专利名称：电流过零切换数控交流稳压器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交流稳压装置，尤其是涉及一种数控交流稳压器。
目前市场上出现的各种数控交流稳压器，普遍采用电压过零切换的方式，即在电压过零时关断一只电子开关，同时开启另一只电子开关，改变主变压器的变比，使其输出电压稳定在所设定的范围(一般为220±5V)内。本人1992年7月4日申请的一种“自动控制交流稳压器”(申请号为92227228.X)就属于上述的数控交流稳压器。由于这种数控交流稳压器中所使用的电子开关为双向可控硅，因此只有在负载电流为零时才能可靠地切换，否则将会出现两只双向可控同时处于导通状态，以致造成主变压器局部短路。由于主变压器本身是感性负载，因此只有所带负载是容性的，而且经主变压器变换后成为一种纯阻性负载才能可靠地切换，所以在实际使用中无法避免主变压器局短路而致使可控硅烧毁的现象。为了解决这一技术问题，目前国内一些生产厂家普遍采用下述两种措施其一是加大可控硅的容量，使其富裕量接近20倍，同时在可控硅上串联快熔断保险丝。这一措施只能保护主变压器，而不能彻底避免烧毁可控硅的后果；同时由于主变压器经常反复局部短路，使用寿命大大缩短；另外，整个机器的制造成本成倍地增加，且额定功率越大成本越高。
其二是采用两只大功率晶体管反向并联代替双向可控硅。这样做尽管可以避免烧电子开关的问题，但是同第一种技术措施一样，成本太高。
为了解决上述技术难题，本实用新型公开了一种电流过零型自动切换数控交流稳压器，旨在降低数控交流稳压器的成本。
为了实现上述目的，本实用新型的技术解决方案包括直流稳压电源WY、输入电压检测电路VJ、优先编码器BM、电压峰值检测电路FV、4D锁存触发器4Da、译码器YM、电子开关SCR和主变压器B1，其特征是还包括4D锁存触发器4Db、或门电路HM、启动电路QD、电流取样电路IJ和电流过零检测电路IO；
所述的4D锁存触发器4Db的四个输入端分别与4D锁存触发器4Da的输出端相连，四个输出端分别与译码器YM的输入端相连，时钟脉冲输入端CP与或门电路HM的输出端相连；所述的启动电路QD包括主要由电压比较器A10构成的电压过零检测电路VO和在三极管BG10的基极设置积分电路构成的具有延时作用的短路开关DK，其中电压比较器A10的反相输入端串联限流电阻R36后与输入电压检测电路VJ中的a点相连，电压比较器A10的输出端串联限流电阻R45后与短路开关DK中三极管BG10的集电极以及或门电路HM的一个输入端相连；所述的电流取样电路IJ是由串联在市电输入端b点和电子开关SCR之间的两只反向并联的二极管D13和D14所构成的，其中二极管D13和D14与电子开关SCR相连的结点接地；所述的电流过零检测电路IO是将双向检波放大电路F的输出端与整形电路ZX的输入端相连所构成的，其中，双向检波放大电路F的输入端与电流取样电路IJ的市电输入端b点相连，整形电路ZX的输出端与或门电路HM的另一个输入端相连，双向检波放大电路F的输出端串联隔离二极管D17后与短路开关DK中的积分电路的输入端相连。
由于本实用新型采用了电压过零启动和电流过零切换技术，实现了交流电的电流过零切换稳压，因此，与现有的各种数控交流稳压器相比，具有下列突出的优点的效果1、无论是感性负载还是容性负载均可使用，而且波形不失真；2、较同规格的同类产品成本下降50％；3、电路简单，调试方便。
以下结合附图和一个优选实施例对本实用新型进行进一步详细描述，以便公众进一步理解本实用新型的上述目的和所能达到的效果，更好地掌握本实用新型的实施手段，但本实用新型不受所述实施例限制。
图1为本实用新型的结构框图；图2为图1中启动电路QD和电流过零检测电路IO的结构框图；图3、图4和图5构成本实用新型一种优选实施方案的电原理图，三幅图中引出线的同名端相连；图6为图3、图4、图5所示实施方案在工作时h点的电流波形图和a、b、e、f、g、n点的电压波形图，图中显示出h点电流波形与上述各点电压波形的对应关系；图7为启动时图3中h点的电流波形和图4中C点的电压波形图。
