专利名称：微机控制自动稳压矿灯充电架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及矿用充电设备，特别是用于全密封免维护矿灯充电的一种高精度稳压的微机控制自动稳压的矿灯充电架。
目前国内普通使用的酸性矿灯恒压充电架，大多用可控硅改变磁饱和稳压器的激磁电流实现充电电压稳压控制，这种充电架对于现有的矿灯是可用的，它能在15～150A充电电流范围内，充电电压基本达到5±0.1V。当充电电流小于10A以下时已难于稳住电压，甚至失去稳压能力。
全密封免维护矿灯是近年来我国新研制出来的一种新型专利产品，它具有体积小，重量轻、自放电小、寿命长、免维护的特点，是目前普遍使用的酸性矿灯的更新换代产品。但是，全密封免维护矿灯内阻小、充电过压承受能力低，因此对充电架的电压稳定度有很高的要求，要求能在5～200A充电电流变化范围内，充电电压应稳定在4.8V±0.05V。用现有的矿灯恒压充电架充电，达不到全密封免维护矿灯的要求，容易造成矿灯损坏和缩短使用寿命，因而，极大地阻碍了这种新型矿灯的推广与使用，也影响了这种产品的出口。
目前普通使用的矿灯恒压充电架，电压稳定性差的原因在于，流过磁饱和激磁回路的电流不是单纯的可控硅调制的100Hz直流脉动电流，而是三相交流电压信号与可控硅调制的直流脉动电压信号相叠加的、复杂的、不稳定的激磁电压；其次是充电电压为三相半波整流电压，采样电压信号波汶系数高，用通常的电压比较器采样存在着较大偏差，难于获得更高的电压稳压度；第三，现有的磁饱和电抗器稳压器，负荷越轻，交流压降越小，最终失去稳压作用。
中国《实用新型专利公报》第9卷、第21号公开了名称是“矿灯充电微机控制装置”的专利，其专利号ZL92230116.6、公告号CN2134741Y、申请日92.6.30。它的目的是设计一种稳压性能好，适合对多台充电架进行巡回检测集中控制，使充电架稳压智能化，并便于旧设备技术改造；其构成是单片机经I／O扩展电路、光电耦合器接充电回路的稳压控制元件，接自充电主回路输出端的采样接线端经多路转换器、A／D转换器或V／F变换器，接至单片机，接单片机的还有过零信号电路。其不足之处是激磁回路采用可控硅调制的直流脉动电压，充电电压稳定度低，磁饱和电抗器充电主回路在轻负荷时，失去稳压作用的问题仍不能解决。
本实用新型的设计目的在于克服现有技术中的不足之处，而提供一种磁饱和稳压器的激磁电流不再使用可控硅调制的直流脉动电流，而是使用电子开关脉冲调制直流稳定电流，通过提高激磁频率和调制精度，而大大改善充电电路的稳压特性，能满足全密封免维护矿灯充电要求的高稳定度微机控制自动稳压的矿灯充电架。
本实用新型的设计目的可以通过以下措施来达到在有矿灯充电磁饱和稳压主回路和激磁回路，由单片机16、V／F转换器12、数字锁存／译码／驱动器22、数字显示器8、稳压电源20组成的自动稳压控制电路，以及充电架架身构成的微机控制自动稳压矿灯充电架中，其激磁回路中接有脉冲调制开关电路，及调制速率控制电路15，有提高低负荷状态时稳压精度的低负荷自动加载电路。
本实用新型的设计目的还可以通过以下措施来达到其低负荷自动加载电路由单片机16经继电器驱动电路14，接继电器17，继电器17的接点、假负载18串接后并联在充电主回路输出端。
其调制速率控制电路15是压控振荡器，压控振荡器输出端接单片机，压控振荡器输入端接改变振荡周期的调节电位器。
其脉冲调制开关电路的开关元件为V－MOS功率器件13，该器件的续流二极管与磁饱和电抗器BK的激磁线圈相并联。
其稳压主回路中的充电电压调节器由拨码开关9及其相应电路组成。
其自动稳压控制电路的电路板，外形、安装尺寸与现有恒压矿灯充电架的稳压控制电路板相一致。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点①使用了单片微处理机，采用全数字化数据处理、控制技术，技术先进，稳压精度高，工作稳定可靠。解决了现有充电架稳压精度低，无法满足全密封免维护矿灯充电性能的问题。
②采用低负荷自动加载电路，克服了现有充电架小负荷充电状态不稳压的问题。
