專利名稱：寬范圍大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流穩(wěn)壓電源。
寬范圍大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源產(chǎn)品雖然面世品種較多，但大多是采用輸入直流電壓。在1987年的CN2062133U專利文獻(xiàn)中雖然公開了一種《大功率直流穩(wěn)壓電源的連續(xù)調(diào)節(jié)裝置》，其輸入交流電壓范圍為220V，輸出電壓范圍為0～100V。因我國(guó)農(nóng)村小水電電網(wǎng)，特別是邊遠(yuǎn)山區(qū)電網(wǎng)的電壓很不穩(wěn)定，常在100～270V的大范圍內(nèi)波動(dòng)，使各種家電產(chǎn)品、郵電通訊設(shè)備、程控交換機(jī)等各種電器設(shè)備不能正常使用，設(shè)備甚至因此而損壞，CN2062133U專利技術(shù)仍不能克服此弊病。
本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)已有技術(shù)中的上述缺陷，設(shè)計(jì)一種能輸出穩(wěn)定直流電壓的大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源，即使在電網(wǎng)電壓100-280V的波動(dòng)范圍內(nèi)，它仍然能夠正常工作。
本實(shí)用新型由交流取樣電路1、控制電路2、DC-AC變換電路3、快速整流電路4和輸出濾波電路5構(gòu)成，100-280V的電網(wǎng)電壓依次輸入交流取樣電路1、控制電路2后進(jìn)入DC-AC變換電路3，變換后的高頻脈沖經(jīng)快速整流電路4和濾波電路5后輸出穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)；當(dāng)電網(wǎng)電壓低于200V時(shí)，交流取樣電路1輸出高電平信號(hào)，DC-AC變換電路3在100-200V的工作范圍內(nèi)輸出直流穩(wěn)定電壓；當(dāng)電網(wǎng)電壓高于200V時(shí)，交流取樣電路1輸出低電平信號(hào)，DC-AC變換電路3在200-280V的工作范圍內(nèi)輸出直流穩(wěn)定電壓。
以下結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)描述本實(shí)用新型。


圖1本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理圖；圖2本實(shí)用新型實(shí)施例的原理框圖；圖3本實(shí)用新型中的控制電路實(shí)施例；圖4本實(shí)用新型中的DC-AC變換電路實(shí)施例2；圖5本實(shí)用新型中的DC-AC變換電路實(shí)施例1；圖6本實(shí)用新型中的快速充放電驅(qū)動(dòng)電路實(shí)施例；圖7本實(shí)用新型中的快速充放電電路波形圖；圖8本實(shí)用新型的整機(jī)電路圖。
交流輸入信號(hào)經(jīng)電源開關(guān)K、高低壓保護(hù)繼電器13、交流濾波器14、整流器15，經(jīng)高壓濾波器16得到300V左右直流高壓。由PWM7輸出的控制脈沖經(jīng)快速充放電電路6送入DC-AC變換電路3，將直流高壓變換成恒頻低壓脈沖電流，再經(jīng)快速整流電路4、輸出濾波器5，得到所需的低壓直流穩(wěn)壓電源。在本實(shí)施例中還包括用于輸出取樣的取樣電路11、整定值調(diào)整電路8、保護(hù)電路9和顯示器10。取樣電路11從濾波器5輸出端取出電壓和電流信號(hào)送入保護(hù)電路9，當(dāng)?shù)蛪狠敵鲞^高，過低或過流時(shí)保護(hù)電路9動(dòng)作，關(guān)斷PWM7的輸出脈沖，使DC-AC變換器3停止工作，同時(shí)送入顯示器10。整定值調(diào)整電路8的功能是整定過壓過流限流、電壓輸出值、均充、浮充電壓值等。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于200V時(shí)，交流取樣電路1輸出高電平，使控制電路2動(dòng)作，正在工作的開關(guān)變壓器工作狀態(tài)隨之發(fā)生變化。當(dāng)交流取樣電路1取得的交流輸入電壓在100-280V以外時(shí)，同樣輸出高電平去關(guān)斷PWM7的輸出脈沖，同時(shí)低壓保護(hù)繼電器13動(dòng)作切斷交流供電，使輸出濾波器5停止工作。
