一種調壓開關電路的製作方法

2023-09-24 02:50:20 1

專利名稱：一種調壓開關電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於交流電源的整流調壓電路技術領域，特別是涉及一種用於檢測電磁鐵 或繼電器等電氣元件的動、靜態特性的儀器或設備的電源調壓開關電路。
背景技術：
電磁鐵是機電一體化和自動化電氣控制系統中常用的電磁執行元件，作為一個動 力元件，它的性能直接影響到由它所構成的元件及裝置的整體性能，因此對電磁鐵的 性能進行測試是非常必要的。關於電磁鐵的性能指標，通常有靜態性能和動態性能兩 類，測試過程需要電磁鐵檢測儀器提供符合一定要求的工作電流和電壓。當進行靜態 特性測試時，往往需要較大的工作電流和需要連續調整的測試電壓；當進行動態特性 測試時，則要求儀器具有較大的開關電流和較高的開關頻率。現有技術中的交流電源整流調壓電路原理，如圖i所示，交流電網經過變壓器r獲得一定的交變電壓，然後通過整流電路2'將工頻交流電轉換為脈動直流電，再用濾波 電路3'將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分，最後經一穩壓 電路4'，對整流後的直流電壓進一步進行穩定得到需要的直流工作電壓5'。目前，在現 有的交流電源整流調壓電路原理基礎上，為了獲得更好的電源輸出特性，還有不少新 的技術方案被不斷提出。如申請號為94247675.1(CN2218943Y)《恆電流輸出連續可調 直流穩壓電源》公開一種恆電流輸出連續可調直流穩壓電源，它包括隔離式調壓變壓 器和採用三端可調式集成電壓調整器，變壓器的初級接電源，次級與整流器聯接，次 級電壓為可調式，滑動觸頭與輸出電壓調節電位器同步調節。該電路雖然實現了穩壓 電源的輸出連續可調，但是電路中採用變位器同步調節電壓，仍然會產生一定的壓降 損耗，並且該電路無法實現較大的開關電流和較高的開關頻率。又如專利號為ZL94240764.4(公告號為CN2195824Y)的中國實用新型《大功率、無 調壓器的調壓、整流設備》公開了一種採用在初級線圈上設置多組調節輸入電壓的調 節開關實現無調壓器的調壓。但是這種電路無法實現對電壓的無級連續調整。再如專 利號為ZL92217764.3(公告號為CN2129946Y)的中國實用新型《模塊式交流電源自動調 壓器》包括有變壓器、整流電路、調壓電路和繼電器，其主要特點是調壓電路採用一 只ZTY模塊和一隻可調電阻組成，在電網電壓變化時，取樣電壓隨之升降，驅使ZTY 模塊控制繼電器吸放，實現換接變壓器輸出抽頭，達到自動調節電壓的目的。然而該 電路由於通過繼電器控吸放換接方式調壓，調壓範圍有限，仍然難以實現連續無級調壓。由於電磁鐵的動、靜態特性要求測試電磁鐵性能的儀器在供電電源上有著特殊的 要求，按照上述現有技術的交流電源整流調壓電路原理以及相關的專利技術改進方 案，在靜態性能測試中，為獲得可連續變化的測試電壓，通常在直流輸出電路上採用 電位器來實現電壓調整，但是電位器的使用往往形成較大的內阻，需要消耗額外功 率，影響測試精度；而在動態性能測試中，常利用繼電器接點或手動板鍵通斷的方式 無法獲得穩定、較高的開關頻率，影響動態性能的測試效果。因此，這些都給電磁鐵 性能檢測在技術上帶來一定的困難，還有待於作進一步的研究和改進。發明內容本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種能夠實現電壓連 續調節、無額外功率損耗的具有開關功能的調壓開關電路。