一种三重自动切换配套电源的制作方法

本发明属于电子技术领域。

背景技术：

稳压源是电子产品重要的组成部分，其性能的优异，直接关系到整体的性能，所以目前有很多优秀的稳压电源集成电路，如78系列，79系列等等。上述这些集成系列虽然有很多优点，仍然不能满足日新月异的的需要。

如本企业曾申请了多个关于保安器材的产品。这些器材的产品对电源的要求就很高，苛求度将远远高于普通家电，按传统的的设计方案是不能胜任的。原因如下：

一是电源往往是电器，最易出故障的重点部位，对普通家电均如此。而对配有蓄电池的产品更是如此，因为带有蓄电池时，不仅有负载电源，又增加了充蓄电池的充电电流，如果蓄电池用电过多，初充电流很大，因而更加剧了电源的负载，因而容易损坏。

二是普通家电在雷雨季节的当天，可以拨掉电源预防，在需要用时，（如需要看电视时），因为容易被提醒，可以立即恢复，使用者想得到。而保安类产品确很困难，因为在拨掉电源后，不易直观提醒，因为在高节奏的生活，忘掉这些事是可能的，此时其保安功能就失灵，产生保安空白。如果使用者忘记恢复，则保安长期将处于保安空白。而现在的稳态集成在防雷上，很弱，如一般说输入端最高电压仅为30伏左右。

三是因为保安的产品的特殊性重要性，因此必须在设计时要有能适应电网变化的更大范围，主要好处原因一是当电网电压波动时，不会对稳压集成电路本射造成损坏。原因二是，在市电相对低或相对高时能正常稳压，不会造成保安功能的失灵。原因三是，使保安产品能有更大的使用空间。

四是保安类产品必需要配蓄电池，而蓄电池的维护有较高的要求，其中充电电压值与放电值不一样。如果稳压按负载要求稳压，则不能满足充电的要求，如果按充电的电压作为要求，则负载将长期高于正常所需电压。这是难点一。难点二是如果有蓄电池放电系统，必然与市电供电系统对负载形成或门供电方式，因此两者与负载有个或门性质的电路。蓄电池放电时大多数时间为每节2伏的标准值，随着放电该值还要下降，因此蓄电池的输出电压降很宝贵，如果或门性质的电路的压降过大。则负载的偏离正常的标准加大。因此采用什么措施使蓄电池在放电时不产生过多的压降，成为难点。难点三是在有市电时对负载是一套系统，而无市电时又是蓄电池系统供电，两者之间的转换是自动切换，因此怎样才能实现转换科学化。难点四是如何形成两部分供电彼此互不影响，即是当蓄电池发生故障时，不会影响市电供电系统，反之市电供电系统损坏时不会影响蓄电池系统。难点五，有的资料提出用继电器来作切换，这种方案有多种不足，其中一重要不足之点是耗电，难点六是，一些方案造价过高，不适宜产品的普及。

技术实现要素：

本发明的主要目的是，提出一种三重功能的自动切换电源方案，实施后有多种优点，一是有源件不易损坏，二是防雷性好，三是交流电适应宽，重要的是能解决配套蓄电池时的充电与放电矛盾，从而该电源有着广泛而特殊的用途。

1、一种三重自动切换配套电源由直流整流单元，交流整流单元，开关防雷单元，交流工作单元，交流备份单元，负载单元，蓄电池，充电单元，隔离单元，转换控制单元，可控硅转换单元共同组成。

其中：直流整流单元与交流整流单元均为桥式整流，其不同之处在于，直流供电单元的整流的接地端是连接切换二极管到地线，而交流工作单元的整流接地端是直接接地线。

开关防雷单元由或门二极管，防雷继电器，防雷稳压管组成：交流整流单元输出与直流整流单元输出各接一个或门二极管到防雷继电器的一个线苞端头，防雷继电器的另一个线苞端头接防雷稳压管到地线，防雷继电器的两转换触点中的一个转换触点接直流整流单元输出，另一个转换触点接交流整流单元输出，防雷继电器的一个常闭触点接充电单元中浮充三极管的发射极，防雷继电器的另一个常闭触点接滤波电容的正极，滤波电容的负极接地线。

