专利名称：正弦波输出恒流调光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子控制技术，具体而言是一种利用相移分压原理，对反馈信号进行判别和处理，使等效阻抗自动切换，以实现大动态范围内的正弦波电流控制的正弦波输出恒流调光器，主要用于机场跑道灯控制、调速、调功等自控场合。
常用机场跑道灯恒流调光器均采用可控硅闸流技术。这种调光器在贯彻民航行业标准时，受到一定限制；因为1、负载短路试验时，由于整机输出功率近于零，可控硅导通角(α角)亦趋于零，再加之以触发晃动及对称性等原因，已难以克服噪声对信号的影响，即难以实现短路时的恒流控制。同时，闸流管的大电流状态的通断，使工频波形严重畸变，生成高次谐波的尖峰干扰；2、整机闭环响应时间一般设定较长(约1.5S)，瞬间负载变化(如变压器短路、灯泡开路、电网电压变化等)往往会导致过电流或过电压，从而造成元器件损坏、整机失效。
本实用新型的目的是提供一种利用相移分压原理，实现正弦波输出控制的恒流调光器，以利于贯彻民航行业相关标准。
图1、调光器电原理方框图图2、调光器电原理线路图(A)图3、调光器电原理线路图(B)
图4、调光器安装结构示意图现以图1所示正弦波输出恒流调光器电原理方框图来说明本实用新型的目的是如何实现的。
1、电源输入回路由容抗变换器和主变压器原边串接而成，其等效阻抗(容抗)分别受控于斩波控制器①、②和容抗变换控制器。
2、由主变压器副边输出给恒流负载的电流信号被采样后，一路经电流放大整形电路，等效于实测电流的相位和幅值；另一路给同步基准成形电路作为基准信号的同步过零信号，自生成正弦波，并成形、其幅值由恒流调节电位器设定。
3、由放大整形电路和同步基准成形电路来的信号合成后获得瞬态控制信号，该控制电平正浮动时，则主回路中的容抗减小，主变压等效阻抗增高；该控制电平负浮动时，则反向变化。同时，主回路中的相移也发生相应变化。为使电路恢复恒定状态，上述控制信号经放大比较电路，斩波电路和光电隔离器及容抗变换控制器输出三路信号经斩波控制器②控制主变压器对应绕组的无功电源；经斩波控制器①控制容抗变换器的动态容抗，实现容抗的无级变化；经容抗变换控制器控制容抗变换器对应电容的自动通断，实现容抗的步进式调整。
4、三路控制信号的组合功能实现电路动态跟踪，自动控制容抗变换器与输入回路的相移和分压，从而输出电流恒定。
5、恒流调光器的控制电路的供电电源采用通用的整流稳压电流，五级亮度显示电路，短路保护报警电路也采用通用电路。
利用本实用新型所提供的电路可方便地改变反馈信号(如电压、转速、功率等)，使相应的输出量恒定，因而本实用新型可广泛地用于电机调速控制，调压、调功控制，舞台灯光控制，通讯电源等技术和产品。由于本实用新型是实现正弦波控制，在防止闪烁，平稳转动等方面有突出优点。
现现结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
如图2、3所示为本实用新型实施例机场跑道灯用正弦波输出恒流调光器的电原理线路图(A、B)，其主要由电源输入回路、容抗变换器、斩波电路、斩波控制器①、②、放大整形电路，同步基准成形电路、光电隔离器、放大比较器等组连而成。
现将各单元电路的组成及其功能分述如下。
1、电源输入回路(220V交流电源)由电容C001和动态电容C311、C312……C31N所连接各容抗变换器的总和，主变压器T1的原边串接而成。C002是为防止谐振而并入T1的。C311、C312……C31N分别连接由晶体管BG301～BG302、二极管D301～D311、电阻R301～R306等组成多路相同电路形式的容抗变换器电路，可使OP两点间的容抗发生动态变化。其中，R301、C302组成积分环，以防止浪涌。容抗变换器的路数N可根据调光器的输出功率和控制精度的要求确定。其开关接点AA′、BB′…NN′分别与光电隔离器的开关接点相对应连接。
电路总输出是由主变压器T1升压后，与多个恒流负载——由跑道灯L101、L102……L10N与对应的隔离变压器T101、T102……T10N串连接而成，低压点燃(低于24V，8·33A)2、利用无接触式电流探测器LiM元件将输出回路中的正弦波电流动态信号取出，由K点分别输至电流放大整形电路及同步基准成形电路。
3、电流放大整形电路由集成电路IC207～IC209组成(如图3所示)。它接收K点来的信号，并经合成电阻由Q点向斩波电路和比较器输出控制信号。
a)、由IC207、R221～R223、W202接成负反馈放大器电路，其放大倍数由电位器W202调节确定。
b)、由IC208、BG203～BG204、D201～D202、R224～R235等连接全波整流电路，其中W204为平衡电位器，用以调整波形对称。
