专利名称：节能保护型宽电压交流稳压电源的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于从交流电获得稳定的交流电压给家用电器供电的交流稳压电源。
许多地区，交流电严重不稳，经常在130～250V范围内波动，这对使用现有技术的电冰箱、电视机、洗衣机、日光灯等家用电器(家用电器的正常供电范围是180～245V)不能适应，甚至带来一定程度的损害。其次，一些地区交流电压异常时间(低于180V或高于245V)很短，大部份时间属于正常供电范围，而交流稳压电源的自耦变压器是一个长期通电耗能元件，这就希望在交流电压正常时断开自耦变压器直接给负载供电，交流电压异常时又能自动接入自耦变压器稳定交流电压。
中国专利局公告了一种实用新型，名称为《节电型多功能家电交流稳压器》，公告号CN2049796U，该实用新型采用继电器控制稳压方式，具有切换大、小功率变压器轮流供电的节电电路，用串联电位逐级比较电路来驱动继电器有序动作，达到稳压和节电的目的，该实用新型还具有过压保护，过流保护等功能。但是，该现有技术未能解决交流电压过低(小于160V)的稳压问题。其次，由于比较电路工作点不可调，稳压精度不高。集成运放输出无限流电阻，使晶体管过饱和系数太大，由饱和转为截止速度慢，易导致负载瞬间失电，而且该现有技术在稳压电源比较电压转折点临界处易发生继电器多次断合现象而使负载不能正常工作。另外，没有断电保护功能，交流电瞬间断电又来电时，该现有技术照常对负载供电，这时负载中的电冰箱损害很大。无显示该实用新型工作状态的显示电路。另一方面，该实用新型使用元件较多，成本过高。
本实用新型的目的是提供一种低自耗，宽适应电压、稳压精度高、保护功能齐全、显示功能完善，低成本，调试方便的交流稳压电源。
本实用新型的要点是稳压节能电路是用四组继电器的有序动作来达到稳压和节能的目的，继电器的断合由施密特电压比较电路控制。通过交流电的波动反馈来控制该组继电器是否吸合，从而起到稳压和节能的作用；保护电路是由开机瞬间冲击电压保护电路，断电、输出低压保护电路，延时保护电路构成的。开机瞬间冲击电压保护的任务是由自耦变压器抽头和继电器触点的特殊接法完成的。断电输出低压保护电路是运用放电晶体管形式，通过控制晶体管基极电位来决定晶体管的导通或截止，从而达到控制延时输出的目的。延时保护的任务是由一积分电路控制比较电路来驱动保护继电器完成的；显示电路是由保护显示电路、工作转换显示电路构成的。保护状态显示采用典型的受控无稳电路驱动发光二极管作闪烁显示，稳压与节能状态的转换指示由一电压比较电路完成，控制两发光二极管的亮熄达此目的。
以下结合附图，对本实用新型进行祥细叙述。
图1是本实用新型的电原理图，也是本发明的一个实施例。图2是说明稳压节能原理的图，图3是稳压节能工作曲线图。图4是开机瞬间冲击电压保护原理图。图5是说明断电、输出低压保护，延时保护原理的图。图6是说明稳压电源工作显示原理的图。
现结合图2、图3与图4，说明稳压节能原理。图2中，以四运算放大器LM324的四个运算放大器(N1)、(N2)、(N3)、(N4)为核心构成四级施密特电压比较器，分别组成升压电路(Ⅰ)、节能电路(Ⅱ)和降压电路(Ⅲ)。比较器的基准电压VREF1由电阻(R2)和二极管(D2)、(D3)提供。升压电路(Ⅰ)中的运放(N1)、(N2)，比较电压输至其反相端，节能电路(Ⅱ)、降压电路(Ⅲ)中的运放(N3)、(N4)，比较电压输至其同相端，故升压电路(Ⅰ)为交流电低时动作，高时截止，节能电路(Ⅱ)、降压电路(Ⅲ)为交流电高时动作，低时截止。
