一种便携式电子调压器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种便携式电子调压器，属于调节电压的电气设备【技术领域】。包括盒体以及设置在盒体上可开启的盒盖，盒体内固定设置有调压器电路板，调压器电路板上集成有依次串联连接的整流电路、直流调理电路和逆变电路，直流调理电路包括脉冲振荡电路、稳压控制电路和输出电路；在调压器电路板外封装有人机界面板，人机界面板上设置三相电压输出端子、三相输入端子、220V电压输入端子、电源开关、通讯接口、液晶屏和按键。采用全电子器件构成，极大的减少了调压器的重量。可直接与外部的单相220V交流电、两相380V交流电或三相380V交流电连接，自动采用两相或三相全控桥整流，无需任何设置。尤其适用于野外电力试验作业。
【专利说明】一种便携式电子调压器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及调节电压的电气设备【技术领域】，具体地说涉及一种电子调压器。
【背景技术】
[0002]调压器是电气试验中的一种重要电气设备，普通的小容量调压器多采用接触调压形式，输入端线圈匝数固定，通过滑线器改变输出线圈的匝数，达到改变输出电压的目的。容量较大的调压器多采用感应调压的工作方式，通过移动一个自身短路的动绕组位置来改变初次级线圈耦合系数，达到调整输出电压的目的。
[0003]传统的调压器主要由铁芯和铜线构成，设备笨重，体积庞大。目前，电气试验中常用的额定容量为1kVA以上的三相接触式调压器，设备自重约25kg，搬运不便。此外，野外工作现场经常存在电源不合适导致接线较为复杂的情况，设备电源的单相/三相电源安全转换的问题亟待解决。
实用新型内容
[0004]为此，本实用新型所要解决的技术问题在于目前使用的电磁式接触式调压器在野外作业中存在体积大、质量大而导致搬运不便的问题以及因不同时适用于三相和两相电路的而导致接线复杂的不足，从而提出一种采用全电子器件构成的单相/三相自适应便携式电子调压器。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案:
[0006]一种便携式电子调压器，包括盒体以及设置在盒体上可开启的盒盖，盒体内固定设置有调压器电路板，调压器电路板上集成有依次串联连接的整流电路、直流调理电路和逆变电路，直流调理电路包括脉冲振荡电路、稳压控制电路和输出电路；在调压器电路板外封装有人机界面板，人机界面板上设置三相电压输出端子、三相输入端子、220V电压输入端子、电源开关、通讯接口、液晶屏和按键。
[0007]作为优化，整流电路包括熔丝熔断器B1、B2、B3、整流二极管D1-D6、限流电感LI和储能电容Cl，整流二极管两两同向串联后同向并联，并联后的阴极一端与限流电感LI的一端连接，并联后的阳极一端通过储能电容Cl连接到限流电感LI的另一端；熔断器B1、B2、B3的一端分别连接在两两串联的整流二极管之间，熔断器B1、B2、B3的另一端为整流电路的输入端，限流电感LI连接储能电容Cl的一端作为整流电路的输出端，储能电容Cl的另一端接地。
[0008]作为优化，直流调理电路的脉冲振荡电路包括振荡主回路、正反馈回路和启动电阻电路。
[0009]作为优化，振荡主回路包括依次连接的振荡电路、开关管和开关变压器T901初级绕组LI ;正反馈回路包括反馈绕组L2、与反馈绕组L2串联的限流电阻R915、分压电阻R913、分压电阻R910和误差放大电路，分压电阻R913和分压电阻R910串联后与由反馈绕组L2和限流电阻R915构成的电路并联，分压电阻R913和分压电阻R910的连接处与误差放大电路的反相输入端连接；启动电阻电路包括串联连接的启动电阻R923和启动电阻R905，启动电阻电路一端与整流电路的输出端连接、另一端与振荡电路连接。
[0010]作为优化，稳压控制电路包括依次连接的取样电路、误差放大电路和脉宽调整电路。
[0011]作为优化，输出电路包括开关变压器T901次级输出绕组L3、整流二极管D921以及由电容C932、电感L901和电容C936组成的π型滤波器。
