CN87203063U

CN87203063U - 交流稳压电源

Info

Publication number: CN87203063U
Application number: CN 87203063
Authority: CN
Inventors: 吕少龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1987-12-26

Abstract

本电源为一种采用电子开关控制的高效率通用交流稳压电源，其特征是以电子开关和控制电路为主体的变压器调压装置。实现了在交流稳压电源中使用电子开关调压的开关型交流稳压电源。其结构主要由电子开关、控制电路和调压变压器三部分组成。全部电路均由半导体、集成电路组成。其主要技术指标：1.效率：＞90％；2.输出为正弦波；3.稳定度0.5-1％；4.所使用的变压器功率为额定输出功率的1/5；5.成本低、体积小、重量轻。

Description

本电源为一种高效率的交流稳压电源，其特点是以多组电子开关作为主要控制部件的变压器调压装置，从属于稳压电源领域。

早在60年代未，在直流稳压电流的领域内，国外发明了以电子开关作为调节部件的，开关型直流稳压电源。由于此种电源具有高效率的特点，很快得到各国的重视发展迅速。但是在交流稳压电源领域内，至今不见，效率高和有实用价值的，开关型交流稳压电源的报导和产品。

本发明的目的是要在交流稳压电源的领域内提供一种以电子开关作为主要部件的高效率开关型交流稳压电源，以达到节约电力的目的。

以下将结合附图对本电源作详细描述。

图1为本电源的原理方柜图。

图2为具有三组开关的实例线路图。

参照图1，整个电源主要由调压变压器〔1〕，电子开关〔2〕，和控制电路，三部份组成。控制电路包括取样电路〔3〕，比较电路〔4〕，基准电压〔5〕，运放电路〔6〕，四部份组成。开关电路〔2〕是由多组电子开关组成，而每组电子开关又由过零触发电路，和双向可控硅电路两部份组成。

取样电路〔3〕中的取样电压，取之于调压变压器〔1〕中的次级绕组〔20V〕此绕组同时又是基准电压±15V的交流绕组，在基准电压〔5〕电路中±15V电压是由三端集成稳压电路〔7815〕〔7915〕产生的。取样电压经过桥式整流后为直流电压，在与基准电压〔5〕进行比较后的差值电压（误差电压）输送给运放电路〔6〕，经过运放电路〔6〕放大以后，形成控制电压，並输送给开关电路〔2〕中的过零触发电路，当输入交流电压相位处于0°或180°时，触发电路导通，双向可控硅导通。同时接通了调压变压器上的相应抽头。改变了输出电压。图2为具有三组开关的实例线路图以下将参照图2，进行详细的描述。

在图2中取样电路〔3〕包括调压变压器〔1〕的次级绕组〔C〕〔C’〕，桥式整流器（D₁）（D₂）（D₃）（D₄），电容（C₆）（C₇）。比较电路（4）包括电阻（R₁）（R₂）（R₃）（R₄），电位器（W₁）（W₂），电容（C₃）（C₉）。基准电压（5）包括二极管（D₅）（D₆），电容（C₁）（C₂）（C₃）（C₄）三端集成稳压电路（I_C1）（I_C2）。运放电路（6）包括集成运放电路（I_C3）（I_C4）（I_C5），电阻（R₅）至（R₁₄）。开关电路（2）中的过零触发电路，包括晶体管（BG₁）至（BG₆），二级管（D₁₂）（D₁₃）（D₁₄），电阻（R₁₅）至（R₃₂）。开关电路（2）中的电子开关为双向可控硅（SCR₁）（SCR₂）（SCR₃）。调压变压器（1）包括铁蕊，初级绕组，次级绕组，在初级绕组中有220V绕组，在这个绕组上有升压和降压的抽头，在次级绕组中有6V10V、绕组和供全波整流用的20V、40V、60V绕组。

参照图2，整个电路的工作过程如下：

接通电源开关（7）使调压变压器（1）接通220V电源，此时调压变压器（1）的次级绕组（D）（D′）两端产生10V电压此电压经过桥式整流器（D₇）（D₈）（D₉）（D₁₀），和电容器（C₅）后，形成＋12V电压，此电压专供开关触发电路使用。另外次级绕组（C）（C′）两端产生20V全波整流电压。经桥式整流器（D₁）（D₂）（D₃）（D₄）和电容（C₆）（C₇）形成约±28V的取样电压，此电压同时又是±15V基准电压的输入电压，此电压经过二极管（D₅）（D₆）和电容器（C₁）（C₂）后，再经过三端集成稳压器（I_C1）（I_C2）和电容器（C₃）（C₄）后，形成十分稳定的±15V的基准电压，此电压还供给集成运放电路的±15V电源。

－28V取样电压，经过由电容器（C₆）（C₈）电阻（R₃）组成的滤波电路后通过电位器（ W₂）电阻（R₄）与＋15V电压相比较，比较后的差值电压由电位器（ W₂）的中心头输出给运放电路（I_C5）。同样＋28V取样电压经过由电容器（C₇）（C₉）电阻（R₁）组成的滤波电路后，通过电位器（ W₁）电阻（R₂）与－15V基准电压相比较，比较后的差值电压，由电位器（ W₁）的中心抽头输出给运放电路（I_C3）。

电位器（ W₁）（ W₂）中心头输出电压均为正电压，即当－28V取样电压低到一定程度时，或者是当＋28V取样电压高到一定程度时。电位器（ W₁）（ W₂）的中心头输出均为正电压，调整（ W₁）（ W₂）可以改变取样电压与基准电压之比值，实际是对取样电压的调整。

当电源电压（220V）升高时，取样电压＋28V上升到一定程度时，电位器（W₁）中心头输出正电压。相反当电源电压（220V）下降时，取样电压－28V下降到一定程度时，电位器（W₂）中心头输出正电压。

