专利名称：高效交流稳压电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及交流稳压电源，尤其是一种由可控硅控制的高效交流稳压电源。
美国电源专家爱德华·库珀在中国市场推出如图9所示的3150型交流电源，其主要包括滤波器、主回路和控制电路等，主回路主要由含有绕组n1、n2的自耦变压器、限流电阻及控制绕组n2的接入状态的四只可控硅V1－V4组成，V3、V4导通为直通状态，V2、V3导通时为降压状态，V1、V4导通时为升压状态。该电源性能稳定，市场占有率较高，但其输入电压范围不够宽，输出电压精度较低，当输入电压为189－253V时，输出电压精度为220V±7％，因我国电网电压波动较大，当输入电压为156－290V时，其输出精度大大降低，不能满足电压要求较高的场合使用。
本实用新型的目的在于提供一种体积小，性能价格比高，输入电压范围较宽，精度高的高效交流稳压电源，以满足日益增多的精密电子仪器、电子计算机控制设备的配套需要。
本高效交流稳压电源包括机箱、输入滤波器、主回路及控制电路等。
其主回路由含有绕组n1、n2自耦变压器，限流电阻，输出电容，控制绕组n2短接、或正向、或反向接入电路的四个可控硅V1－V4，R0和所述由可控硅V1－V4控制的绕组n2串联支路跨接于输出端火线L与中线N(即地线)之间；其控制电路包括连接于输出端的采样供电变压器M7，分别与所述M7连接的电压采样电路M5和电压过零脉冲电路M6，根据所述的电路M5、M6输出信号组合产生若干触发脉冲信号的触发脉冲产生电路M8、输入端连接于所述电路M8的逻辑电路M9，根据所述电路M9的输出信号驱动所述主回路的可控硅的驱动硅电路M4。
其特征在于所述的主回路还含有自耦变压器的第三个绕组n3，可控硅V5及用于检测流过可控硅V1或V2电流的电流采样电路，绕组n3、n2串联，其公共端5接V5的T2端，绕组n3的4端与V1的T2端和V3的T2端相接，绕组n2的3端与V2的T2端和V4的T2端相接，V3、V4、V5的T1端均接输出端中线N，V1、V2的T1端均接R0的一端，R0的另一端接电流采样电路的一端，电流采样电路的另一端接于电源输出端的火线L，V1、V2的T1端、可控硅V1－V5的控制端g均接驱动硅电路M4的相应输出端；所述的控制电路还设有电流过零脉冲电路M3，所述电路M3用于产生触发第一次升压和第二次升压(V4和V5转换)、或第一次降压和第二次降压(V3和V5转换)状态互相转换的同步脉号信号，其输入端分别接电流采样电路输出端和电源输出端中线N，电路M3的输出端连接到用于控制所述可控硅转换状态的逻辑电路M9的另一输入端，电路M9的输出端连接到驱动硅电路M4的相应输入端。
如下图1为其电原理框图；图2为其主回路和驱动电路M4的连接图；图3为图1控制电路的M5、M6、M7、M8四部分的电路。
图4为其电流过零同步脉冲电路图；
图5为其逻辑电路M9逻辑图；图6为其输入电压一输出电压关系图；图7为其输出电压U0的降压示意图；图8为其实施例外型示意图；图9为现有的3150型交流电源框图。
图1中所示电路的组成部分分别是含有绕组n1、n2、n3的自耦变压器，n1n2≈110，n1n3≈110，输入滤波器M1，电流采样电路，限流电阻R0，输出电容C0，可控硅V1、V2、V3、V4、V5，采样供电变压器M7，电压采样电路M5，电压过零脉冲电路M6，触发脉冲产生电路M8，电流过零同步脉冲电路M3，逻辑电路M9，驱动硅电路M4。电路的整体构成上文已详述，不再赘述。