交流工作单元由交流工作稳压集成电路、交流工作稳压上偏电阻、交流工作稳压下偏电阻、压差二极管、交流工作稳压调整二极管组成。

交流备份单元由交流备份稳压集成电路、交流备份稳压上偏电阻、交流备份稳压下偏电阻组成。

隔离单元由直流隔离二极管、交流工作隔离二极管、交流备份隔离二极管组成。

交流工作稳压集成电路与交流备份稳压集成电路的输入端都接在滤波电容的正极上，两集成电路的输出端都接一个隔离二极管后成为一种三重自动切换配套电源的输出，交流工作稳压上偏电路接在交流工作稳压集成电路的输出端与接地端之间，交流工作稳压下偏电阻的一端接交流工作稳压集成电路的接地端，交流工作稳压下偏电阻的另一端接压差二极管的正极，压差二极管的负极接交流工作稳压调整二极管到地线；交流备份稳压上偏电阻接在交流备份稳压集成电路的输出端与接地地端之间，交流备份稳压下偏电阻接在交流备份稳压集成电路的接地端与压差二极管的负极之间。

充电单元由涓流电阻、浮充三极管、浮充停振器、停振比较上偏电阻、停振比较下偏电阻组成。

浮充停振器的同相端接蓄电池的正极，停振比较下偏电阻接在浮充停振器的负相端与地线之间，停振比较上偏电阻接在直流供电整流输出与浮充停振器的负相端之间，浮充停振器的输出端接浮充三极管的基极，涓流电阻接在浮充三极管的集电极与发射极之间，浮充三极管的集电极接蓄电池正极，蓄电池正极接直流隔离二极管的正极，直流隔离二极管的负极与交流工作隔离二极管的负极、交流备份隔离二极管的负极相连，即是一种三重自动切换配套电源的输出。

转换控制单元由转换控制电阻与转换控制三极管组成：交流工作单元整流输出接转换控制电阻到转换控制三极管的基极，转换控制三极管的发射极接地线，转换控制三极管的集电极接负载单元的接地端，负载单元的电源端接一种三重自动切换配套电源的输出。

可控硅转换单元由直流转换可控硅与直流转换触发电阻组成：直流转换可控硅的阳极接负载单元的接地端，直流转换可控硅的阴极接蓄电池的负极，直流转换触发电阻接在负载单元的接地端与直流转换可控硅的控制极之间。

2、交流工作单元与交流备份单元的集成电路采用78系列。

3、直流转换可控硅为单向可控硅。

4、压差二极管与交流工作稳压调整二极管采用面结合整流二极管。

5、转换控制三极管采用大功率三极管。

进一步说明如下：

一、交流供电有很强的可靠性。

由于本发明中的交流供电，是对负载工作的主要时间，即是常态时间，而电源是最容易损坏的部分。为此在本措施中设计了两个单元，即是交流工作单元与交流备份单元，而且采取了一种特殊的设计，这种设计是交流工作单元中的稳压集成电路中的对地线的连接中，增加了一个压差二极管，所以输出端比交流备份单元稳压集成电路的输出要端要少一个压差二极管；所以工作三极管输出电压高于备份集成电路的输出，备份集成稳压电路将被封门，无电流输出，功耗近似于零，所以备份稳压集成电路不会损坏，处于一种备份状态。当工作集成电器睡损坏后，备份集成将自动位输出电压。

其次，本部分中压差二极管及稳压中调二极管采用了面结合的整流二极管，即采用了大功率稳压管，均处于大马拉小车的状态，因此本部分可靠。

二、本发明有过压保护好的说明。

具有良好的防过压保护说明：过压保护继电器所串联的稳压管吸穿，其对应常闭触点断开，对后级形成保护速断，因此对雷击有保护作用，形成一种特殊保护。这种保护形成的原理是，对后级切断，而不是短路，所以良好的作用，在许多小型发电站的众多设备的防雷保护，就是采用这种速断保护。由于保护继电器所串联的稳压管灵活，所以可以形成所需要的防过压等级。这是普通的避雷管难以实现的，因为100伏以下的避雷管很难买到，而50伏以下的防雷管几乎不能买到。

