.一种开路式保护性质的电源，其特征是：由桥式整流电路、开路式过压保护电路、交流稳压电路、过流保护电路、直流电路与电压平衡电路共同组成；

其中：桥式整流电路是：两个整流二极管串联成为一条支路，另两个整流二极管串联成另一条支路，两条支路的正极即整流二极管的正极成为接地端，两条支路的负极即整流二极管的负极成为整流输出，两条支路的串联接点分别连接变压器的次级两接点，变压器的初级接市电输入；

开路式过压保护电路是：门坎触发稳压管的正极连接到整流输出上，负极连接过压保护电阻的一端，过压保护电阻的另一端连接过压保护三极管的基极，过压保护三极管的集电极连接交流稳压调整管的基极，过压保护三极管的发射极接地线；

交流稳压电路是：交流稳压调整管的集电极连接到整流输出上，交流稳压调整管上偏电阻一端连接整流输出，另一端连接交流稳压调整管的基极，电压调整稳压管的正极连接交流稳压调整管的基极，负极串联电压精调电阻后到地线；

过流保护电路是：过流保护电阻的一边端头连接到交流稳压调整管的发射极上，过流保护电阻的另一边端头作为浮充接点，过流保护二极管的正极连接到交流稳压调整管的基极，负极连接浮充接点；

直流电阻是：浮充电阻一头连接浮充接点，另一头连接放电三极管的发射极，放电三极管的发射极还连接了蓄电池，整流控制二极管的正极连接整流输出，负极连接放电三极管的基极，放电三极管的基极还连接了基极受控电阻到地线，放电三极管的集电极向外输出连接电压输出端；

电压平衡电路由三个平衡二极管串联而成，平衡二极管的正极连接浮充接点，负接作为电压输出端。

2.根据权利要求1所述的一种开路式保护性质的电源，其特征是：门坎触发稳压管是用两个稳压管并联的形式。

3.根据权利要求1所述的一种开路式保护性质的电源，其特征是：电压调整稳压管串联电压精调电阻增加二个二极管作为电压的粗调，其形式是电压调整稳压管串联二个粗调二极管再串上精调电阻后到地线。

4.根据权利要求1所述的一种开路式保护性质的电源，其特征是：变压器的功率应在15W以上。

5.根据权利要求1所述的一种开路式保护性质的电源，其特征是：交流稳压调整管与过压保护三极管的耐压值均超过100V。