当交流输入VI＜143V时，Va＜VREF1＋ΔV，Vb＜VREF1＋ΔV，运放(N1)、(N2)均输出高，分别使晶体管(T1)、(T2)饱和，继电器(K1)、(K2)吸合，此时节能电路(Ⅱ)和降压电路(Ⅲ)均截止。交流输入VI经(K3)常闭触点→(K2)常开触点→(K1)常开触点接至自耦变压器(B1)抽头(2)上，交流输出由自耦变压器(B1)抽头(5)→(K5)常闭触点→(K4)常闭触点输出，得到最大提升，工作曲线见图3中OA直线；当VI≥143V时，Va≥VREF1＋ΔV，(N1)翻转，输出零、晶体管(T1)失电截止，继电器(K1)断开，(K2)仍吸合，交流输入转接至自耦变压器(B1)抽头(3)上，工作曲线为图3中A′B直线；当VI继续升高，达到VI≥170V时，Vb≥VREF1＋ΔV，运放(N2)翻转输出零，晶体管(T2)失电截止，继电器(K2)失电截止，继电器(K2)断开，交流输入转接至自耦变压器(B1)抽头(4)上，此时提升幅度最小，仅30V左右，工作曲线为图3中B′C直线，此即是升压过程。
当VI继续升高至VI≥190V时，VC≥VREF1，运放(N3)输出高，使晶体管(T3)饱和，继电器(K3)、(K4)吸合，此时交流输入由(K3)常开触点→(K4)常开触点直接接至交流输出，自耦变压器(B1)断开，升压过程结束，进入节能工作区域，工作曲线见图3中C′D直线。
当VI≥242V时，Vd≥VREF1，运放(N4)翻转输出高，使晶体管(T4)饱和，继电器(K4)吸合，同时，二极管(D5)将(N4)之高电位传输至(N3)的反相端，迫使(N3)翻转输出零，继电器(K3)、(K4)断开，此时节能过程结束，进入降压工作区域，交流输入由(K3)常闭触点→(K2)常闭触点接至自耦变压器(B1)抽头(4)上，交流输出由变压器(B1)抽头(3)→(K5)常开触点→(K4)常闭触点至负载，工作曲线为图3中D′E直线。
当交流电压降低时，工作过程和前述过程相反，逆序动作。由图3可见，运放(N1)、(N2)、(N3)、(N4)工作转折点为VI上升时是A、B、C、D四点，VZ下降是A′、B′、C′、D′四点，存在一滞回电压ΔV，滞回功能由电阻(R5)、(R9)、(R13)、(R16)完成，这样可防止稳压节能电路在工作转折点处发生多次翻转现象。由于运放(N1)、(N2)、(N3)、(N4)工作转折点均可调，保证了稳压的精度。电容(C3)、(C5)、(C7)、(C10)的作用是防止继电器多次断合，续流二极管(D4)的作用是加快继电器(K3)、(K4)的释放过程。
图4是开机瞬间冲击电压保护原理图。(B1)为自耦变压器，(K1)、(K2)、(K3)、(K4)、(K5)为相应继电器触点。交流稳压电源开机后，有1秒左右的电压建立时间，在这段时间内，交流稳压电源不起稳压作用。本实用新型设计为部份提升电路，其特征为升压继电器(K2)常闭触点接至自耦变压器(B1)抽头(4)上，降压继电器(K5)常闭触点接至变压器(B1)抽头(5)上。由图4可见，开机后，交流输入VI经(K3)常闭触点→(K2)常闭触点→(B1)抽头(4)，交流输出经(B1)抽头(5)→(K5)常闭触点→(K4)常闭触点→输出V0，提升幅度仅30V左右，这时冲击电压较低，一般不超过250V，所以本实用新型对直接输出插口的负载无甚影响。
图5是说明断电、输出低压保护，延时保护原理的图。图中，断电、输出低压保护电路(Ⅴ)由电阻(R18)、(R19)和晶体管(T5)构成。延时保护电路(Ⅵ)由电阻(R20)、电容(C11)积分电路和两运放(N5)、(N6)组成延时比较器，基准电压VREF2由稳压二极管(DW)提供。延时输出由电阻(R22)、(R23)，二极管(D6)、(D7)、晶体管(T6)，电容(C12)，继电器(K6)组成恒流源电路，以保证在电源VDD变化时，延时继电器(K6)的可靠吸合。通电时，由于电阻(R18)、(R19)建立的电位Ve＞Vf，三极管(T5)截止。