三、交流工作单元具有优异的性能的说明。

一是输出电压稳定，二是有过流保护，主要原因是采用了三端集成稳压电路，该电路有着优异的性能。三设计了稳压中调，与稳压微调电路，所以可以很方面地将稳压输出调到所需值。

四、独立的充电回路特点的说明。

在不是高档的稳压设备中，很难保证具有浮充的蓄电池与市电同时供电的具有高度的统一。本措施采用了特殊的设计，将一般配套的浮充回路与负载回路完全分开，因而具有很好的优点。现以负载需要12伏为例，如果配用12伏的蓄电池。则蓄电池浮充时，需要13.8伏左右，如果不设计特殊的线路，则市电有电时，电源输出端长期为13.8伏左右，这对只需12伏的负载不利。如果电源端输出调整为12伏，虽能满足负载要求，但又不合乎蓄电池浮充所需的13.8伏。为此本系统设计了蓄电池浮充与放电单元。其浮充原理是，市电有电时，直流供电单元整流输出有电，经过脉冲充电单元，再经过蓄电池回到直流供电单元整流的地线端，也是蓄电池的负端，因而形成浮充独立回路，根据克氏定律，及电路的实验，这个浮充回路是独立存在的，与交流工作单元对负载的供电回路互不干扰，交流工作单元对负载的供电回路是交流供电整流的输出电流，经过交流工作单元到负载，然后回到地线，也即是交流供电整流的接地端。

当浮充停振器（图2中的10.2）输出为低位，浮充三极管（图2中的8）导通，开始向蓄电池充电，而当浮充停振器（图2中的10.2）为高位时，浮充三极管截止，蓄电池停止充电，此时由涓流电阻（图2中的7）向蓄电池提供维持的涓流。

在浮充停振器（图2中的10.2）的负相端接有停振比较上偏电阻（图2中的10.21）与停振比较下偏电阻形成浮充停振器负相端的阈值电压，其原理是，当蓄电池浮充到这个阈值时，浮充停振器输出高压，通过停振隔离二极管（图2中的10.23）让浮充振荡器停振，浮充振荡器输出高位，停止向蓄电池充电。

五、市电及蓄电池双供电的的说明，其供电走向如图3所示。

当市电交流有时，交流供电整流输出高压，经过交流工作单元后，进入负载单元的电源端，转换控制电阻将转换控制三极管触发，因此由负载单元的接地端，负载电流经过转换控制三极管的集电极到发射极，因为转换三极管的发射极接地线，因此又回到了地线，即是交流供电整流的接地端。

当市电交流无时，交流供电整流无输出，交流工作单元无输出，但此时蓄电池向负载单元供电，电流经过负载单元后、经过直流转换可控硅（图3中13.1）到直流供电整流的接地端，即是蓄电池的负端，完成供电。

六、可控硅转换单元的原理说明。

当市电交流有时，交流供电整流输出高压，转换控制三极管（图2中12.2）被触发，产生基流，所以转换控制三极管集电极有电流，其集电极为饱和状态，其基极回路是，交流供电整流正极，经过控制单元三极管基极到地，集电极电流回路是，交流工作单元的输出经过负载单元进入转换控制三极管的集电极然后到地。此时直流转换可控硅无触发电压，也即是无阳极电流，为断开状态。

当无市电交流时，交流供电整流无输出，转换控制电阻（图中12.1）无电，不产生基流，所以转换控制三极管集电极无电流，其集电极为截止状态，而蓄电池的电压经过负载单元后，由直流转换触发电阻（图2中的13.1）触发直流转换可控硅（图2中的13.2），此时的回路是，蓄电池的正端经过直流隔离二极管（图2中的9.1）进入负载单元，再经过负载单元后进入直流转换可控硅的阳极，由直流转换可控硅的阴极进入直流供电整流的接地端，也即是蓄电池的负极。