③使用数字给定、数字显示电路，准确、方便、实用。
④可对现有恒压矿灯充电架进行技术改造，提高其性能。
附图的图面说明如下
图1本实用新型结构示意图主视图图2本实用新型结构示意图侧视图图3本实用新型主回路与微机控制部分的接线图图4本实用新型微机控制部分的电气原理框图图5低负荷自动加载电路、调制速率控制电路的电气原理图本实用新型
以下结合附图作进一步的详述
图1、2为本实用新型安装结构示意图。其中4为主电源变压器ZB，3为三相半波整流二极管D，5为磁饱和电抗器BK，7为快速熔断管RD，2为快速熔断片KRD，11为主回路输入电电源控制开关K1，10为自动稳压与手动调节转换开关K2，以上部分与现在使用的磁饱和式酸性矿灯充电架结构、尺寸、电气参数、安装位置完全相同。A、B、C为380V三相交流电源的接线端子，＋、－端子为输出的充电电压端。
本实用新型的微机自动稳压控制电路板1一块，安装位置与原充电架位置相同，原装置为控制、电源两块电路板，去掉原装置中的中间两个导轨，新板可直接插入。
原有的控制变压器FB，即6，仅有一个次级绕组，需要换成50W双次级绕组的变压器，其中12V绕组为控制电路工作电源，另一个15V绕组为激磁回路工作电源，初级绕组仍然为380V。安装位置与现有的磁饱和式酸性矿灯充电架相同。
充电电压数字显示器8、基准电压给定拨码开关9则安装在充电架前面盘上。
图3示出微机控制部分与主回路接线。
图4示出本实用新型微机控制部分的电气原理。各主要环节及工作原理如下①单片微处理机由CPU(16)80C31、地址锁存器(21)74HC373和程序存储器(22)27C64构成一个单片微处理机最小系统；三位数字显示器数据由80C31－P0口输出，两位BCD码拨码开关由80C31－P1口输入，采样电路输出信号由80C31－P3.4口输入，调制速率脉冲信号由80C31－P3.5口输入，磁饱和电抗器的激磁电压控制信号由80C31－P3.7口输出，低负荷加载电路14的控制信号由80C31－P3.3口输出。三个芯片均采用功耗小的MOS结构芯片。80C31外接6MHz晶体振荡器。
②采样电路采样电路12由精密电压／频率转换器LM331及外围电阻器、电容器构成，调整有关器件参数使每1V电压输出频率为1000Hz。采样周期为0.1秒，采样精度可达到±0.01V。采用V／F转换电路，不仅便于与单片机联接，又减小了采样电压信号波动对采样精度的影响。
③基准电压给定电路9起原充电电压调节器的作用，它由两个BCD码拨码开关和一个置入键组成，其一端分别接80C31的P1.0～P1.7，其另一端共同接地。高位拨码开关每一位代表1V，低位拨码开关每一位代表0.1V，高位拨码开关仅用了低三位，给定电压可从0.1V直至7.9V范围内设定。为了避免拨码开关在拨动过程中的数值跳变，造成充电电不应有的波动，增加了一个置入键；不按置入键，单片机不从基准电压给定电路中取值，改变电压设置时，先拨动拨码开关，当基准电压设置正确后，再按置入键，将基准电压数据输入单片机。初始上电时，单片机直接从P1口获取基准电压值，无需按置入键。
④电子开关磁饱和电抗器的激磁电压源，为滤波后的较为稳定的直流电源，其激磁电流的大小由串接在激磁回路中的电子开关13改变输出脉冲电压的占空比而实现的。占空比可在1／1024～1范围内调整。当充电电压高于基准电压时，增大电子开关13的导通时间，反之则减小电子开关13的导通时间。电子开关采用工作频率高、导通电阻小的V－MOS功率器件IRF54160V／27A／125W。其栅极经电阻R151K接80C31的P3.7口。V－MOS功率器件的续流二极管与磁饱和电抗器BK的激磁线圈并联，其型号为1N5404。
⑤数字显示电路数字显示电路由三个CC4511锁存／译码／驱动器芯片23和三位LED数码管8组成，用于显示矿灯充电架的充电电压值，其中低二位为小数位电压显示器，高位为整数位显示，显示范围从0.01～9.99V，显示精度为0.01V。
