專利名稱：一種教學安全電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種教學安全電源。
現(xiàn)國內(nèi)各中學實驗室配備的教學電源產(chǎn)品過流保護方式主要有兩種一種機電式，采用于簧管，繞上適當?shù)陌苍丫€圈，當電流超過輸出額定值時，干簧管吸合切斷電源，起到保護作用，還有類似同樣道理的過流繼電器，但這類產(chǎn)品體積大，成本高，不宜采用。另一種是電子式，它的控制原理是由電阻上取過流信號，通過電子線路放大等措施控制功率晶體管或繼電器切斷電流，由于電子式保護電路性能優(yōu)于上述繼電器控制，目前普遍采用，但通過研究實施分析，有如下缺點1、由于學生電源盒輸入的電源是可調(diào)范圍2V-16V，因此過流電子保護線路還需要輔助電源。2、電子元件的離散性導致其產(chǎn)品的一致性差。3、線路較為復雜，電子元件較多，易于產(chǎn)生故障，使整體電源的安全系數(shù)降低，4、由于電子線路的過流保護的快速性，易造成學生對電池短路特性的錯誤感覺。
本實用新型的目的是提供一種易于教學、安全使用系數(shù)高的且具有模擬電池特性的教學安全電源。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案這種教學安全電源，由面板上帶控制開關(guān)、指示燈、調(diào)節(jié)電位器、輸出端子和電壓、電流表頭的電源盒體、內(nèi)置的基礎(chǔ)電源線路板及外圍電路構(gòu)成，所述的基礎(chǔ)電源線路包括一外接輸入電源的交流斷路控制單元及輸入電源顯示電路，輸入電源顯示電路輸出接一發(fā)光二極管，交流斷路控制單元由溫度開關(guān)的常閉觸點構(gòu)成，輸出給自恢復短路、過流保護單元電路的輸入，自恢復短路、過流保護單元電路的一路輸出經(jīng)直流輸出控制接一復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源，該復合式三端直流可調(diào)電源輸出直流電壓，溫度開關(guān)及復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源功率器件的散熱面固定在一散熱片上；自恢復短路、過流保護單元另一路輸出經(jīng)外圍電路的交流輸出控制輸出交流電壓，又一路經(jīng)直流變流器輸出供充電使用的脈動直流電。
當用于物理實驗時，所述的電壓、電流表為帶過流保護雙刻度電壓電流表，所述的交流輸出接交流電壓顯示單元。
當用于化學實驗時，所述的電壓、電流表為一直流電壓表和一帶過流保護電流表；在輸入電源顯示電路單元和交流斷路控制單元的輸入端接高低電壓調(diào)節(jié)單元；外圍電路的直流輸出控制經(jīng)復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源到直流輸出；另一路由自恢復短路、過流保護單元經(jīng)直流變流器直接輸出，作為充電使用。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1為本實用新型的電路原理框圖圖2為本實用新型基礎(chǔ)電源線路板線路原理圖圖3為本實用新型高中和初中物理一實施例線路原理圖圖4為本實用新型化學一實施例線路原理圖本實用新型由面板上帶控制開關(guān)、指示燈、調(diào)節(jié)電位器、輸出端子和電壓、電流表頭的電源盒體、內(nèi)置的基礎(chǔ)電源線路板(虛線框內(nèi)所示)及外圍電路構(gòu)成(參照圖1所示)。內(nèi)置的基礎(chǔ)電源線路板及外圍電路構(gòu)成包括一外接輸入電源的交流斷路控制及輸入電源顯示電路，此交流斷路控制由溫度開關(guān)的常閉觸點構(gòu)成，當溫度開關(guān)感溫到85℃時，常閉觸點斷開，切斷電源。輸入電源顯示電路輸出接一發(fā)光二極管，交流斷路控制單元電路輸出給自恢復短路、過流保護單元電路的輸入，自恢復短路、過流保護單元電路的一路輸出經(jīng)直流輸出控制接一復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源，該復合式三端直流可調(diào)電源輸出直流電壓，輸出直流電源接直流雙刻度電壓電流表，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可以顯示出直流電壓和電流。通過端子輸出供學生使用；或接直流電壓表和直流電流表通過端子輸出。溫度開關(guān)及復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源功率器件(大功率晶體三極管及三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器)的散熱面固定在同一散熱片上；自恢復短路、過流保護單元電路經(jīng)交流輸出控制開關(guān)到輸出端子，輸出交流電且兩端并聯(lián)交流電壓表，顯示輸出交流電壓值?；蚪?jīng)直流變流器輸出脈動直流電，供充電用。