[0012]作为优化，逆变电路包括三相桥式逆变主电路、用于驱动IGBT晶体管的IGBT驱动电路、用于对输出的三相交流电进行滤波处理的二阶无源滤波器和电压反馈电路。
[0013]作为优化，还包括控制电路，控制电路包括第一单片机和与第一单片机连接的三相SPWM生成芯片，三相SPWM生成芯片的输出端与逆变电路的IGBT驱动电路连接，第一单片机的第一输入端与逆变电路的电压反馈电路连接。
[0014]作为优化，还包括人机接口电路，人机接口电路包括第二单片机、分别与第二单片机连接的液晶屏和按键，人机接口电路输出端与第一单片机的第二输入端连接
[0015]作为优化，液晶屏设置在人机界面板的中间，三相电压输出端子和三相输入端子设置在液晶屏的左上角，220V电压输入端子、电源开关、通讯接口排成一列设置在液晶屏的右侧，按键设置在液晶屏的下方。
[0016]本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0017]本实用新型提供了一种采用全电子器件构成的便携式电子调压器，极大的减少了调压器的重量，减少了试验工作人力成本。另外，可直接与外部的单相220V交流电、两相380V交流电或三相380V交流电连接，用不着的进线端子悬空即可，依据进线电源情况，自动采用两相或三相全控桥整流，无需任何设置，也免去了复杂的接线工作，有效提高了工作效率。面板上既有220V的标准电源插座，又有380V的三相电源接线端子，方便现场使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0019]图1是本实用新型一个实施例的一种外观结构示意图；
[0020]图2是本实用新型一个实施例的一种电路结构框图；
[0021]图3是本实用新型一个实施例的一种整流电路图；
[0022]图4是本实用新型一个实施例的一种直流调理电路图；
[0023]图5是本实用新型一个实施例的一种逆变电路图；
[0024]图6是本实用新型一个实施例的一种控制电路结构示意图；
[0025]图7是本实用新型一个实施例的一种人机接口电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和实施例对本实用新型所提供的技术方案作进一步的详细描述。
[0027]本实施例提供了一种便携式电子调压器，如图1和2所示，包括盒体I以及设置在盒体I上可开启的盒盖2，盒体I内固定设置有调压器电路板，调压器电路板上集成有依次串联连接的整流电路Ml、直流调理电路M2和逆变电路M3，直流调理电路M2包括脉冲振荡电路M21、稳压控制电路M22和输出电路M23 ;在调压器电路板外封装有人机界面板4，人机界面板4上设置三相电压输出端子41、三相输入端子42、220V电压输入端子43、电源开关44、通讯接口 45、液晶屏46和按键47。具体地，本实施的人机界面板4上，液晶屏46设置在人机界面板4的中间，三相电压输出端子41和三相输入端子42设置在液晶屏46的左上角，220V电压输入端子43、电源开关44、通讯接口 45排成一列设置在液晶屏46的右侧，按键47设置在液晶屏46的下方。
[0028]本便携式电子调压器内部全部采用电子器件构成，较传统的电磁式调压器重量显著减轻，另外可以同时适用于220V单相、380V两相以及380V三相的交流电压，实际使用时可直接与不同的电网连接，省去了复杂的接线，而其输出电压可根据负载需要通过手动或程序自动控制的方式精确调整。将调压电路板以及人机界面板4直接设计整合到一个盒子里，方便野外作业的携带。