当电源电压（220V）升高时电位器（W₁）输出一正电压，经电阻（R₈）至集成运放电路（I_C3）的反向输入端，此时集成运放电路（I_C3）的输出端，输出－12V的控制电压。当电源电压（220V）降低时，电位器（W₂）输出一正电压，经电阻（R₅）至集成运放电路（I_C5）的反向输入端，此时集成运放电路（I_C5）输出－12V的控制电压。

集成运放电路（I_C3）（I_C4）（I_C5）之间的关系是：当（I_C3）输出为－12V时此电压经过电阻（R₁₁）至集成运放电路（I_C4）的反向输入端，並使输出端输出为正电压（＋12V）。同样当集成运放电路（I_C5）输出为－12V时此电压经过电阻（R₁₃）和二极管（D₁₁）至集成运放电路（I_C4）的反向输入端，同样使其输出电压为＋12V。当集成运放电路（I_C3）和（I_C5）输出都是＋12V时，此时集成运放电路（I_C4）输出电压为－12V。

在集成运放电路（I_C3）（I_C4）（I_C5）中的输出端与正向输入端並联电阻（R₁₀）（R₁₂）（R₁₄），可以改善输出波形使其接近方波。

当电源电压（220V）升高到一定程度时，集成运放电路（I_C3）输出－12V控制电压，此电压经电阻（R₂₃）及二极管（D₁₂）的正极相联接，由于二极管（D₁₂）正极为－12V此时二极管（D₁₂）截止，晶体管BG₁处于工作状态，电阻（R₂₅）一端接过零电压（E）一端接晶体管（BG₁）基极，当过零电压（E）处于OV时晶体管（BG₁）截止，晶体管（BG₂）导通，同时双向可控硅（SCR₃）导通，接通调压变压器的降压抽头，而使输出电压下降。相反电源电压下降时双向可控硅（SCR₁）导通同时接通调压变压器的升压抽头，使输出电压上升。另外当电源电压为220V时，集成运放（I_C4）输出－12V控制电压，双向可控硅（SCR₂）导通，此时输入220V直接与输出端接通。

在使用本电源时：首先接通电源插头，然后打开电源开关（7）此时工作指示灯（9）亮，输出电压表（10）指示为220V，同时输出220V电压。

实现本电源的主要方式是以多组双向可控硅作为交流开关。而每组开关都分别与调压变压器上的相应抽头相联按。因此每个可控硅的导通或断开，都使调压变压器的输出电压得到改变。其工作过程如下，当输入电压变化到一定值时，取样电压与基准电压进行比较后输出一差值电压，此电压在经运算放大电路后输出一控制电压至相应的开关触发电路，当输入交流电压相位处于0°或180°时，即零电压附近时。开关触发电路导通双向可控硅导通，同时接通调压变压器上的相应抽头，使输出电压变化保持在一定范围之内，这种调节方法为定量有级调节。增加开关的数量可以提高调节精度，而调节范围可以任意设置。

关于效率的计算：效率是稳压电源的一项重要的经济技术指标，在开关型交流稳压电源内主要是计算稳压电源的内部损耗，现在以输出功率440W（220V、2A）电源为例其总损耗值如下。

总损耗功率＝调压变压器损耗＋双向可控硅损耗

（包括铜损铁损）（开关压降×电流）

15W 4W

＋控制触发电路用电量

4W 23W

（调压变压器功率按80W计算）

效率＝ (输出功率)/(输入功率) ＝（％）输入功率＝输出功率＋损耗功率＋

所以效率＝ 440/(440＋23) ＝95％

关于调压变压器功率的计算。在开关型交流稳压电源中，调压变压器的功率，主要取决于调压范围和输出电流之大小。其次是控制触发电路的耗电量。现以输出功率440W，调压范围±30V，控制触发电路用电量为4W，为例此时调压变压器的输出功率为30×2＋4＝64W，再加上调压变压器的自身损耗15W，其功率应为79W（按80W计算）

此时调压变压器的功率与额定输出功率之比为

80/440 ＝ 1/5.5 即1：5.5

本文所述的交流稳压电源，与现有的各种交流稳压电源相比较，具有以下特点：

1.实用效率，最高可达95％。

2.所使用变压器的功率与额输出功率之比为1：5.5。

3.由于采用了过零触发电路工作中不产生任何干扰。

4.输出为正弦波。

本文所述之交流稳压电源与现有的交流可控硅调压设备相比较其区别在于现有的交流可控硅调压设备是以改变可控硅的导通角来实现对交流电压的调整。而本文所述之交流稳压电源，是以双向可控硅作为开关，其导通角是固定在0°或180°两点上（即0V时），恒定不变的，对输出电压的调节是通过调压变压器实现的。

由于半导体器件的普及，和价格的降低，对本电源的实施提供了十分有利的条件。

Claims

1、一种采用电子开关控制的通用交流稳压电源，本电源的特征是：

a.电子开关(2)由过零触发电路和双向可控硅组成，每个双向可控硅都分别与调压变压器(1)上的抽头相联接。

b.在控制电路中取样电路(3)输出的两个取样电压和两组基准电压(5)，分别与两个比较电路(4)相联接，比较后的差值电压与运放电路联接，运放电路输出的控制电压分别与电子开关(2)联接。

2、按权利要求1所示交流稳压电源，其特征是在调压变压器（1）的初级绕组上有升压和降压的抽头。

3、按权利要求1所示交流稳压电源，其特征是在集成运放电路（IC₃）（IC₄）（IC₅）的输出端与正向输入端联接一个电阻（R₁₀）（R₁₂）（R₁₄）。