在實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)整機(jī)寬范圍工作的措施是采用低壓繼電器按(A)→(B)→(C)的時(shí)序動(dòng)作，控制DC-AC變換器3中控制開關(guān)變壓器的初級(jí)匝數(shù)，即可使開關(guān)變壓器輪換工作于100-200V、200-280V的不同范圍內(nèi)。
控制電路(2)及DC-AC變換電路的實(shí)施例如圖3所示當(dāng)交流輸入電壓為100-200V時(shí)(A)高電平到控制電路(2)后，經(jīng)J3的1、2點(diǎn)、D2、R06關(guān)斷PWM的輸出脈沖，同時(shí)經(jīng)R01給C1充電，高電平經(jīng)D10、R、C09使J1動(dòng)作(V1導(dǎo)通)，高壓切換開關(guān)J1.1的4、5點(diǎn)斷開切斷DC-AC的直流高壓供電；→(B)高電平經(jīng)R04、C08使J3動(dòng)作(V3導(dǎo)通)，DC-AC電路中雙向開關(guān)J3，的4、6和7、9點(diǎn)接通(或J3’，中的4、6和7、9點(diǎn)接通)，使開關(guān)變壓器TK2工作(或開關(guān)變壓器的的初級(jí)繞組并聯(lián)工作)，控制電路(2)中J3的1、3點(diǎn)接通；→(C)由于控制電路(2)中J3的1、3點(diǎn)接通，J1復(fù)位，高壓切換開關(guān)J1.1中的4、5點(diǎn)接通，恢復(fù)DC-AC變換器直流高壓供電，幾秒鐘后PWM恢復(fù)輸出脈沖，輸出濾波器5輸出穩(wěn)定直流電壓，整機(jī)工作于100-200V范圍內(nèi)。
當(dāng)交流輸入電壓為200-280V時(shí)(A)交流取樣電路(1)輸出的低電平到控制電路(2)后經(jīng)J3的1、3點(diǎn)、D6使V2的C點(diǎn)為高電平(V2導(dǎo)通)，高電平經(jīng)D6、D2、R06關(guān)斷PWM的輸出脈沖，同時(shí)經(jīng)R01給電容C1充電；V2C點(diǎn)的高電平經(jīng)R04、C08使V1動(dòng)作，高壓切換開關(guān)J1.1的4、5斷開切斷DC-AC的直流高壓供電；→(B)低電平經(jīng)R04、C08使J3復(fù)位，J3的4、5點(diǎn)導(dǎo)通(或J3中的4與5接通、7與8接通)，使開關(guān)變壓器TK1(或開關(guān)變壓器的初極繞組串聯(lián))工作；→(C)控制電路(2)中J3的1、2點(diǎn)接通，低電平一路經(jīng)D10、C09使J1復(fù)位，高壓切換開關(guān)J1.1中的4、5點(diǎn)接通使DC-AC變換器恢復(fù)直流高壓供電，另一路經(jīng)D2、R06使PWM恢復(fù)輸出脈沖，輸出濾波器5輸出穩(wěn)定直流電壓，整機(jī)工作于200-280V的范圍。
DC-AC變換電路(3)可以選擇以下兩種實(shí)施例實(shí)施例1采用一只開關(guān)變壓器當(dāng)電網(wǎng)電壓高于200V時(shí)取樣電路輸出低電平，控制電路不動(dòng)作，開關(guān)變壓器初級(jí)繞組T1、T2串聯(lián)工作，使電源工作于200V-280V的電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)。當(dāng)交流輸入電壓低于200V時(shí)，取樣電路輸出高電平，控制電路按以下(A)→(B)→(C)的時(shí)序動(dòng)作(A)關(guān)斷PWM驅(qū)動(dòng)脈沖，J1的4、6點(diǎn)接通，切斷交流輸入電壓；→(B)J3動(dòng)作將變壓器TK初級(jí)繞組T1、T2并聯(lián)工作，如DC-AC變換電路圖3所示；→(C)J1復(fù)位，接通交流輸入電壓，PWM恢復(fù)驅(qū)動(dòng)脈沖。以上動(dòng)作完成后，PWM(11)恢復(fù)驅(qū)動(dòng)脈沖，此時(shí)整機(jī)工作于100-200V范圍內(nèi)。
當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)到200～280V范圍時(shí)，交流取樣電路1輸出低電平，控制電路依上述(A)→(B)→(C)的時(shí)序動(dòng)作，J3的4、5和7、8點(diǎn)接通，使開關(guān)變壓器TK的次極繞組串接，此時(shí)電源工作于200～280V電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)。