[0029]具体地，如图3所示，本实施例中的整流电路Ml包括熔丝熔断器B1、B2、B3、整流二极管D1-D6、限流电感LI和储能电容Cl，整流二极管两两同向串联后同向并联，并联后的阴极一端与限流电感LI的一端连接，并联后的阳极一端通过储能电容Cl连接到限流电感LI的另一端；熔断器B1、B2、B3的一端分别连接在两两串联的整流二极管之间，熔断器B1、B2、B3的另一端为整流电路Ml的输入端，即输入端Ua、输入端Ub和输入端Uc，限流电感LI连接储能电容Cl的一端作为整流电路的输出端，储能电容Cl的另一端接地。整流电路Ml输入端Ua、Ub、Uc连接于外部电源，通过三只熔丝熔断器B1、B2、B3后，利用6支整流二极管D1-D6组成的桥式整流电路将三相交流电转变成脉动的直流，通过限流电感LI后，给储能电容Cl充电，完成初级交流到直流电压的变换。当Ua与Ub连接交流220V单相电压、Uc悬空时，储能电容Cl的空载电压为300V左右；当Ua与Ub连接交流380V两相电压、Uc悬空时，储能电容Cl的空载电压为500V左右；iUa、Ub、Uc连接交流380V三相电压时，储能电容Cl的空载电压为500V左右。
[0030]本实施例中，直流调理电路M2的输入端21与整流电路Ml中储能电容Cl的高压输出端14连接。如图4所示，直流调理电路M2的脉冲振荡电路M21包括振荡主回路、正反馈回路和启动电阻电路。
[0031]具体地，振荡主回路包括依次连接的振荡电路、开关管和开关变压器T901初级绕组LI，其作用是产生高频振荡，输出矩形脉冲。正反馈回路包括反馈绕组L2、与反馈绕组L2串联的限流电阻R915、分压电阻R913、分压电阻R910和误差放大电路，分压电阻R913和分压电阻R910串联后与由反馈绕组L2和限流电阻R915构成的电路并联，分压电阻R913和分压电阻R910的连接处与误差放大电路的反相输入端连接，正反馈回路为振荡主回路产生振荡以及维持振荡提供条件。启动电阻电路包括串联连接的启动电阻R923和启动电阻R905，启动电阻电路一端与整流电路Ml的输出端连接、另一端与振荡电路连接，启动电阻电路的作用是开机时为开关管的基极提供偏置电流，触发开关管开始导通，开关管一旦启动后，由正反馈回路维持开关管的振荡。电源接通后，启动电阻R923和启动电阻R905为振荡电路提供初始工作电压，使得振荡电路开始振荡。开关管采用的是场效应管，具有高输出阻抗的特点。它的漏极接开关变压器T901的初级绕组LI，源极接地，栅极通过内部延时电路接到振荡电路的驱动极。当开关管得到开关脉冲后开始工作，把初级绕组LI上的直流转换成矩形脉冲。同时，由于线圈的互感，开关变压器T901的反馈绕组L2上会产生一个与初级绕组LI反相的感应电压，其中一路经过二极管D908、电容C912整流滤波后给误差放大电路和脉宽调整电路等供电，另一路经分压电阻R913和分压电阻R910分压取样送入误差比较电路，得出误差电压对振荡器进行反馈控制，调整输出脉冲的宽度，可以改变开关管的导通时间，调整电路的工作状态，从而使得电路处于稳定工作状态。
[0032]本实施例中，只要控制开关管的导通时间，就可以调整输出电压的高低。开关管导通的时间越长，输出电压越高，反之则低。稳压控制电路M22包括依次连接的取样电路、误差放大电路和脉宽调整电路。电阻R931、R932、R934组成电压取样电路。IC905和PC903组成电压比较电路，其中IC905是稳压成块，它有3个端子，第①脚接地，第②脚为电压输入端，内置基准电压，第③脚为调整端。PC903为光电耦合器，当①②脚的电流增大时，③④端的电流也会随之增大，起到误差放大及电气隔离的作用。检测到的信号送入误差放大电路及脉宽调整电路，对脉冲的占空比进行调整，从而达到调整和稳定输出电压的目的。当输出端22的输出电压上升时，取样电阻R934两端的电压也会随之上升，IC905第②脚电压也会上升，而IC905的第③脚与第②脚的电压成反比，所以第③脚电压降低，致使PC903①②脚的导通电流增大，光电控制PC903的③④脚电流也增大，然后送入内部误差放大器的同相输入端，经过放大后控制振荡电路对脉冲宽度进行调整，使脉冲宽度变窄，从而缩短开关管的导通时间，抑制输出电压的升高。这样就形成了一个实时监控的控制环路，可以确保输出高稳定度的直流电压。
[0033]具体地，输出电路M23包括开关变压器T901次级输出绕组L3以及构成半波整流的整流二极管D921。优化地，还包括由电容C932、电感L901和电容C936组成的π型滤波器，可将高频整流输出的高频脉冲变为平滑的直流，由于是对高频滤波，所以滤波元器件的取值和体积都比较小，不会增加调压器的体积和重量。开关管在退出饱和到截止期间，开关变压器Τ901的次级绕组L3的同名端将变为正电位，使整流二极管D921正向导通。初级绕组LI上储存的磁能开始转换为电能向负载供电，同时对C932充电。而在开关管饱和导通期间，次级绕组L3的感应电压使得D921截止，此时电容C932开始放电，靠积累的能量向负载供电，这个过程也是初级绕组LI重新储存能量的过程。