c)、由IC209、R236～R238、W203等连接成同相输入放大器，其放大倍数由电位器W203调节确定。
4、同步基准成形电路由集成电路IC201～IC206等组成(如图3所示)。它接收K点来的信号，并经合成电阻由Q点向斩波电路和比较器电路输出控制信号。
a)、来自K点的正弦波电流信号经由IC201、R202～R203连成的整形电路，形成同步过零方波信号(占空比为11)。
b)、由IC202、R204～R207、C201～C202等接无源和有源两级积分电路，模拟形成正弦波。
c)、由IC203、R208～R210、C203～C204等接成微分电路，实现相位还原。
d)、由IC204、R211～R215、W201、W207等接成反相放大器电路，将信号放大。其中电位器W201作放大倍数调节；R214～R215、W207用作直流平衡调节。
e)、由IC205、R240～R251、BG201～BG202、W205等接成全波整流电路，其中IC205接成例向器，W205为幅度平衡电位器。
f)、由IC206、R252～R253、W206等接成跟随器，电位器W206用以予置基准幅度，即实现恒流值的设定和调节，并满足五级亮级灯光显示的要求。
5、来自上述整形电路的负波信号和来自成形电路的正波信号分别经等值电阻R239、R253合成汇集于Q点，获得逐波比较后的准直流电平信号，该控制信号一路输至放大比较器电路的由IC210、R254～R256、C205组成的同相输入予放电路，进而经D点输至由IC601、R601～R603、W601组成的同相输入放大器进一步放大到足够的动态范围去控制斩波电路。其中电位器W601作放大倍数调节，第二路输至容抗变换控制器。第三路至由BG205、D205、R257～R259，C207组成的缓启动电路，以消除开关启动时的冲击大电流。
6、由IC602～IC604、BG601～BG606、R604～R625等组成动态范围宽的调频、调宽的斩波电路。其工作原理简述如下a)、上述放大控制信号经电阻R604向电容C601充电，使T点电平呈正向上升锯齿波，经场效应管BG601阻抗隔离，信号进入由IC602、R608～R610、W601、W603等组成的比较器电路，使其输出端U点正跳变，呈高电平“1”。其中W601用作回差调节、W603用作比较电平调节。
b)、U点高电平经电阻R617向电容C603充电，使源极跟随器BG604输出的锯齿波上升，进而使比较器IC604输出端W点正跳变，呈高电平“1”。其中W604用作回差调节。而比较器反相端的比较电平，即锯齿波的高度受控于IC601输出的控制电平，这样就实现了双控。
c)、由IC604输出高电平，经由稳压管D603、R625、C604等组成的积分电路，使晶体管BG605、BG606分别导通，C601、C603放电，即锯齿波分别回零，V点形成控制方波信号。
d)、U点的方波信号一路经晶体管BG602跟随器驱动发光二极管D601点燃，同时使光电隔离器D11导通，其RR′接通斩波控制器①。另一路经倒向器IC603、跟随器BG603驱动发光二极管D602点燃，同时使光电隔离器D612导通，其SS′接通斩波控制器②
由上述分析看出，斩波控制器①、②是倒向工作的，其占空比由控制电平确定，并处于动态调整过程中，其次，由于比较器IC602及IC604分别设置了可调整的回差电路，当控制电平处于上、下临界值时，其中一路锯齿波发生器将自锁，即工作于稳态直流状态。当控制电平退出临界状态时，电路将自动恢复中频斩波状态。
7、斩波控制器①(如图2所示)由D401～D404及D405～D408分别接成全桥共零电路，其中D405～D408的电源来自变压器T2的悬浮低电压(约6·3V)，而D401～D404与斩波电容C401串接后并入容变换器两端即OP两点，串入电感L401的目的在于防止电流突变而损坏开关器件。
当RR′接通时，BG401～BG402导通，并驱动BG403导通，从而使OP两点的容抗发生动态变化。电阻R407、二极管D409予置BGBG403发射极为正电平，使在BG403截止期间EB结处于反向偏置，以保证BG403在高反压状态下正常工作，由D410、R408、C403组成吸收回路，进一步确保BG403大功率管的可靠工作。
斩波控制器②和斩波控制器①的组成形式和工作原理基本相同，其由全桥共零电路D501～D504、D505～D508、变压器T2，斩波电容C504、电感2501、晶体管BG501～BG503、电阻R501～R508、电容C502～C503、二极管D509～D511等连接而成。所不同的只是由光电隔离器D612的信号使SS′接通，该控制器将完成主变压器T1的等效阻抗的动态变换。