基礎(chǔ)電源線路可參照圖2所示，其中一散熱片上固定的溫度開關(guān)JK1常閉觸點作為外圍電路的交流斷路控制。
一輸入電源顯示電路由電阻R4與穩(wěn)壓二極管DW1、DW2組成交流限幅穩(wěn)壓電路。其輸出端子9、3接一發(fā)光二極管D3(可采用φ5綠色發(fā)光二極管)，R5作為D3的限流電阻，D1二極管作為D3反向電壓保護。
一自恢復短路、過流保護單元電路由自復保險絲RB1與電阻R1串聯(lián)組成交、直流過流保護。
自復保險絲RB1采用了為RGE400或RGE300型Polyswitch(永久性)自復保險絲。該保險絲主要是由特殊處理過的聚合樹脂polymer及導體corductive組成，在額定工作電流條件下，polymer緊密的將導體束縛在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)內(nèi)，構(gòu)成一個低阻抗的煉鍵，因為阻抗極低，低于0.1歐姆以下，所以線路上流經(jīng)Polyswitch自復保險絲的電流所產(chǎn)生的熱能小，不會改變polymer的晶狀結(jié)構(gòu)，然而當異常電流發(fā)生時，導體上所產(chǎn)生的熱便會將polymer由結(jié)晶變成膠狀amorphous，在此狀態(tài)下，被束縛在polymer上的導體便會分離，導致阻抗迅速提高而限制異常的電流流過Polyswitch自復保險絲，當異常原因消除后，導體煉鍵又重新建立恢復成低阻抗。串聯(lián)電阻R1的作用為防止交流短路時電流過大，起個瞬態(tài)限流作用，此單元在接交流輸出或充電輸出保護速度極快。電阻R1應選定5W0.3Ω。
直流輸出控制由一個小型開關(guān)構(gòu)成，其后接基礎(chǔ)電源線路板的端子4、5，線路板上的硅整流橋組QZ1、濾波電容C1，其將交流電轉(zhuǎn)換成純直流。
復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源由三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器IC1(LM317)與功率晶體管BG1(MJE2955)以及偏置電阻R2、分壓電阻R3、電壓調(diào)節(jié)電位器W1、二極管D2及電容器C2、C3、C4構(gòu)成，其中功率器件和溫度開關(guān)JK1固定在同一塊鋁散熱片上；三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器IC1(LM317)作為直流可調(diào)輸出電壓，且能穩(wěn)定電壓的集成化的器件；直流輸出整流濾波電路與復合式三端功率調(diào)節(jié)器件之間串聯(lián)一個作為短路瞬間電容C1放電的限流用電阻R7，電阻R7為5W0.5Ω。此部分電路是與自恢復短路、過流保護單元電路串聯(lián)使用，由于復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的電路帶降壓法的過流保護，可限制電流在一定值，這樣用自恢復短路、過流保護單元的熱過流保護過程，起到短時間內(nèi)切斷電源，其安秒特性類似于電池短路放電特性。
該電源電路的過熱保護過程是在額定工作電流狀態(tài)下，由于輸入電源電壓過高，造成三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器IC1和功率晶體管BG1功耗增大，在散熱片上的溫度超過85℃時，溫度開關(guān)JK1切斷輸入電源，進行熱保護，當溫度低于70℃時，自動恢復接通電源，如果重復多次提醒教師要降低輸入電壓。
圖3所示的是針對學生物理實驗課所用的實施例1的線路原理圖，它是在基礎(chǔ)電源線路單元的輸出端接一帶過流保護雙刻度電壓/電流表，在基礎(chǔ)電源線路的交流輸出端接一交流電壓顯示表。