[0034]当电源或负载因某种原因损坏会导致电流猛增，为防止过热烧坏开关管、开关变压器Τ901或其他电子元器件造成产品安全事故，从而在电源内部电路设置了相关的保护电路。保护电路主要有过流保护和过载保护两种。前面提到的分压电阻R913和分压电阻R910同时也是负反馈过流保护元件，当输出端过载或短路时，开关变压器Τ901的初级绕组LI电流会增大,相应地,反馈绕组L2的电流也会随之增大，从而导致分压电阻R910上的电压上升，输入电路内集成的OCP电压比较器的反相输入端进行比较，如果输入电压超过设置的基准电压，则电压比较器翻转，再通过OLP电压比较器电平翻转控制开关管截止，使直流调理电路M2停止工作。
[0035]另外，还单独设置了一组过载保护电路，PC903为输出端的电压取样器件，开关三极管Q902、Q903起开关控制作用。具体工作过程如下:当输出端负载过轻、开路或因某种原因电压上升时，稳压二极管D933两端电压升高反向击穿使PC903①②脚电压上升，同时③④脚阻抗变小，电流增大，从而使Q902正偏饱和导通，然后经过电阻R920、稳压二极管D913限流稳压控制OLP电压比较器电平翻转，开关管截止，使直流调理电路M2停止工作。
[0036]如图5所示，本实施例中的逆变电路M3包括三相桥式逆变主电路、用于驱动IGBT晶体管的IGBT驱动电路、用于对输出的三相交流电进行滤波处理的二阶无源滤波器和电压反馈电路。具体地，二阶无源滤波器为三个一端连接、另一端分别与三相桥式逆变主电路的三个输出端连接的电容Cl、C2、C3。电压反馈电路由电阻R1-R6构成，六个电阻两两串联后一端相互连接、另一端分别与三相桥式逆变主电路的三个输出端连接，两两串联的电阻连接处作为电压反馈电路输出端36。逆变电路M3的输入端31与直流调理电路M2的输出端22相连，逆变电路M3在三相SPWM信号的控制下，将直流调理电路M2输出的直流电压转变为特定电压的工频交流电压，由输出端32、33、34输出。
[0037]本实施例中还包括控制电路，如图6所示，控制电路包括第一单片机和与第一单片机连接的三相SPWM生成芯片，三相SPWM生成芯片的输出端与逆变电路的IGBT驱动电路连接，第一单片机的第一输入端与逆变电路的电压反馈电路连接。用于产生控制信号的第一单片机采用高性能AVR单片机MEGA16，用于生成IGBT驱动信号的三相SPWM生成芯片采用三相SPWM生成专用芯片EG8030，其输出端42与逆变电路中的控制信号输入端35相连，控制电路的输入端41用于接收人机接口电路输出的控制信号、控制电路的输入端43与逆变电路M3的电压反馈电路输出端36连接。控制电路根据人机接口电路给定的需求电压值与电压反馈电路输出端36反馈的实际输出电压值，产生精确的SPWM信号控制电路产生需要的交流电压。逆变电路驱动用SPWM信号的产生采用硬件生成模式，即采用三相SPWM生成专用芯片EG8030，外部仅需提供调制电压的参考值即可，提高使用的可靠性。控制电路采用高性能单片机专门负责主电路的状态控制，增强了系统的整体响应速度。
[0038]本实施例还包括人机接口电路，如图7所示，人机接口电路包括第二单片机、分别与第二单片机连接的液晶屏和按键，人机接口电路输出端与第一单片机的第二输入端连接。第二单片机为MEGA8单片机、液晶屏为12864液晶屏，操作人员通过与MEGA8单片机连接的按键输入控制信息，通过液晶屏显示控制信息与整个调压器的状态信息。人机接口电路输出端51与控制电路输入端41连接，人机接口电路将控制信息传给控制电路，控制电路将调压器的状态信息传至人机接口电路显示。采用专门的单片机管理按键的信号输入和液晶屏的数据显示。