實(shí)施例2DC-AC電路采用了依時(shí)序動(dòng)作的兩只開關(guān)變壓器TK1、TK2，由J3切換TK1、TK2的初級(jí)，J3的5、8點(diǎn)分別接入TK1初級(jí)的兩端，6、9點(diǎn)分別接入與TK2初級(jí)的兩端。
當(dāng)電網(wǎng)電壓大于200V，交流取樣電路輸出低電平時(shí)，控制電路依上述(A)→(B)→(C)的時(shí)序動(dòng)作(A)關(guān)斷PWM的輸出脈沖，J1動(dòng)作，其4、5端斷開，切斷電源的交流供電；→(B)J3的4、5點(diǎn)和7、8點(diǎn)接通，4、6點(diǎn)與7、9點(diǎn)斷開，開關(guān)變壓器由TK1工作；→(C)J1復(fù)位，J1的4、5端接通，電源恢復(fù)供電，PWM恢復(fù)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，此時(shí)電源工作于200～280V的電網(wǎng)電壓范圍。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于200V時(shí)，交流取樣電路1輸出高電平，控制電路依上述時(shí)序，使J3的4、6點(diǎn)和7、9點(diǎn)接通，4、5和7、8點(diǎn)斷開，開關(guān)變壓器由TK1切換到TK2工作，此時(shí)電源工作在100～280V的電網(wǎng)電壓范圍。
以上工作過程表明，電網(wǎng)電壓在100-280V的范圍內(nèi)變化時(shí)，只要采取上述兩個(gè)實(shí)施例中的任何一個(gè)，依(A)→(B)→(C)的時(shí)序動(dòng)作切換開關(guān)變壓器初級(jí)繞組使1其串聯(lián)或并聯(lián)，或切換開關(guān)變壓器TK1、TK2輪換工作，完全可以使穩(wěn)壓電源安全可靠地工作于100V-280V的電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)。
快速充放電驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)施例如圖6所示該電路的快速充放電部分由R2(或R5)、R3(或R6)、D4(或D6)和VD2(或VD4)構(gòu)成，R2(或R5)、R3(或R6)的一端與D4(或D6)的正極分別與VD2(或VD4)的集電極、基極、發(fā)射極相接，R2(或R5)的另一端接變壓器T的次極3，R3(或R6)的另一端與D4(或D6)的負(fù)極并聯(lián)后與變壓器T的次極4端相接。在本實(shí)施例中，時(shí)間常數(shù)τ在2μs以內(nèi)。
該電路的驅(qū)動(dòng)部分由射隨器IC1(或IC2)、開關(guān)管VD1(或VD3)、電阻R1(或R4)及變壓器T1(或T2)構(gòu)成；IC1(或IC2)的輸入信號(hào)接PWM(11)的輸出信號(hào)，其輸出信號(hào)接VD1(或VD3)的基極，R1(或R4)與變壓器T1(或T2)的初級(jí)并聯(lián)接入VD1(或VD3)的集電極，VD1(或VD3)的發(fā)射極接地。
為了減少整機(jī)損耗，提高整機(jī)工作效率，提高穩(wěn)壓電源工作的可靠性，還在實(shí)施例中為DC--AC電路外加了快速充放電電路6，可使開關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間下降到0.1μs以下，具有充放電快，驅(qū)動(dòng)波形不失真的特點(diǎn)，進(jìn)一步提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。它包括射隨器IC1(或IC2)(亦可以由分立元件組成)、開關(guān)管VD1(或VD3)、電阻R1(或R4)、變壓器T1(或T2)，快速充放電部分由R2(或R5)、D4(或D6)和VD2(或VD4)構(gòu)成。變壓器次極可以繞4個(gè)繞組，根據(jù)需要來選取適當(dāng)數(shù)量的繞組。