本发明实施后有以下显著的优点：

电源的好坏，直接影响到整体的性能。电源性能好，则整体性能好。特别重要的一是，重要的设备一般配有配套蓄电池，如不能对其科学维护，直接影响蓄电池寿命与可靠性，将可能成为一种新的故障点，二是配套电源的供电参数如果与市电的供电参数如果存在差导，将直接影响电器性能，三是需要两种电源的自动切换性能要好，以保证各证信号的不流失。四是对于普通家电，一些重要的性能可以用人的行为来弥补，如雷雨天，可以人为地拨掉电源，而很多设备却不能用人为方式弥补，如保安类的产品，拨掉电源就使“保安”成为空白，如用在信号传输系统的设备，拨掉电源会引起系统信号的畅通。更有甚者，有时人还不可能随意走到设备之前断电源，拨掉电源。细节决定成功，而上述问题还不一定属细节。本发明是一种性能十分优异的稳压电源，他具有目前产品的一切优异性能，而且还有着系列亮点，因此可以广泛地用于多种电子设备的需要，适应电子产品月新日异的发展需要。具体情况如下：

1、蓄电池浮充能保持到最佳状态，因为浮充电压浮充与负载回路互为独立。加之采用脉冲充电形式，对蓄电池有显著的维护效果，网上有评论认为蓄电池是被充坏的，而不是用坏的，而本措施能合蓄电池的充电相对的最大科学维护，而用这样的脉冲充电方式，不仅能使电池的容量与寿命不会减少，甚至使受损电池能得到一定程度的恢复，所以意义是很大的。

2、交流工作单元与蓄电池相互独立，互不影响，因而进一步提高了可靠性，二是当无市电时自动切换，蓄电池立即自动投入，当有市电时，蓄电池自动切除。切换速度快，因可控硅有强烈的正反馈，因而开关性能好，不会对负载产生影响。保证了负载的性能。三是省电，在一些技术资料里提出了用继电器的办法，但是继电器很耗电，对配套的蓄电池很不利。

3、过压保护好，保护时继电器常闭触点断开，对后级形成保护速断，对后级切断，而不是短路，所以良好的作用，由于保护继电器所串联的稳压管灵活，所以可以形成所需要的防过压等级。这是普通的避雷管难以实现的，因为100伏以下的避雷管很难买到，而50伏以下的防雷管几乎不能买到。这对很多特殊的电器很有好处，如保安器材，不会造成意外事件（如雷击）而损坏，不会出现保安空白，在网络回路的放大器中，也不会不出雷击后，放大器大规模的维修情况。

4、两级输出电压（浮充输出电压，与负载输出电压）可调性强，能广泛适应负载的需要。

5、线路简洁，易生产与调试，原因一是因为线路中的调试点少。二是，很易量化。调试范围宽松，可操作性强。

6、价格低廉，适应性广，配套性强。

附图说明

图1是一种三重自动切换配套电源的方框图。

图中：1、整流变压器低压端；2.0、开关防雷单元；3.0交流整流单元；5.1、交流工作单元；5.2、交流备份单元；6.0直流整流单元；7.0、充电单元；9、蓄电池；11.0、隔离单元；12.0、转换控制单元；13.0可控硅转换单元；18.0、负载单元；。

图2是一种三重自动切换配套电源的电子电路图。

图中：1、整流变压器低压端；2、防雷继电器；2.1、或门二极管一；2.2、或门二极管二；3、交流整流单元；3.1、滤波电容；5.11、交流工作稳压集成电路；5.12、交流工作稳压上偏电阻；5.13、交流工作隔离二极管；5.15、交流工作稳压下偏电阻；5.21、交流备份稳压集成电路；5.22、交流备份稳压上偏电阻；5.23、交流备份二极管；5.25、交流备份稳压下偏电阻；5.5压差二极管；5.7、交流工作稳压调整二极管；6、直流整流单元；6.1、切换二极管；7、涓流电阻；8、浮充三极管；9、蓄电池；9.1、直流隔离二极管；10.2、浮充停振器；10.21、停振比较上偏电阻；10.22、停振比较下偏电阻；12.1、转换控制电阻；12.2、转换控制三极管；13.1、直流转换可控硅；13.2、直流转换触发电阻；18、负载单元；18.1、负载单元的电源端；18.2、负载单元的接地端。