[0039]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种便携式电子调压器，其特征在于，包括盒体(I)以及设置在盒体(I)上可开启的盒盖(2)，所述盒体(I)内固定设置有调压器电路板，所述调压器电路板上集成有依次串联连接的整流电路(Ml)、直流调理电路(M2)和逆变电路(M3)，所述直流调理电路(M2)包括脉冲振荡电路(M21)、稳压控制电路(M22)和输出电路(M23);在所述调压器电路板外封装有人机界面板(4)，所述人机界面板(4)上设置三相电压输出端子(41)、三相输入端子(42)、220V电压输入端子(43)、电源开关(44)、通讯接口(45)、液晶屏(46)和按键(47)。
2.如权利要求1所述的便携式电子调压器，其特征在于，所述整流电路(Ml)包括熔丝熔断器B1、B2、B3、整流二极管D1-D6、限流电感LI和储能电容Cl，所述整流二极管两两同向串联后同向并联，并联后的阴极一端与限流电感LI的一端连接，并联后的阳极一端通过储能电容Cl连接到限流电感LI的另一端；所述熔断器B1、B2、B3的一端分别连接在两两串联的整流二极管之间，所述熔断器B1、B2、B3的另一端为所述整流电路(Ml)的输入端，所述限流电感LI连接储能电容Cl的一端作为整流电路(Ml)的输出端，所述储能电容Cl的另一端接地。
3.如权利要求1或2所述的便携式电子调压器，其特征在于，所述直流调理电路(M2)的脉冲振荡电路(M21)包括振荡主回路、正反馈回路和启动电阻电路。
4.如权利要求3所述的便携式电子调压器，其特征在于，所述振荡主回路包括依次连接的振荡电路、开关管和开关变压器T901初级绕组LI ;所述正反馈回路包括反馈绕组L2、与所述反馈绕组L2串联的限流电阻R915、分压电阻R913、分压电阻R910和误差放大电路，所述分压电阻R913和所述分压电阻R910串联后与由所述反馈绕组L2和限流电阻R915构成的电路并联，所述分压电阻R913和所述分压电阻R910的连接处与误差放大电路的反相输入端连接；所述启动电阻电路包括串联连接的启动电阻R923和启动电阻R905，所述启动电阻电路一端与所述整流电路(Ml)的输出端连接、另一端与所述振荡电路连接。
5.如权利要求1或2所述的便携式电子调压器，其特征在于，所述稳压控制电路(M22)包括依次连接的取样电路、误差放大电路和脉宽调整电路。
6.如权利要求1或2所述的便携式电子调压器，其特征在于，所述输出电路(M23)包括开关变压器T901次级输出绕组L3、整流二极管D921以及由电容C932、电感L901和电容C936组成的π型滤波器。
7.如权利要求1所述的便携式电子调压器，其特征在于，所述逆变电路(M3)包括三相桥式逆变主电路、用于驱动IGBT晶体管的IGBT驱动电路、用于对输出的三相交流电进行滤波处理的二阶无源滤波器和电压反馈电路。
8.如权利要求7所述的便携式电子调压器，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路包括第一单片机和与第一单片机连接的三相SPWM生成芯片，所述三相SPWM生成芯片的输出端与逆变电路的IGBT驱动电路连接，所述第一单片机的第一输入端与所述逆变电路的电压反馈电路连接。
9.如权利要求8所述的便携式电子调压器，其特征在于，还包括人机接口电路，所述人机接口电路包括第二单片机、分别与第二单片机连接的液晶屏和按键，所述人机接口电路输出端与所述第一单片机的第二输入端连接。
10.如权利要求1所述的便携式电子调压器，其特征在于，所述液晶屏(46)设置在所述人机界面板(4)的中间，所述三相电压输出端子(41)和三相输入端子(42)设置在所述液晶屏(46)的左上角，所述220V电压输入端子(43)、电源开关(44)、通讯接口(45)排成一列设置在所述液晶屏(46)的右侧，所述按键(47)设置在所述液晶屏(46)的下方。
【文档编号】H02M5/458GK204179954SQ201420493810
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】刘鹏, 孙昭昌, 程谋铨, 吴寿山, 曹晓华, 谭波, 王淑敏, 全凤丽 申请人:国网山东省电力公司青岛供电公司, 国家电网公司