一种具备脉冲充电的交直流切换电源的制作方法

本实用型属于电子技术领。

背景技术：

电源是每个电子产品的关键，电源的好坏直接影响整体的性能，电子产品日新月异，需要电源的功能也要趋向完善才能满足产品的要求，所以目前有很多优秀的稳压电源。但这些稳压的电源虽然有很多优点，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：

本实用新型的主要目的是，提出一种新的电源方案，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。

主要措施

1、一种具备脉冲充电的交直流切换电源由直流整流单元，交流整流单元，防雷单元，交流稳压单元，直流供电单元，蓄电池，负载单元，转换控制单元，可控硅转换单元，或门单元共同组成。

其中：直流整流单元由桥式整流电路一与切换二极管组成：桥式整流电路一的接地端接切换二极管到地线。

交流整流单元由桥式整流电路二与滤波电容组成：桥式整流电路二的输出接滤波电容到地线。

直流整流单元的输出与交流整流单元的输出各接一个隔离二极管到防雷单元中避雷器的一端，避雷器的另一端接地线。

直流供电单元由脉冲充电电路、停充电路、涓流电阻、充电管组成。

脉冲充电电路由振荡器、脉冲比较电压支路、脉冲电阻、脉冲电容组成；脉冲比较电压支路由两个电阻串联成。

停充电路由停充器、停充二极管、停充上偏比较电阻、停充下偏比较电阻组成。

其连接是：充电管的发射极接直流整流单元的输出，充电管的集电极接蓄电池的正极，涓流电阻接在直流整流单元的输出与蓄电池的正极之间，脉冲比较电压支路串联在振荡器的输出端与地线之间，其串联点接振荡器的同相端，脉冲电阻接在振荡器的输出端与反相端之间，脉冲电容接在振荡器的输出端与地线之间，振荡器的输出端接充电管的基极，停充上偏比较电阻接在直流整流单元的输出与停充器的反相端之间，停充下偏比较电阻接在停充器的反相端与地线之间，停充器的输出端接停充二极管到振荡器的同相端，停充器的同相端接蓄电池的正极，蓄电池的负极接直流整流单元中桥式整流电路一的接地端。

交流稳压单元由交流稳压三极管、过压保护电阻、过流保护电阻、备份隔离支路、工作隔离支路、共用稳压支路、限流支路组成。

交流稳压三极管的集电极接在交流整流单元的输出上，备份隔离支路与工作隔离支路并联，一端接交流稳压三极管的基极，另一端接共用稳压支路到地线，交流稳压三极管的基极接限流支路的一端，限流支路的另一端接过流保护电阻到交流稳压三极管的发射极，过压保护电阻接在交流稳压三极管的集电极与基极之间。

或门单元由直流或门二极管与交流或门二极管组成：直流或门二极管一端接蓄电池的正极，交流或门二极管的一端接限流与过流保护电阻的相连处，直流或门二极管的另一端与交流或门二极管的另一端即是一种具备脉冲充电的交直流切换电源的输出。

转换控制单元由转换控制电阻与转换控制三极管组成：交流稳压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具备脉冲充电的交直流切换电源的输出。

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、交流稳压三极管的反压值为≥300V。

3、备份隔离支路与工作隔离支路都是二极管串联组成；共用稳压支路由二极管与微调电阻串联组成。

4、备份隔离支路的二极管比工作隔离支路的二极管多二个至四个。

5、限流支路是一个发光管形成。

6、充电管是PNP三极管。

进一步说明如下：

一、本实用型的交流稳压单元的设计有三点措施，故有很强的输出能力，满足交流稳压单元，蓄电池级的双重负载的需要，可靠性强。

由于本实用型中的交流稳压单元，是对负载工作的主要时间，即是常态时间，采用射随输出，扩大了三极管的输出功率，负载能力很强，处于“大马”拉“小车”的状态。因而提高了交流稳压单元的可靠性寿命，二是交流稳压三极管的发射极串有过流保护电阻，使三极管不易用损坏。三是有限流，因而对交流稳压三极管形成保护，所以可靠性高。三是对基极的稳压有着特殊的设计方式。

二、本实用型有很强的过压保护能力的说明。

具有良好的防过压保护说明：有多级保护单元，两整流输出端各接一隔离二极管到避雷器，在有雷击过压时，避雷器迅速将涌流导入地，对后级形成保护速断，因此对雷击有保护作用，形成防雷第一级保护。由于脉冲充电单元与交流稳压单元的三极管，采用了高反压三极管，其反压可为400伏，抗反压能力强（一般三端稳压集成只有35伏），所以形成二极保护。又由于两交流稳压三极管的基极采用了特殊的设计方式，采用了过压保护电阻（图2中5.2），成为降压电阻，并加之有备份隔离支路、工作隔离支路与共用稳压支路的结合，可防涌流，确保基极基本稳定，因而可保证基本的输出稳定，所以形成第三级防雷保护。由于交流稳压单元能输出较稳定的电压，对并后级能起到了良好的保护作用，所以整体电路防雷性能强。