PWM(11)輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖如圖5中的(a)所示，經(jīng)過IC1(或IC2)、VD1(或VD3)、R1(或R4)和變壓器T1(或T2)的初次極的驅(qū)動(dòng)脈沖將被展寬，如圖5中的(b)所示，展寬的驅(qū)動(dòng)脈沖會(huì)使DC-AC變換器增加開關(guān)損耗，造成自激，有時(shí)可能同時(shí)導(dǎo)通而損壞功率開關(guān)管，從而降低穩(wěn)壓電源使用的可靠性。使用快速充放電電路R2(或R5)、D4(或D6)和VD2(或VD4)后，驅(qū)動(dòng)脈沖與PWM輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖相一致，如圖5(c)所示，達(dá)到了減少損耗、提高效率、提高電源可靠性的目的。在圖示的實(shí)施例中，IC1、IC2的型號(hào)為1/4μA324，VD1-VD4為3DG4。
本實(shí)用新型整機(jī)損耗小，工作效率高，波形失真小，能在100-180V的寬范圍內(nèi)正常輸出波形穩(wěn)定的系列規(guī)格如48V、24V、12V等直流電壓，，特別適合于在農(nóng)村、小水電等電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定且在大范圍內(nèi)波動(dòng)變化的情況下使用。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)在100-180V的寬范圍時(shí)，將它作為各種家電產(chǎn)品、郵電通訊設(shè)備、程控交換機(jī)等電器設(shè)備直流電壓源，可從根本上避免電網(wǎng)電壓大范圍波動(dòng)因素所導(dǎo)致的電源負(fù)載損毀現(xiàn)象發(fā)生。
權(quán)利要求1.一種寬范圍大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源，其特征在于由交流取樣電路1、控制電路2、DC-AC變換電路3、快速整流電路4和輸出濾波電路5構(gòu)成，100-280V的電網(wǎng)電壓依次輸入交流取樣電路1、控制電路2后進(jìn)入DC-AC變換電路3，變換后的高頻脈沖經(jīng)快速整流電路4和濾波電路5后輸出穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)；當(dāng)電網(wǎng)電壓低于200V時(shí)，交流取樣電路1輸出高電平信號(hào)，DC-AC變換電路3在100-200V的工作范圍內(nèi)輸出直流穩(wěn)定電壓；當(dāng)電網(wǎng)電壓高于200V時(shí)，交流取樣電路1輸出低電平信號(hào)，DC-AC變換電路3在200-280V的工作范圍內(nèi)輸出直流穩(wěn)定電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的寬范圍大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源，其特征在于所述的DC-AC變換電路3由依時(shí)序動(dòng)作的開關(guān)變壓器TK及接入TK初級(jí)的切換開關(guān)J3構(gòu)成，J3的5點(diǎn)與9點(diǎn)接通，TK的初級(jí)依J3的切換情況輪換工作于串聯(lián)或并聯(lián)狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的寬范圍大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源，其特征在于所述的DC-AC變換電路3由依時(shí)序動(dòng)作的2只開關(guān)變壓器TK1、TK2構(gòu)成，由J3切換TK1、TK2的初級(jí)，J3的5、8點(diǎn)分別接入TK1初級(jí)的兩端，6、9點(diǎn)分別接入TK2初級(jí)的兩端。
4.如權(quán)利要求1所述的寬范圍大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源，其特征在于所述的DC-AC變換電路3受控制電路2控制，控制時(shí)序是當(dāng)電網(wǎng)電壓高于200V時(shí)取樣電路1輸出低電平，控制電路2不動(dòng)作，開關(guān)變壓器TK的初級(jí)繞組串聯(lián)工作，輸出濾波器5輸出穩(wěn)定直流電壓；當(dāng)電網(wǎng)電壓低于200V時(shí)，交流取樣電路1輸出高電平，控制電路2依(A)→(B)→(C)的時(shí)序動(dòng)作(A)關(guān)斷PWM7驅(qū)動(dòng)