实施例参照图3、图4和图5，电压比较器A1～A12由三块四电压比较器LM339担任；运算放大器F1和F2由一块双运放TL072担任；IC1为优先编码器40147；IC2和IC3均为4D锁存触发器40175；IC4为译码器4028；IC5和IC6均为555时基电路；IC7和IC8为一块双主－－从D型触发器CC4013。上述以外的集成电路和电子元件参照图示标准符号或直接标注的规格型号选配。
参照图4和图1、图2，双运放TL017和电阻R37～R42、二极管D16和D18构成双向检波放大电路F，检测由两只反向并联的二极管D13和D14构成的电流取样电路IJ所输出电流过零信号，并加以放大、整流，分别送至短路开关DK和整形电路ZX的输入端。
参照图4和图2，整形电路ZX是由555时基电路IC5和电阻R49、R50、R51以及电容C11、C12所构成的下降沿触发单稳态电路。其作用是将g点输出的脉冲信号倒相并修正成标准方波信号(参见图6)，以提高抗干扰能力，使切换动作干脆。
参照图4和图1或图2，或门电路HM由两只正极相连的二极管D20和D21构成，其作用主要是将起动电路QD或整形电路ZX的输出的正脉冲传送至IC3的时钟脉冲输入端CP，完成启动或电流过零时切换的任务。
参照图3，辅助变压器B2的次级包括三组线圈L1、L2、和L3，其中L1输出的交流电压经整流稳压、滤波后输出15V直流电压V1作电压比较器A1～A8以及A10的参考电平和555时基电路IC6的直流电源，输出5V直流电压V2作直流电源；L2输出交流电压经二极管D1～D4整流后为电压比较器A1～A8提供比较电平，为电压比较器A9提供电压峰值信号，为电压比较器A10提供电压过零信号；L3输出的交流电压经整流、稳压、滤波后输出±8V直流电压V3和V4作双运放TL072的直流电源。
参照图3，电流互感器H为图5中短路保护电路提供过流信号；绕在主变压器B1上的辅助绕组L4为图5中的过压保护电路提供过压信号。
以下结合附图和实施例简要说明本实用新型所述电流过零切换数控交流稳压器的工作原理。
参照图3、图4和图5，合上电源开关K接通市电，通过电阻R70对电容C15充电，同时主要由555时基电路IC6构成的软启动电路开始延时，IC6的3脚输出高电平，继电器J不能吸合(参见图5)，继电器J的常开触头J1－1处于常开状态(参见图3)。当电容C15的端电压充至2／3V1时，软启动电路延时结束，IC6的3脚输出低电平，继电器J得电吸合，其常开触头J1－1闭合，整个机器投入运行。
参照图3，由于优先编码器IC1的输入端1通过电阻R22接地，因此在继电器J的常开触头J1－1闭合时，即使在辅助变压器B2的次级绕组L3所输出的交流电压过零时(即输入交流电压过零)IC1也可进行编码工作，而且待输入交流电压正半周或负半周峰值一过，由电压比较器A9输出一个正脉冲送至4D锁存触发器IC2的CP端，将IC1的编码结果锁存从反相输出端输出，一旦输入交流电压再次过零，启动电路QD中电压比较器A10输出一个正脉冲，通过限流阻R45和二极管D21送至4D锁存触发器IC3的CP端，IC3从正相输出端输出编码结果送至译码器IC4，IC4的输出端9输出高电平，三极管BG1导通，双向可控硅SCR1被触发导通。如果在继电器J的常开触头J1－1闭合时，输入交流电压处于过零的正半周或负半周的任意状态，电压比较器A1～A8至少也有一只输出低电平，通过上述相同的分析可知，一旦输入交流电压过零，双向可控硅SCR1～SCR9必然有一只被触发导通。
参照图2和图3，双向可控硅SCR1～SCR9只要有一只导通，由二极管D13和D14构成的电流取样电路IJ中就有电流流过，电流过零检测电路IO即投入工作，机器启动过程结束，进入电流过零切换状态。
参照图4和图6以及图1和图3流经电流过取样电路IJ中的脉冲电流信号在二极管D13和D14的两端产生脉动电压信号，经主要由放大器F1、F2和二极管D16、D18构成的双向检波放大电路F检波放大后输出梯形脉动信号，同时送至短路开DK和整形电路ZX。此时，短路开关DK中三极管BG10导通，将电压比较器A10输出的信号对地短路，整形电路ZX将双向检波放大电路F输出的梯形脉动信号进行反相、整形后输出标准矩形波经二极管D20输出送至4D锁存触发器IC3的CP端，将输入交流电压刚越过峰值时，由输入电压检测电路VJ所检测到的检测结果在电流过零时译码输出，控制电子开关SCR进行切换。