图2示出了其驱动电路M4和主回路的连接关系，驱动电路为常规电路，其中仅画出了代表性的两路结构，其余的用方框表示，可控硅V1和V2的驱动电路相同，可控硅V3、V4和V5的驱动电路相同。V1的驱动电路包括由三极管V8、V9、变压器B4、二极管V14、V15及相应阻容元件构成的自激振荡器，三极管V12、V13等，当V12导通时，振荡器工作，B4的次级输出触发脉冲经二极管V14、V15整流后，输入V1的g级触发V1导通。V5的驱动电路为一个由V10、V11及电阻R4′、R5′、R6′组成的放大器，V10集电极按负电源，V11的基极接X9、V10的射极串联电阻R6′和R4′后接地，R6′和R4′的公共点接V5的g极，V11的集电极接R5′的一端。
图2中还示出了控制电路的电流采样电路，该电路由变压器B3和二极管V6、V7组成，二极管V6和V7反极性并接于变压器B3的初级，变压器B3的次级中心抽头接输出端的中心线N，次级的X5、X6端输出采样信号。该电流采样电路还可以连接在限流电阻R0与可控硅V1的T1和V2的T1公共连接点之间，或可控硅V3、V4、V5三者的T1的公共连接点与输出端N线之间。
图3所示为实施例的控制电路的M5、M6、M7及M8具体电路。M7即图中接在输出端的变压器B2，它提供采样信号和供电电源。场效应管V5′、二极管V6′、V7′及阻容元件R3、C1组成开机延时电路。刚开机时，C1上电压为零，V5′导通，三极管V8′、V9′不能工作。当C1充电到一定值时，V5′截止，V8′、V9′开始工作，延时结束。延时电路保证刚开机约200ms内，屏蔽掉触发脉冲，使浪涌电压的冲击不引起状态转换。
电压过零脉冲电路M6主要由三极管V8′、V9′、V10′、V11′，电容C3、C5及电阻R7、R9等组成，它产生触发脉冲的同步信号，当延时结束后，V8′、V9′每隔半周分别通过接在变压器B2次级的二极管V1′V2′、V3′V4′导通一次，当V8′由导通变为截止时，C3通过V10′充电在R7上产生一个电压过零同步脉冲，下半周同样在R9上产生另一个电压过零同步脉冲，它们交替地每隔半个周期出现一次。
电压采样电路M5由图示的三极管V18、V19、V21、V22、V23等外围元件组成，V21、V22、V23组成的恒流源差分放大器从电位器W1处获得输出电压信号，从V22、V23的负载电阻R24、R25双端输出。
图3中三极管V24、V27、V28、V29、V30、V31、V32、V33及外围阻容元件、二极管V25、V26等组成触发脉冲产生电路M8。当输出电压U0≥229V时，R25端电压升高，V24导通时间延长，此时当M6的电压过另同步脉冲使V28也同时导通时，V30导通，在其输出端获得一个触发脉冲X3。同理，当V24和V29同时导通时，V33导通，在其输出端获得另一个触发脉冲X1。
同理当输出电压U0≤211V时，R24端电压升高，V27导通时间延长，当V27、V28同时导通时，V31导通，在其输出端获得一个触发脉冲X4，当V27、V29同时导通时，V32导通，在其输出端获得一个触发脉冲X2。上述触发脉冲X1和X3、X4和X2在时间上相隔半周，它们输入逻辑电路M9供其识别之用。
如图4所示的为电流过零同步脉冲电路M3的一典型电路，其构成如下电阻R1″和R3″相联，其公共端、R1″的另一端和R3″的另一端分别接电流采样电路的X5端、地和三极管V1″的基极，三极管V1″、V2″的发射极均接地，V1″的集电极通过电阻R6″接负电源，V2″的集电极通过R7″接负电源，电容C1″连接在V1″的集电极和V2″的基极之间，V2″的基极和发射极间跨接电阻R5″，V2″的集电极接或门H的一个输入端；电阻R2″和R4″相联，其公共端、R2″的另一端和R4″的另一端分别接电流采样电路的X6端、地和三极管V3″的基极，三极管V3″、V4″的发射极接地，V3″的集电极通过电阻R10″接负电源，V4″的集电极通过R8″接负电源，电容C2″接在V3″的集电极和V4″的基极之间，V4″的基极和发射间跨接电阻R9″，V4″的集电极接或门H的另一输入端，或门H输出两倍电源频率的电流过零同步脉冲信号X12。