8、容抗变换控制器由集成电路IC212、晶体管BG206、BG207和多路输出比较器电路IC231、IC232……IC23N；BG271、BG272……BG27N及其对应的光电隔离器电路D231′、D232′……D23N′所组成。由Q点来的合成控制信号，经比较器电路，分别输至N路集成电路IC231、IC232……和对应的光电隔离器使接点AA′、BB′……NN′导通，去控制对应的N路容抗变换器导通。
a)、由IC212、R260～R262、C206等接成同相输入放大器，其放大倍数由电位器W208调整，R260、C206积分电路消除工频纹波。
b)、由晶体管BG206～BG207及相关阻容件R263～R266接成互补跟随器，克服温漂并加大负载能力。
c)、多路比较器电路分别由IC231、IC232……IC23N；BG271、BG272……BG27N；D231、D232……D23N和对应的光电隔离器所组成，其中的电阻R281、R282……R28(N＋1)接成分压串联形式，分别为相应的集成电路IC231……IC23N的反向输入端提供宽范围的不同予置值，并分别与互补跟随器的输出相比较，从而确定集成电路IC231……IC23N各路的输出状态。当IC231输出呈高电平“1”时，BG271导通，对应发光二极管D271点燃，同时对应的光电隔离器D231′导通，使接点AA′接通容抗变换器，以此类推。光电隔离器D232′……D23N′的接点BB′、……NN′分别接通对应的容抗变换器，可实现OP点容抗的步进式调整。
综合上述分析，本实用新型所提供的电路设计与现有恒流调光器相比较。其显著特点是1、本实用新型采用串联移相分压原理及斩波电路设计，保证了输出电流信号为正弦波，以便于实现控制，它克服了常用可控硅闸流技术浪涌电流的高次谐波干扰。
2、主回路并入容抗，使之具有相对自稳定的恒流特性，适应大动态范围的负载变化量，即使负载短路，仍具有相对的恒流特性，这是现有常规电路达不到的。
3、由于控制电路引入了直流至中频的双控式调频调宽斩波电路，分别实现容抗和等效阻抗的微调，从而大大提高了整机的控制精度。
4、由于电流放大整形电路与同步基准成形电路的合成采用正弦波逐波瞬态比较的方法，可使整机闭环响应时间大大加快，避免了由于负载或电网瞬间变化而导致的故障，而常用可控硅闸流技术均采用长时间常数积分脉冲电流波与直流予置电平相比较的方法，因而响应速度慢。
图4为机场跑道灯用恒流调光器的安装结构示意图。
图中1、机箱；2、输出电压表；3、输出电流表；4、五级灯光亮级显示；5、电流调节钮；6、电路板；7、主变压器(T1)；8、电源输入端子；9、恒流输出端子。
本实用新型的一个具体实施例——JT－3－6·6－22型正弦波输出恒流调光器民航标准(JT)、功率3KW恒流6·6A、电源电压220V。电路主要元器件选择是主变压器T1采用CD型铁芯，升压比12·3；集成电路块型号均为μA741；光电隔离器型号均为4N25，大功率管BG403型号为2DS870或采用功率场效管；驱动管BG271等型号均为3DA639；其余晶体管型号PNP型采用3CG307B，NPN型采用3DG237B。
权利要求1.一种包括整流稳压电源电路，五级亮级显示电路、短路保护报警电路、恒流负载的正弦波输出恒流调光器，其特征在于电源输入回路由电容(C001)、N路容抗变换器和主变压器(T1)的原边串联而成，并分别与斩波控制器①、②和容抗变换控制器相连接；经主变压器(T1)输出给恒流负载的电流被探测器(L1M)取样后分别输至电流放大整形电路(IC207～IC209)和同步基准成形电路(IC201～IC206)；二者输出信号经等值电阻(R239、R253)合成后分别输至放大比较器电路(IC210、IC601)、容抗变换控制器(IC212、BG206、BG207)和缓启动电路(BG205)；放大比较器电路连接斩波电路(IC602～IC604)经光电隔离器(D611、D612)分别控制斩波控制器①、②；容抗变换控制器经N路输出比较器电路(IC231、IC232……IC23N)驱动对应的光电隔离器(D231′、D232′……D23N′)导通经接点(AA′BB′……NN′)去控制对应的容抗变换器(BG301、BG302)。
2.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于所述容抗变换器由电容(C311～C31N)分别连接N路相同电路——全桥共零电路(D301～D308)，积分环(R301、C302)、晶体管(BG301、BG302)、电阻(R303～R306)、二极管(D309、D311)所组成，其开关接点(AA′、BB′……NN′)分别对应地连接相应的容抗变换控制器电路，路数N由调光器输出功率和控制精度而定。