Vf随电容(C11)的充电而逐渐增大，经过5～8分钟后，Vf≥VREF2，运放(N5)翻转输出零，(N6)输出高，使晶体管(T6)导通，驱动继电器(K6)吸合，接通延时插口，延时保护过程完成；当交流电压降低时，电源VDD也随之下降，当稳压输出小于180V时，Ve设计为刚好小于Vf0.7V，晶体管(T5)导通放电，Vf下降，此时Vf＜VREF2，运放(N5)再次翻转输出高，(N6)输出零，延时电路(Ⅵ)截止，达到输出低压保护的目的，同理，若交流电突然停电，晶体管(T5)全导通使Vf趋于零，瞬间来电后，又从复上述延时过程，这就是断电保护的原理。
图6是说明稳压电源显示电路原理的图。显示电路由工作转换显示电路(Ⅶ)、保护显示电路(Ⅷ)构成。保护显示电路(Ⅷ)为典型的受控无稳电路，由运放(N6)通过二极管(D9)控制。通电时，运放(N6)输出零，运放(N7)同相端受二极管(D8)扦制，(N7)也输出零，工作转换显示电路(Ⅶ)的发光二极管(HL2)、(HL3)均不显示。因为运放(N6)输出低，二极管(D9)截止，显示电路(Ⅷ)不受控而工作，保护状态由发光二极管(HL1)闪烁显示，十分直观。经过5～8分钟后，运放(N6)输出高，二极管(D9)导通，保护显示电路(Ⅷ)受控截止，(HL1)熄灭。此时运放(N7) 同相端不受扦制，二极管(D8)截止。若运放(N3)输出零，通过电阻(R24)，使V9＜VREF2，运放(N7)输出零，晶体管(T7)导通，运放(N6)之输出通过电阻(R25)、晶体管(T7)使(HL2)发光，工作显示稳压状态。若运放(N3)输出高，则有V9＞VREF2，运放(N7)输出高，使(HL3)发光，晶体管(T7)截止，(HL2)熄灭，工作显示为节能状态，这就是整个显示电路的工作原理。
本实用新型实现了宽电压的自动稳压、电压正常时节能的功能，保护完善，显示直观。还具有使用元件少、成本低、线路简单、调试方便的特点。
权利要求1.节能保护型宽电压交流稳压电源，由稳压节能电路、保护电路、显示电路组成，其中，稳压节能电路由升压电路(I)、节能电路(II)及降压电路(III)构成，升压电路(I)由运放(N1)、(N2)，可调电阻(RP1)、(RP2)，电阻(R4)、(R5)、(R6)、(R8)、(R9)、(R10)，电容(C2)、(C3)、(C4)、(C5)，晶体管(T1)、(T2)，继电器(K1)、(K2)组成两级典型的施密特电压比较电路，降压电路(III)由运放(N4)，可调电阻(RP4)，电阻(R16)、(R17)，电容(C8)、(C9)、(C10)，晶体管(T4)，继电器(K5)组成一级典型的施密特电压比较电路；保护电路由开机瞬间冲击电压保护电路(Ⅳ)，断电、输出低压保护电路(Ⅴ)及延时保护电路(Ⅵ)构成；显示电路由工作转换显示电路(Ⅶ)及保护显示电路(Ⅷ)构成，保护显示电路(Ⅷ)由运放(N8)，电阻(R28)、(R29)、(R30)、(R31)、(R32)，电容(C13)，发光二极管(HL1)组成一级典型的受控无稳电路，其特征在于a、节能电路(II)由运放(N3)，可调电阻(RP3)，电阻(R12)、(R13)、(R14)，电容(C6)、(C7)，二极管(D4)、(D5)，晶体管(T3)，继电器(K3)、(K4)组成，电源VDD同时连接二极管(D4)负极、电容(C7)正极、继电器(K3)、(K4)线圈一端，地线同时连接可调电阻(RP3)下端、电容(C6)负极、晶体管(T3)发射极，电阻(R12)一端连接基准电压VREF1，(R12)另一端同时连接运放(N3)反相端、二极管(D5)负极，二极管(D5)正极连接运放(N4)输出端，电阻(R13)一端同时连接可调电阻(RP3)动臂、电容(C6)正极、运放(N3)同相端，(R13)另一端同时连接运放(