⑥低负荷加载电路低负荷加载电路由驱动电路14、执行继电器17、假负载18三部分构成。如图5所示驱动电路14由两级放大器组成，四运放LM324中的A1与外围元件R2～5、C1构成第一级，A1的输入端负极接80C31的P3.3口；三极管BG1作驱动级，其集电极接执行继电器17；假负载18由一组可流过10～15A的电炉丝构成，它与继电器17的接点串接后并联在充电主回路的输出端。当充电电路输出电流小于一定值时，为保证充电电压的稳定，自动接入假负载。假负载什么时候接入、什么时候断开由单片机判断处理。需加载时，单片机P3.3口输出一个信号，经驱动电路14、驱动继电器17吸合，将假负载18加入。上述元件举例型号如下R210KΩ、R3100KΩ、R430KΩ、R510KΩ、C10.1μf、BG19014、D11N4001。
⑦调制速率控制电路15使用磁饱和稳压的充电电路，输出电压的变化滞后于激磁回路电压的变化；过快的调整激磁回路的电压通常会造成输出电压波动，难于获得较高的电压稳定度，这是现有恒压充电架输出电压稳定性差的一个原因。本实用新型增加了调制速率控制电路15，用以外部调制脉冲信号的速率，使采样电压的变化与激磁回路的调制同步，以获得稳定的输出。该电路实质是一个频率可调的脉冲振荡器，该振荡器采用压控振荡器有频率调节范围很宽的优点。举例的电路由四运放LM324中的两只运放A2、A3与外围元件R6～R13、C2、BG2及调节电位器W1构成。如图5所示。调整W1，即可改变压控振荡器的振荡周期。压控振荡器输出的脉冲信号经P3.5口输入单片机。单片机按照输入脉冲信号周期控制采样比较电路与调制电路基本同步。电路各元件的型号举例如下W110KΩ、R6100KΩ、R7～R1051KΩ、R11100KΩ、R1210KΩ、R1351KΩ、C22.2μf、BG29013。
⑧电源电路磁饱和电抗器激磁回路电源由控制变压器次级交流15V，经全波整流、滤波后供给；控制电路的稳压电路19由控制变压器次级交流12V，经整流、滤波，再经9V／5V两级集成稳压器稳压电源电路供给。
权利要求1.一种微机控制自动稳压矿灯充电架，有矿灯充电磁饱和稳压主回路和激磁回路，由单片机(16)、V/F转换器(12)、数字锁存/译码/驱动器(22)、数字显示器(8)、稳压电源(20)组成的自动稳压控制电路，以及充电架架身，其特征在于激磁回路中接有脉冲调制开关电路，及调制速率控制电路(15)，有用于提高低负荷状态时稳压精度的低负荷自动加载电路。
2.根据权利要求1所述的微机控制自动稳压矿灯充电架，其特征在于所说的低负荷自动加载电路由单片机(16)经继电器驱动电路(14)，接继电器(17)，继电器(17)的接点、假负载(18)串接后并联在充电主回路的输出端。
3.根据权利要求1所述的微机控制自动稳压矿灯充电架，其特征在于所说的调制速率控制电路(15)是压控振荡器，压控振荡器输出端接单片机，压控振荡器输入端接改变振荡周期的调节电位器。
4.根据权利要求1所述的微机控制自动稳压矿灯充电架，其特征在于所说的脉冲调制开关电路的开关元件为V－MOS功率器件(13)，该器件的续流二极管与磁饱和电抗器(BK)的激磁线圈相并联。
5.根据权利要求1所述的微机控制自动稳压矿灯充电架，其特征在于所说的稳压主回路中的充电电压调节器为拨码开关(9)及其相应电路。
6.根据权利要求1所述的微机控制自动稳压矿灯充电架，其特征在于所说的自动稳压控制电路的电路板，外形、安装尺寸与现有恒压矿灯充电架的稳压控制电路板相一致。
专利摘要本实用新型属于矿用充电设备，专用于全密封免维护矿灯充电的高稳压精度的微机控制矿灯充电架。由磁饱和稳压主回路、激磁回路和自动稳压控制电路组成，自动稳压控制电路由单片机、V/F转换器、数字锁存译码驱动器、数字显示器、接在激磁回路中的脉冲调制开关电路以及调制速率控制电路、低负荷自动加载电路构成。全数字化处理控制，技术先进，工作稳定可靠，稳压精度高，调定显示准确，也适于对现有充电架改造。
文档编号H02J7/10GK2172542SQ9323181
公开日1994年7月20日 申请日期1993年9月11日 优先权日1993年9月11日
发明者曹曰明, 皇甫均, 刘海珍 申请人:潍坊华宝煤矿设备有限公司