三、第三级防雷保护特殊设计的说明。

1、输出电压可靠的原因：在常态工作时，因为备份隔离支路（图2中5.6）的击穿电压高于工作隔离支路（图2中的5.7）形成的稳压值，因而备份隔离支路被钳位，因而备份隔离支路基本无电流，处于“休息状态支路”，当工作隔离支路因损坏成开路时，（为故障的常见形式），备份隔离支路将自动投入工作，由于两支路的电压不会相差很大，其误差不会有很大出入，但是却大大提高了可靠性。

选用二极管串接的好处是，二极管比稳压管更耐用，更不易损坏。

2、过压保护能力强的原因：当存在雷击涌流时，因为一是交流稳压三极管为高反压管所以不易损害，二是微调电阻增高，当该支路的电压高过备份隔离支路的稳压值时，备份隔离支路也导通，再次限压，形成对交流稳压三极管的基极稳压。三是因为上述原因，限住了交流稳压三极管基极的最高电压，从而保证了输出电压。

四、交流稳压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，产生保护的原因是当电流过大时，交流稳压单元三极管发射极所串联的过流保护电阻的压降增大，当超过交流稳压单元的交流供电限流指示的阈值时，交流稳压三极管的基流分流，从而引起发射极电流减少。三是有很强的带负载能力。四是有过流保护显示，使用维护方便。限流支路采用了发光管，当交流稳压三极管过流时，它发光，因此，查看限流支路能得出交流稳压单元是否过流。

五、具有较宽的市电输入电压说明。

1、可以工作在市电较宽的范围。

线路中为大功率高反压三极管，其集电极的反压≥300V，所以整流变压器的次级端的电压可以适当的高一些，因此市电较低时整流变压器的次级端的电压仍能满足器件的要求。而在因此市电较高时，其整流输出仍不会高于300伏，因而不至于对交流稳压单元级中的射随管造成伤害。所以本实用型可以工作在电力不足的地方，而在电力过强的地方也不会损害。

2、在市电出现意外波动时不易被损坏。

也因为上述原因，所以在市电意外波动时，不会轻易损害。

六、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，与交流稳压单元对负载的供电回路互不干扰，交流稳压单元对负载的供电回路是交流整流单元的输出电流，经过交流稳压单元到负载，然后回到地线，也即是交流整流单元的接地端。

同时浮充采用了有脉冲的振荡形式充电，实现了对蓄电池科学的充电、从而能很大化的延长蓄电池的寿命与容量。

该单元的特点是不仅是一振荡发生器，在线路中可以调整频率。

其形成振荡、并频率可调的原理是，由振荡器（图2中的10.1）的输出端与同相端所连的脉冲比较电压支路（图2中的10.12），成为了同相端的比较电压，也成为阈值电压，当振荡器的输出端为高位时，通过两个电阻串联而成的脉冲电阻（图2中的10.15）向脉冲电容（图2中的10.16）充电，当充到阈值时，输出端骤变为低位，这时脉冲电容通过脉冲电阻向输出端放电，当电位低于同相端时，振荡器输出端变为高位，开始第二周期的充电过程。脉冲电阻形成了脉冲振荡频率的可调。

当振荡器输出为低位，充电管（图2中的8）导通，开始向蓄电池充电，而当振荡器输出为高位时，充电管截止，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。

在停充器（图2中的10.2）的负相端接有停充上偏比较电阻（图2中的10.21）与停充下偏比较电阻形成停充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，停充器输出高压，通过停充二极管（图2中的10.23）让振荡器停振，振荡器输出高位，充电管断开，停止向蓄电池充电。

七、市电及蓄电池双供电的的说明，其供电走向如图3所示。

当市电有交流时，交流整流单元输出高压，经过交流稳压单元后，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，即是交流整流单元中桥式整流电路二的接地端。

当市电交流无时，交流整流单元无输出，交流稳压单元无输出，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。

八、可控硅转换单元的原理说明。

当市电交流有时，交流整流单元输出高压，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，交流整流单元正极，经过控制单元三极管基极到地，集电极电流回路是，交流稳压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，交流整流单元无输出，转换控制电阻（图2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13.2）触发直流转换可控硅（图2中的13.1），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。