N3)输出端和电阻(R14)一端，电阻(R14)另一端连接晶体管(T3)基极，晶体管(T3)集电极同时连接二极管(D4)正极、电容(C7)负极、继电器(K3)、(K4)线圈另一端，可调电阻(RP3)上端连接电阻(R11)一端，b、开机瞬间冲击电压保护电路(IV)由继由器(K1)、(K2)、(K3)、(K4)、(K5)的触点组成，继电器(K3)、(K4)的动臂分别连接交流输入与输出，(K3)、(K4)的常开触点直接相连，(K3)、(K4)的常闭触点分别连接继电器(K2)、(K5)的动臂，继电器(K2)的常闭触点连接变压器(B1)抽头(4)，(K2)常开触点连接继电器(K1)的动臂，继电器(K1)的常开触点连接变压器(B1)抽头(2)，(K1)的常闭触点同时连接变压器(B1)抽头(3)和继电器(K5)的常开触点，继电器(K5)的常闭触点连接变压器(B1)抽头(5)，c、断电、输出低压保护电路(V)由电阻(R18)、(R19)，晶体管(T5)组成，地线同时连接电阻(R19)一端及晶体管(T5)集电极，电阻(R19)另一端同时连接电阻(R18)一端及晶体管(T5)基极，电阻(R18)另一端连接电源VDD，晶体管(T5)发射极同时连接电阻(R20)另一端、电容(C11)正极和运放(N5)的反相端，d、延时保护电路(VI)由运放(N5)、(N6)，电阻(R20)、(R21)、(R22)、(R23)，电容(C11)、(C12)，二极管(D6)、(D7)，稳压二极管(DW)，晶体管(T6)，继电器(K6)组成，电源VDD同时连接电阻(R20)、(R21)一端及继电器(K6)线圈一端和电容(C12)正极，地线同时连接电容(C11)负极、稳压二极管(DW)正极、二极管(D7)负极和电阻(R23)一端，电阻(R20)另一端同时连接电容(C11)正极、运放(N5)反相端及晶体管(T5)发射极，稳压二极管(DW)负极同时连接运放(N5)、(N6)同相端和电阻(R21)另一端，运放(N5)输出端连接运放(N6)反相端，运放(N6)输出端连接电阻(R22)一端，电阻(R22)另一端同时连接二极管(D6)正极和晶体管(T6)基极，二极管(D6)负极和二极管(D7)正极相连，晶体管(T6)发射极连接电阻(R23)另一端，(T6)集电极同时连接继电器(K6)线圈另一端及电容(C12)负极，e、工作转换显示电路(VII)由运放(N7)，电阻(R24)、(R25)、(R26)、(R27)，二极管(D8)、(D9)，晶体管(T7)，发光二极管(HL2)、(HL3)组成，地线同时连接发光二极管(HL2)、(HL3)负极，运放(N7)反相端连接基准电压VREF2，(N7)同相端同时连接电阻(R24)一端及二极管(D8)正极，电阻(R24)另一端和运放(N3)输出端相连，电阻(R25)一端同时连接二极管(D8)负极、二极管(D9)正极和运放(N6)输出端，电阻(R25)另一端连接晶体管(T7)发射极，二极管(D9)负极同时连接电阻(R31)一端、电容(C13)正极和运放(N8)反相端，运放(N7)输出端同时和电阻(R26)、(R27)一端相连，电阻(R26)另一端和晶体管(T7)基极相连，电阻(R27)另一端和发光二极管(HL3)正极相连，晶体管(T7)集电极和发光二极管(HL2)正极相连。
专利摘要节能保护型宽电压交流稳压电源，可实现宽范围的交流稳压，电压正常时节能、对负载进行供电保护等多种功能。稳压电源由稳压节能电路、保护电路、工作状态显示电路组成，稳压精度高，自耗小，节能效果显著，主要适用于家用电器。
文档编号H03K17/28GK2103161SQ9122697
公开日1992年4月29日 申请日期1991年10月16日 优先权日1991年10月16日
发明者方廷寿 申请人:方廷寿