脈沖，J1的4、6點(diǎn)接通，切斷交流輸入電壓→(B)J3動(dòng)作將變壓器TK初級(jí)繞組T1、T2并聯(lián)→(C)J1復(fù)位，接通交流輸入電壓，PWM7恢復(fù)驅(qū)動(dòng)脈沖，輸出濾波器5在100～200V電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定直流電壓；當(dāng)電網(wǎng)電壓在200～280V范圍時(shí)，交流取樣電路輸1出低電平，控制電路依上述(A)→(B)→(C)的時(shí)序動(dòng)作，J3的4、5點(diǎn)和7、8點(diǎn)接通，開關(guān)變壓器TK的次極繞組串接，輸出濾波器5輸出穩(wěn)定直流電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的寬范圍大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源，其特征在于所述的控制電路2控制DC-AC變換電路3的時(shí)序是當(dāng)電網(wǎng)電壓大于200V，交流取樣電路1輸出低電平時(shí)，控制電路2依(A)→(B)→(C)的時(shí)序動(dòng)作(A)關(guān)斷PWM7的輸出脈沖，J1動(dòng)作，其4、5點(diǎn)斷開，切斷電源的交流供電→(B)J3的4、5端和7、8端接通，4、6點(diǎn)與7、9點(diǎn)斷開，開關(guān)變壓器TK1工作→(C)J1復(fù)位，J1的4、5點(diǎn)接通，電源恢復(fù)供電，PWM7恢復(fù)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，輸出濾波器5在200～280V的電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定直流電壓；當(dāng)電網(wǎng)電壓低于200V時(shí)，交流取樣電路1輸出高電平，控制電路2依上述時(shí)序，使J3的4、6和7、9點(diǎn)接通，4、5和7、8點(diǎn)斷開，開關(guān)變壓器由TK1切換到TK2工作，輸出濾波器5在100-280V的電網(wǎng)電壓范圍輸出穩(wěn)定直流電壓
6.如權(quán)利要求1所述的寬范圍大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源，其特征在于在所述的DC-AC變換電路3的輸入端接入了快速充放電驅(qū)動(dòng)電路6，該電路的快速充放電部分由R2或R5、R3或R6、D4或D6和VD2或VD4構(gòu)成，R2或R5、R3或R6的一端及D4的正極分別與VD2或VD4的集電極、基極、發(fā)射極相接，R2或R5的另一端接變壓器T的次極3端，R3或R6的另一端與D4或D6的負(fù)極并聯(lián)后接變壓器T的次極4端；快速充放電驅(qū)動(dòng)電路6的驅(qū)動(dòng)部分由射隨器IC1或IC2、開關(guān)管VD1或VD3、電阻R1或R4及變壓器T1或T2構(gòu)成；IC1或IC2的輸入信號(hào)接PWM11的輸出信號(hào)，其輸出信號(hào)接VD1或VD3的基極，R1或R4與變壓器T1或T2的初級(jí)并聯(lián)接入VD1或VD3的集電極，VD1或VD3的發(fā)射極接地。
專利摘要一種能夠在100—280V的電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)正常工作的大功率開關(guān)穩(wěn)壓電源,包括取樣電路(1)、控制電路(2)、DC－AC變換電路(3)、快速整流電路(4)和濾波電路(5)。100—280V的電網(wǎng)電壓依次輸入上述電路后,得到穩(wěn)定的直流電源。特別適合于電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定,且在大范圍內(nèi)波動(dòng)變化的地區(qū)使用,尤其適合于電網(wǎng)電壓長(zhǎng)期處于100—280V范圍內(nèi)的地區(qū)作為通訊器材的穩(wěn)壓電源。
文檔編號(hào)G05F1/10GK2377552SQ98229858
公開日2000年5月10日 申請(qǐng)日期1998年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月11日
發(fā)明者李家榮, 楊慶 申請(qǐng)人:四川大學(xué)電子技術(shù)公司