圖4所示的是針對學生化學實驗課所用的實施例2線路原理圖，所述的電壓、電流表為一直流電壓表和一帶過流保護電流表；在輸入電源顯示電路單元和交流斷路控制單元的輸入端接高低電壓調(diào)節(jié)單元；此單元由一個小型雙刀雙擲開關(guān)組成，充電輸出是由短路過流保護單元直接經(jīng)整流器到輸出端子，無任何控制，其調(diào)節(jié)與控制由外接電路組成。帶有過流顯示，由外接φ3LED紅色閃光發(fā)光二極管D6與電阻R11串聯(lián)構(gòu)成。D5并聯(lián)在D6兩端，起到反向電壓保護。
實現(xiàn)圖3、圖4的電路方式，可通過基礎(chǔ)電源線路板(圖2)上改變個別功能部件間的聯(lián)線而實現(xiàn)用于物理時，將復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的電阻R7接入，R6搭線，為電源硬特性；用于化學時，將復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的電阻R7短接，R6接入，為電源軟特性。
上述的兩電表表頭及選擇開關(guān)、電源顯示、交直流輸出端子、交直流控制開關(guān)、交流電壓調(diào)節(jié)開關(guān)、過流顯示、直流輸出電壓調(diào)節(jié)旋鈕依據(jù)圖3、圖4的線路原理設(shè)置于盒體的面板上。
本實用新型的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，帶有過流、過熱雙重保護，安全性高，性能價格比高，使用穩(wěn)定可靠，且具有模擬電池電源的特性，是教學實驗的理想電源。
權(quán)利要求1.一種教學安全電源，由面板上帶控制開關(guān)、指示燈、調(diào)節(jié)電位器、輸出端子和電壓、電流表頭的電源盒體、內(nèi)置的基礎(chǔ)電源線路板及外圍電路構(gòu)成，其特征在于所述的基礎(chǔ)電源線路包括一外接輸入電源的交流斷路控制單元及輸入電源顯示電路，輸入電源顯示電路輸出接一發(fā)光二極管，交流斷路控制單元由溫度開關(guān)的常閉觸點構(gòu)成，輸出給自恢復短路、過流保護單元電路的輸入，自恢復短路、過流保護單元電路的輸出經(jīng)直流輸出控制接一復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源，該復合式三端直流可調(diào)電源輸出直流電壓，溫度開關(guān)及復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源功率器件的散熱面固定在一散熱片上；自恢復短路、過流保護單元另一路輸出經(jīng)外圍電路的交流輸出控制輸出交流電壓，又一路經(jīng)直流變流器輸出供充電使用的脈動直流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學安全電源，其特征在于在輸入電源顯示電路單元和交流斷路控制單元的輸入端接高低電壓調(diào)節(jié)單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學安全電源，其特征在于所述的自恢復短路、過流保護單元電路的自復保險絲(RB1)為RGE400或RGE300型永久性自復保險絲，電阻(R1)為5W0.3Ω。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學安全電源，其特征在于所述的直流輸出控制的整流濾波電路與復合式三端功率調(diào)節(jié)器件之間串聯(lián)一個作為短路瞬間電容(C1)放電的限流用電阻(R7)，電阻(R7)為5W0.5Ω。
專利摘要一種教學安全電源,由盒體、內(nèi)置的基礎(chǔ)電源線路板及外圍電路構(gòu)成,包括:一外接輸入電源的交流斷路控制及輸入電源顯示電路,交流斷路控制單元輸出給自恢復短路、過流保護單元的輸入,自恢復短路、過流保護單元的一路輸出經(jīng)直流輸出控制接一復合式三端直流可調(diào)穩(wěn)壓電源,自恢復短路、過流保護單元的另一路輸出經(jīng)外圍電路的交流輸出控制輸出交流電壓或直接經(jīng)整流器輸出脈動直流電壓供充電使用。其過流、過熱保護性強且具模擬電池電源特性,適用教學要求。
文檔編號H02H9/02GK2435872SQ0023627
公開日2001年6月20日 申請日期2000年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月7日
發(fā)明者楊濤 申請人:北京市麗日辦公用品有限責任公司