3.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于所述的电流放大整形电路由反馈放大器(IC207、R221～R223、W202)连接全波整流电路(IC208、BG203、BG204、R224～R235、W204)再接同相输入放器(IC209、R236～R238、W203)组成，其中电位器(W202、W203)调节放大倍数、电位器(W204)为平衡电位器、调整波形对称。
4.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于所述的同步基准成形电路由整流电路(IC201、R202、R203)连接积分电路(IC202、R204～R207、C201、C202)经微分电路(IC203、R208～R210、C203、C204)和反相放大器(IC204、R211～R213、W201)接全波整流电路(IC205、R240～R251、W205、BG207、BG202)连接跟随器(IC206、R252、R253)组成，其中电位器(W201)调节放大倍数，电位器(W205)为平衡调节。
5.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于所述的放大比较器电路由同相输入予放电路(IC210、R252～R256、C205、W209)连接同相输入放大器(IC601R601～R603、W601)而成，其中电位器(W209、W601)为放大倍数调节。
6.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于所述的斩波电路由场效应管(BG601)比较器(IC602、R608～R610、W601、W603)、集成电路(IC604)、积分电路(D603、R625、C604)、晶体管((BG605、BG606)、电容(C601、C603)依次连接而成，其输出信号分路驱动光电隔离器。
7.根据权利要求1或6所述的调光器，其特征在于两路光电隔离器分别由发光二极管(D601；D602)、电阻(R621～R624)、隔离器(D611；D612)组连而成，其接点(RR′、SS′)分别接斩波控制器①、②。
8.根据权利要求1所述的调光器，其特征在于所述的容抗变换控制器由同相输入放大器(IC212、R260～R262、C206、W208)经跟随器(BG206、BG207、R263～R266)分别连接N路比较器电路(IC231～IC23N、BG271～BG27N)和对应的光电隔离器(D231～D23N、D231′～D23N′)，其对应接点(AA′……NN′)分别去控制相应的容抗变换器的通断。
9.根据权利要求1或7所述的调光器，其特征在于并连于电容(C001)两端的斩波控制器①由两个全桥共零电路(D401～D408)分别与斩波电容(C401)、电感(L401)和变压器(T2)相连，再经接点(RR′)连接晶体管(BG401～BG403)、电阻(R401～R408)、电容(C402～403)、二极管(D409～D411)组成，其接点(RR′)与光电隔离器(D611)相连，以控制通断。
10.根据权利要求1或7所述调光器，其特征在于并连于主变压(T1)副边的斩波控制器②由两个全桥共零电路(D501～D508)分别与斩波电容(C504)、电感(L501)和变压器(T2)相连，再经接点(SS′)连接晶体管(BG501～BG503)、电阻(R501～R508)电容(C502～C503)、二极管(D509～D511)组成，组成，其接点(SS′)与光电隔离器(D612)相连，以控制通断。
专利摘要正弦波输出恒流调光器是利用相移分压原理对反馈信号进行判别和处理，使等效阻抗自动切换，以实现大动态范围的正弦波电流控制。其电路原理是输入回路输出给恒流负载的电流信号被采样后分别经电流放大整形电路和同步基准成型电路，二者输出信号经合成一路经容抗变换控制器去控制容抗变换器的动态变化，以改变输入回路的阻抗；另一路经斩波电路分路经光电隔离器分别控制斩波控制器，再去控制输入回路的阻抗变化，从而使输出的电流保持恒定。本实用新型用于机场跑道灯光控制，可完全满足民航行业标准的要求。
文档编号H05B39/00GK2195838SQ9420741
公开日1995年4月26日 申请日期1994年3月17日 优先权日1994年3月17日
发明者周洪璋, 顾东桥, 刘洁民, 南月香, 宋国银 申请人:中国民航实业开发总公司, 北京调压器厂