图5是逻辑电路M9的一具体电路，其由常规的译码器、触发器等组成，其输入／输出逻辑关系详见状态转换关系表一、表二。表一中从左到右内容依次为状态转换类别，有效触发信号，在触发信号作用下开始动作的组件，高电平状态之间的转换，M9输出的驱动信号的转换及相应的导通可控硅的转换。
图6表示出其输入电压——输出电压关系，其中m线表示直通状态，L0、L1线表示第一次降压状态，L0、X9表示第二次降压状态，h0、h1表示第一次升压状态，h0、x9表示第二次升压状态，横轴表示输入电压，纵轴表示输出电压。
以下根据图5、图6、图2、表一及表二进一步描述其工作过程。
一开机，延时电路屏蔽了所有触发脉冲，各触发器经过预置，使m线、
线输出高电平“1”，h1、L1、L0、h0、f输出低电平“0”，X8、X11为高电平“1”，可控硅V3、V4导通，进入直通状态。当输出电压U0升高到229V时，译码器Y1选择X3触发脉冲，使触发器D1翻转，m变为“0”，L0变为“1”电平，由表二可见，当
、L0＝1时，L1为“1”，这时X7、X11为“1”电平，可控硅V2、V3导通，进入第一次降压状态，输出电压从229V降到215V，译码器Y2此时不动作。
若这时U0继续升高，再次达到229V时，译码器Y2工作，选择X3触发脉冲有效，使D2翻转，f为“1”，与门Y3等到电流过零脉冲X12到来时，把f的“1”电平传递给D3，使X9为“1”，
为“0”，由表二可见，L1为“0”，X11为“0”，可控硅V5、V2导通，V3关断，进入第二次降压状态，U0从229降至215V。若这时U0开始下降到211V，译码器Y2工作，选择X4触发脉冲有效，使D2翻转，f为“0”，与门Y3等到电流过零脉冲X12到来时，将f为“0”信息传递给D3，使X9为“0”，
为“1”，L1为“1”，X11为“1”，可控硅V2、V3导通，V5关断，返回到第一次降压状态，输出电压从211V上升到225V。以上描述的是直通→一降→二降→一降状态的转换，一升、二升等状态的转换详见状态转换关系表一。一降和二降，或一升和二升状态互相转换在电流过零时完成，其余状态的转换在电压过零时完成，可参阅输出电压U0降压示意图7所示，其中标示出一降由电压过零脉冲触发转换，二降由电流过零脉冲触发转换。图7a表示输电压U0和流过可控硅的电流l0的波形，图7b为电压过零脉冲信号，图7c为电流过零脉冲信号。
本电源可根据需要制作成系列产品，图8所示为其1KVA－5KVA产品外型图，其中各部分为机箱1、电压指示表2，指示灯3及电源开关等。
图9为现有的3150型交流电源框图，其中各部分为输入滤波器M1，含有绕组n1、n2自耦变压器，限流电阻R0，可控硅V1－V4、输出电容C0、采样和供电变压器M7、电压采样电路M5、电压过零脉冲M6、触发脉冲产生电路M8、逻辑电路M9、驱动硅电路M4。
本实用新型的优点如下由于采用了含n1、n2、n3三个绕组的自耦变压器，控制绕组n2、n3接入电路的若干可控硅，具有电压、电流过零脉冲信号组合触发功能的控制电路等，因此其输入电压范围宽，稳压精度较已有技术大大提高。如现有的3150型交流电源，输入电压为189－253V时，输出电压220V±7％。本电源，输入电压为189－253V时，输出电压220V±4％；输入电压为176－276V时，输出电压220V±5％；输入电压为164－300V时，输出电压220V±7％。