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為該調壓開關電路，包括有 一變壓電路，實現對輸入的交流電源的高低壓變壓轉換；一可控矽整流濾波電路，連接所述變壓電路的輸出端，並實現對上述變壓後的次級交流電的整流、濾波；以及一觸發電路，用來控制所述可控矽整流濾波電路的導通和關閉；其特徵在於所述的變壓電路包括有主電路變壓器，還包括有與所述的主電路變壓器連接的交流調壓器，所述的觸發電路包括有輔助直流電源電路和信號發生器電路，所述的可控矽整流濾波電路的觸發導通端與所述的信號發生器電路的信號輸出端相連。所述的可控矽整流濾波電路可以採用現有的各種電路連接方式，優選地採用如下 電路其包括有第一可控矽、第二可控矽，第一光耦、第二光耦，第一二極體、第二 二極體，以及第一電阻、第二電阻，第一濾波電容；其中，所述第一二極體的陽極一路與所述變壓電路的一個輸出端相連，另一路與 所述第一可控矽的陽極相連，第一二極體的陰極經第一電阻連接所述第一光耦的集電 極輸出端，第一光耦的發射極輸出端與第一可控矽的觸發端相連，第一光耦的輸入二 極管陰極與第二光耦的輸入二極體陽極連接，第一可控矽的陰極作為整個可控矽整流 濾波電路的輸出口；所述第二二極體的陽極一路與所述變壓電路的另一個輸出端相連，另一路與所述 第二可控矽的陽極相連，第二二極體的陰極經第二電阻連接所述第二光耦的集電極輸 出端，第二光耦的發射極輸出端與第二可控矽的觸發端相連，第二光耦的輸入二極體 陰極接地，第二可控矽的陰極與第一可控矽的陰極共點連接後與第一濾波電容的一端 連接。
所述的輔助直流電源電路可以包括有變壓、整流濾波和穩壓這幾個基本單元，只 要能夠實現直流輸出的電源電路均可以作為本發明的輔助直流電源電路，優選地採用 包括有變壓器、橋式整流電路、第二濾波電容、第三濾波電容和具有輸入端、輸出端 及接地端的三端穩壓器的電路，其中，所述的橋式整流電路兩個輸入端與變壓器的輸 出端分別相連，橋式整流電路的第一輸出端接地，第二輸出端一路與所述的三端穩壓 器的輸入端相連，另一路經第二濾波電容接地，三端穩壓器的輸出端經第三濾波電容 接地。所述的信號發生器電路可以為各種現有的方波發生器或多諧振蕩器，優選地採用 以555定時器為核心的多諧振蕩器為本發明的可控矽整流濾波電路的觸發器，其主要產 生方波信號進行觸發，該多諧振蕩器的輸出端串接第三電阻後與所述第一光耦的輸入 二極體陽極相連。為了獲得更好的輸出直流工作電壓和電流，所述的調壓開關電路還可以包括有第 三二極體和第四二極體，其中，所述的第三二極體的陽極與所述第一濾波電容的一端 相連，第三二極體的陰極與所述第四二極體的陰極相連，第四二極體的陽極與第一濾 波電容的另一端相連。於是，通過起到保護作用的第三二極體可以提供低內阻大功率 直流輸出，而第四二極體則作為續流二極體，能夠適應大電流感性負載，提供斷電後 的放電迴路。與現有技術相比，本發明的優點在於首先，採用了交流調壓器調整輸出電壓， 效率高，儀器發熱小，適合長時間連續工作，可以保證大電流、低內阻條件下連續調 整輸出電壓，能夠用於對電磁鐵的老化與壽命試驗；其次，由於不使用電位器，無額 外功率損耗，保證了電磁鐵測試電路在大功率下工作的需要；另外，採用可控矽整流 濾波電路，實現了輸出從0到最高每秒30次以上的開關控制，再加上可控矽僅用於全波 式直流開關，不產生幹擾，功率消耗低，能夠用於對電磁鐵的工作頻率和使用壽命的 測試。因此，本發明的調壓開關電路由於採用先調壓後整流的方案，在不同輸出電壓 時，均能提供最大額定的輸出電流，整個電路結構簡單、體積小、可靠性高，而且使 用方便。