本实用型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。本实用型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、交流稳压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、过压保护效果特别好。因为形成了多级保护，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、有过流显示，因此对维护与使用十分方便。

5、比传统的稳压电源有更宽的适应能力，在发生意外电压高，不会损坏。而在电压较低的地方与时段也能正常工作。

6、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。

7、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。

8、价格低廉，适应性广，配套性强。

附图说明

图1是一种具备脉冲充电的交直流切换电源的方框图。

图中：1、整流变压器的次级端；2.0、防雷单元；3.0、交流整流单元；5、交流稳压单元；6.0、直流整流单元；7.0、直流供电单元；7、涓流电阻；8、充电管；9、蓄电池；10.10、脉冲充电电路；10.20、停充电路；11.0、或门单元；12.0、转换控制单元；13.0、可控硅转换单元；18、负载单元。

图2是一种具备脉冲充电的交直流切换电源的电子电路图。

图中：1、整流变压器的次级端；2、避雷器；2.1、或门二极管；2.2、或门二极管；3、桥式整流电路二；3.1、滤波电容； 5.2、过压保护电阻；5.3、限流支路；5.5、工作隔离支路；5.6、备份隔离支路；5.7、共用稳压支路中的二极管；5.8、共用稳压支路中的微调电阻；5.11、交流稳压三极管；5.12、过流保护电阻；5.13、交流或门二极管；6、桥式整流电路一；6.1、切换二极管；7、涓流电阻；8、充电管；9、蓄电池；9.1、直流或门二极管；10.1、振荡器；10.12、脉冲比较电压支路；10.15、脉冲电容；10.16、脉冲电容；10.2、停充器；10.21、停充上偏比较电阻；10.23、停充二极管；10.22、停充下偏比较电阻；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是本实用型中交流供电与直流供电的电流走向指示图。

图中：1、整流变压器的次级端；2、避雷器；2.1、或门二极管；2.2、或门二极管；3、桥式整流电路二；3.1、滤波电容；5.11、交流稳压三极管；5.12、过流保护电阻；5.2、过压保护电阻；5.3、限流支路；5.5、工作隔离支路；5.6、备份隔离支路；5.7、共用稳压支路中的二极管；5.8、共用稳压支路中的微调电阻；5.13、交流或门二极管；6、桥式整流电路一；6.1、切换二极管；7、涓流电阻；8、充电管；9、蓄电池；9.1、直流或门二极管；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；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、图2、图3表达了一种制作实例。

一、选用元件：交流稳压三极管的反压值为≥300V。为高反压大功率管3DD15，

备份隔离支路与工作隔离支路都是二极管串联组成；共用稳压支路由二极管与微调电阻串联组成。

备份隔离支路的二极管比工作隔离支路的二极管多二个至四个。

限流支路是一个发光管形成。

充电管是PNP三极管。

直流转换可控硅为单向可控硅。

交流稳压过压保护电阻用功率为1W的。

备份隔离支路与交流供电工作稳压管采用功率为1W的。

二、焊接：一种具备脉冲充电的交直流切换电源，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）、调整交流稳压单元输出电压.

调整共用稳压支路加上工作隔离支路的值，允许成在负向误差，调整微调电阻（图2中的5.8）的阻值，使之到标准值。

（2）、检测交流稳压单元的过流保护情况：观察限流支路，如果发光，则说明交流稳压三极管过流，具体测试是用一只阻值较小电阻作负载接在电源输出，模拟负载为过流起动的临界，观察限流支路（图2中的5.3），或将万用表中的电流表串联在限流支路，此时电流表应有电流指示。如无，应适当增加过流电阻的阻值，或提高交流稳压三极管的放大倍数。

（3）、检测与调整备份隔离支路（图2中的5.6）工作状态。将表串入备份隔离支路中，通电时该支路应无电流。若有电流，则应增加备份隔离支路的二极管。

（4）、检测蓄电池浮充的脉冲充电单元。

用一只三极管连成可调的稳压管模拟电路，代替蓄电池成为假负载。连接上假负载，将假负载调整至未充满电的情况，用示波器的热端连接振荡器（图2中的10.1）输出端，冷端接地。

在接通电源后，示波器有振荡图形显示，调节浮充振荡可调电阻（图2中的10.13）阻值，可调整振荡的频率，而浮充振荡可调限值电阻（图2中的10.15）是对浮充振荡可调电阻最小值的限制。

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，一种情况是停充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。

（5）、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。

(6)、 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。

（7）、检测雷击保护单元。

用本实用型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，避雷器将发出闪亮，否则是避雷器损坏。