图3是本发明中交流供电与直流供电的电流走向指示图。

图中：1、整流变压器低压端；2、防雷继电器；2.1、或门二极管一；2.2、或门二极管二；3、交流整流单元；3.1、滤波电容；5.11、交流工作稳压集成电路；5.12、交流工作稳压上偏电阻；5.13、交流工作隔离二极管；5.15、交流工作稳压下偏电阻；5.21、交流备份稳压集成电路；5.22、交流备份稳压上偏电阻；5.23、交流备份二极管；5.25、交流备份稳压下偏电阻；5.5压差二极管；5.7、交流工作稳压调整二极管；6、直流整流单元；6.1、切换二极管；7、涓流电阻；8、浮充三极管；9、蓄电池；9.1、直流隔离二极管；10.2、浮充停振器；10.21、停振比较上偏电阻；10.22、停振比较下偏电阻；12.1、转换控制电阻；12.2、转换控制三极管；13.1、直流转换可控硅；13.2、直流转换触发电阻；18、负载单元；18.1、负载单元的电源端；18.2、负载单元的接地端；19、交流供电的走向指示；20、直流供电的走向指示。

具体实施方式

图1为本发明的方框图。图2图3表达了一种制作实例。

一、选用元件：防雷继电器选用双刀继电器。交流工作单元与交流备份单元的集成电路采用78系列。

直流转换可控硅为单向可控硅。

压差二极管与交流工作稳压调整二极管采用面结合整流二极管。

转换控制三极管采用大功率三极管。

三极管采用高反压大功率管，直流转换可控硅为单向可控硅。

二、焊接：一种三重自动切换配套电源，其具体电子电路按照图2焊接。

三、通电的检查与调试：首先让电源接上负载单元，如等效电阻。

（1）、检测调试交流工作单元的工作电压。

用万用表测试、交流工作集成电路输出电压，其电压应符合要求，如电压过低，则调整稳压集成电路接地端的调整二极管，增加一个二极管，则提高0.7伏。同时可以调整稳压集成的上偏电阻与下偏电阻，该电压可以调整0.7伏以下的电压，从而使供电符合要求。

（2）、检测调试交流备份单元的工作状态。

用万用表测试、用表的红笔测交流备份集成电路输出电压，其电压比交流工作单元的输出端一个pn节电压，如无电压则是交流备份集成电路虚焊。此时用电流表串联在交流备份输出回路中，此时电流表显示应近似为零。如不正确则是压差二极管发生短路。

（3）、检测蓄电池浮充电单元。

将假负载调整至充满电的情况，此时示波器显示停振，如未停振，一种情况是浮充停振器负相端的电压过高，应将停振比较下偏电阻（图2中的10.22）的阻值加大，另一种情况是停振隔离二极管（图2中的10.23）焊反或脱焊。

（4）、检测配套蓄电池放电时的情况。

断掉市电，接上负载单元，用电表测直流转换可控硅（图2中的13.1）阴极与阳极电压，其压应为饱和电压，若过大，则是直流转换触发电阻（图2中的13.2）虚焊。

(5)检测转换控制单元工作的情况。

当有市电时，转换控制三极管（图2中的12.2）的集电极为低位；如不正确是转换控制电阻（图2中的12.1）脱焊，或转换控制三极管管脚插错。当无市电时，电流串在转换控制三极管的集电极为回路无电流，如不正确是转换控制三极管损坏。

（6）、检测开关防雷单元。

用本发明连接在含有交流调压器的插座上，升高调压器的电压，超过一定值后，防雷继电器动作，如果未动，则应调整所串联的稳压管使之符合要求。