波形失真小(≤0.5％)，响应快(响应时间20ms)，效率高达98％以上，抗干扰性好，适用于任何性质负载，能长期可靠工作，体积小，性能价格比高。本电源主回路中流过可控硅的电流是主回路电流的1／10或1／20，使制造大功率快速调节电源的成本大大降低。
Y4逻辑表(二)
权利要求1.一种高效交流稳压电源，包括机箱、输入滤波器、主回路及控制电路等；其主回路由含有绕组n1、n2的自耦变压器，限流电阻，输出电容，控制绕组n2短接、或正向、或反向接入电路的四个可控硅V1-V4，R0和所述由可控硅V1-V4控制的绕组n2串联支路跨接于其输出端火线L与中线N之间；其控制电路包括连接于输出端的采样供电变压器M7，分别与所述M7连接的电压采样电路M5和电压过零脉冲电路M6，根据所述的电路M5、M6输出信号组合产生若干触发脉冲信号的触发脉冲产生电路M8，输入端连接于所述电路M8的逻辑电路M9，根据所述电路M9的输出信号驱动所述主回路的可控硅的驱动硅电路M4；其特征在于所述的主回路还含有自耦变压器的第三个绕组n3，可控硅V5及用于检测流过可控硅V1或V2电流的电流采样电路，绕组n2、n3串联，其公共端5接V5的T2端，绕组n3的4端与V1的T2端和V3的T2端相接，绕组n2的3端与V2的T2端和V4的T2端相接，V3、V4、V5的T1端均接输出端中线N，V1、V2的T1端均接R0的一端，R0的另一端接电流采样电路的一端，电流采样电路的另一端接于电源输出端的火线L，V1、V2的T1端，可控硅V1-V5的控制端g均接驱动硅电路M4的相应输出端；所述的控制电路还设有电流过零脉冲电路M3，所述电路M3用于产生触发第一次升压和第二次升压(V4和V5转换)、或第一次降压和第二次降压(V3和V5转换)状态互相转换的同步脉号信号，其输入端分别接电流采样电路输出端和电源输出端中线N，电路M3的输出端连接到用于控制所述可控硅转换状态的逻辑电路M9的另一输入端，电路M9的输出端连接到驱动硅电路M4的相应输入端。
2.根据权利要求1的电源，其特征在于所述的控制电路中的电流采样电路由变压器B3和二极管V6、V7组成，二极管V6和V7反极性并接于变压器B3的初级，变压器B3的次级的中心抽头接输出端的中线N，次级的X5、X6端输出采样信号。
3.根据权利要求1的电源，其特征在于所述控制电路的电流过零同步脉冲电路M3构成如下，电阻R1″和R3″相联，其公共端、R1″的另一端和R3″的另一端分别接电流采样电路的X5端、地和三极管V1″的基极，三极管V1″、V2″的发射极均接地，三极管V1″的集电极通过电阻R6″接负电源，三极管V2″的集电极通过R7″接负电源，电容器C1″连接在V1″的集电极和V2″的基极之间，V2″的基极和发射极间跨接电阻R5″，V2″的集电极接或门H的一个输入端；电阻R2″和R4″相联，其公共端、R2″的另一端和R4″的另一端分别接电流采样电路的X6端、地和三极管V3″的基极，三极管V3″、V4″的发射极接地，三极管V3″的集电极通过电阻R10″接负电源，三极管V4″的集电极通过电阻R8″接负电源，电容C2″接在V3″的集电极和V4″的基极之间，V4″的基极和发射极间跨接电阻R9″，V4″的集电极接或门H的另一输入端，或门H输出两倍电源频率的电流过零同步脉冲信号X12。
4.根据权利要求1的电源，其特征在于所述主回路的电流采样电路还可以连接在限流电阻R0与可控硅V1的T1和V2的T1公共连接点之间，或可控硅V3、V4、V5三者的T1的公共连接点与输出端N线之间。
专利摘要一种高效交流稳压电源，其由机箱、输入滤波器、主回路及控制电路组成，其特征在于采用了含有n
文档编号G05F1/32GK2158549SQ9321863
公开日1994年3月9日 申请日期1993年7月12日 优先权日1993年7月12日
发明者曹贵福 申请人:曹贵福