参照图5和图3，当负载短路时，电流互感器H的两端f5、f6的电压倍增，该电压经二极管D22～D25整流和电容C14滤波、电阻R52限幅后送至电压比较器A11的正向输入端，一旦电压比较器A11的正向输入端的电位高于反向输入端的参考电压，电压比较器A11翻转输出高电平，D触发器IC7翻转输出已存入的高电平，使三极管BG13导通，三极管BG12和G13截止，继电器J失电，常开触头J1－1脱开，主变压器B1的输入电源切断，实现过载、短路保护。过压信号从主变压器B1上的辅助绕组L4两端f3、f4取出，经二极管D26～D27整流、电容C15滤波，经电压比较器A12比较输出高电平，使D触发器IC8翻转输出已存入的高电平、继电器J失电脱开，实现过压保护。当过载、短路或过压故障被排除后，按下复位按扭Q，IC7或IC8复位，继电器J得电吸合，机器重新投入运行。
本例中上述以外的电路属现有技术，其工作过程这里就不再赘叙了。
权利要求1.一种电流过零切换数控交流稳压器，包括直流稳压电源WY、输入电压检测电路VJ、优先编码器BM、电压峰值检测电路FV、4D锁存触发器4Da、译码器YM、电子开关SCR和主变压器B1，其特征是还包括4D锁存触发器4Db、或门电路HM、启动电路QD、电流取样电路IJ和电流过零检测电路IO；所述的4D锁存触发器4Db的四个输入端分别与4D锁存触发器4Da的输出端相连，四个输出端分别与译码器YM的输入端相连，时钟脉冲输入端CP与或门电路HM的输出端相连；所述的启动电路QD包括主要由电压比较器A10构成的电压过零检测电路VO和在三极管BG10的基极设置积分电路构成的具有延时作用的短路开关DK，其中电压比较器A10的反相输入端串联限流电阻R36后与输入电压检测电路VJ中的a点相连，电压比较器A10的输出端串联限流电阻R45后与短路开关DK中三极管BG10的集电极以及或门电路HM的一个输入端相连；所述的电流取样电路IJ是由串联在市电输入端b点和电子开关SCR之间的两只反向并联的二极管D13和D14所构成的，其中二极管D13和D14与电子开关SCR相连的结点接地；所述的电流过零检测电路IO是将双向检波放大电路F的输出端与整形电路ZX的输入端相连所构成的，其中，双向检波放大电路F的输入端与电流取样电路IJ的市电输入端b点相连，整形电路ZX的输出端与或门电路HM的另一个输入端相连，双向检波放大电路F的输出端串联隔离二极管D17后与短路开关DK中的积分电路的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种电流过零切换数控交流稳压器，其特征在于所述的双向检波放大电路F是在并联的同相放大器F1和反相放大器F2的输出端分别串联一只二极管D16和D18所构成的。
3.根据权利要求1所述的一种电流过零切换数控交流稳压器，其特征在于所述的整形电路ZX是由555时基电路和电阻R49、R50、R51以及电容C11、C12所构成的下降沿触发单稳态电路。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种电流过零切换数控交流稳压器，其特征在于所述的或门电路HM是由两只正极相连的二极管D20和D21所构成的。
专利摘要一种电流过零切换数控交流稳压器，其特殊之处在于利用电流过零检测电路IO将电流取样电路IJ输出的电流过零信号进行检波放大，来控制启动电路QD中的短路开关DK，将电压过零检测电路VO输出的电压过零启动信号对地短路，同时由整形电路ZX将电流过零信号进行反相并整形经或门电路HM送至4D锁存触发器4Db的CP端，将输入市电电压峰值刚越过时，由输入电压检测电路VJ所检测到的检测结果，在电流过零时译码输出，控制电子开关SCR进行自动切换。
文档编号G05F1/12GK2158107SQ9321169
公开日1994年3月2日 申请日期1993年5月10日 优先权日1993年5月10日
发明者魏多山 申请人:魏多山