圖l為現有技術調壓開關電路原理框圖。圖2為本發明實施例的調壓開關電路原理框圖。圖3為本發明實施例的具體電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。 如圖2所示為本發明的電路原理框圖，該調壓開關電路包括有實現對輸入的交流電 源的高低壓變壓轉換的變壓電路l，實現對上述變壓後的次級交流電的整流、濾波的可 控矽整流濾波電路2，以及來控制所述可控矽整流濾波電路的導通和關閉的觸發電路 3。其中，所述的變壓電路1包括有主電路變壓器T2，還包括有與所述的主電路變壓器 T2連接的交流調壓器T1，可控矽整流電路2的輸入端分別與變壓電路1的輸出端相連； 而所述的觸發電路3包括有由變壓、整流和穩壓單元組成的輔助直流電源電路31，以及 信號發生器電路32，所述的可控矽整流濾波電路2的觸發導通端21與所述的信號發生器 電路32的信號輸出端321相連。如圖3所示，為本發明的一個優選實施例的具體電路原理圖。電網交流電輸入交流調壓器T1調節電壓，並經主電路變壓器T2獲得次級交流輸出 電壓，第一二極體D1的陽極一路與所述主電路變壓器T2的一個輸出端相連，另一路與 所述第一可控矽SCR1的陽極相連，第一二極體D1的陰極經第一電阻R1連接所述第一 光耦0PT1的集電極輸出端，第一光耦0PT1的發射極輸出端與第一可控矽SCR1的觸發 端相連，第一光耦OPTl的輸入二極體陰極與第二光耦OPT2的輸入二極體陽極連接， 第一可控矽SCR1的陰極作為整個可控矽整流濾波電路的輸出口；所述第二二極體D2的陽極一路與所述變壓電路1的另一個輸出端相連，另一路與 所述第二可控矽SCR2的陽極相連，第二二極體D2的陰極經第二電阻R2連接所述第二 光耦OPT2的集電極輸出端，第二光耦OPT2的發射極輸出端與第二可控矽SCR2的觸發 端相連，第二光耦OPT2的輸入二極體陰極接地，第二可控矽SCR2的陰極與第一可控 矽SCR1的陰極共點連接後與第一濾波電容C1的一端連接；而第一濾波電容C1的一端又與第三二極體D3的陽極相連，第三二極體D3的陰極 與第四二極體D4的陰極相連，第四二極體D4的陽極則與第一濾波電容C1的另一端相 連；另外，交流電源同時又直接輸入變壓器T3進行變壓，並經過橋式整流電路D5進行 整流，所述的橋式整流電路D5兩個輸入端與變壓器T3的輸出端分別相連，橋式整流電 路D5的第一輸出端Outl接地，第二輸出端Out2—路與所述的三端穩壓器Ul的輸入端 Vin相連，另一路經第二濾波電容C2接地，三端穩壓器Ul的輸出端Vout—路經第三濾 波電容C3接地，另一路與以555定時器U2為核心的多諧振蕩器相連。所述的555定時器 U2為核心的多諧振蕩器具體連接電路為555定時器U2的lu腳直接接地，其中，低電 平復位端4u腳接穩壓器Ul的輸出端Vout，作為555定時器U2的電源輸入端，8u腳與所 述的4u腳共點；控制端5u腳經第五電容C5接地；閥值電壓端6u腳和觸發端2u共點並經 第四電容C4接地；放電端7u腳一路連接電位器R0的一端，另一路接到輸出端3u上，電 位器R0的另一端一路經第四電容C4後接地，另一路經開關K後接地；所述輸出端3u腳 串接第三電阻R3後與所述第一光耦0PT1的輸入二極體陽極相連。
本實施例電路的基本工作原理如下因為電磁鐵性能測試的需要，如果採用一般的直流調壓穩壓電路，因為其內部功 率損耗過高，在做被測對象的壽命試驗時，需要長時間工作，因此本發明採用如上所 述的電路，交流輸入電源首先通過500W交流調壓器T1完成輸出電壓的調整，以此來提 高效率，減少產生的內部功耗。然後經主電路變壓器T2保證低內阻並進行電壓變換輸出次級交流電壓，再利用可控矽整流濾波電路的全波整流完成交直流的轉換。其中，可控矽整流濾波電路中的第一光耦0PT1、第二光耦0PT2在可控矽關閉時 能夠有效地起到隔離阻斷作用，防止末端輸出電流和電壓的信號幹擾，而設置在可控 矽整流濾波電路中的第一二極體D1、第二二極體D2則作為保護二極體實現可控矽防反 壓保護，其中的第一電阻R1、第二電阻R2可以為適應不同型號的可控矽器件的匹配電 阻。可控矽整流濾波電路通過由以555定時器U2為核心的頻率為0 30PPS的可調方波 發生器獲得觸發信號，實現可控矽全波直流的開關功能，開關的周期由555定時器U2 觸發產生，並由定時器外圍電路上的電位器RO調整輸出的脈衝頻率。所述方波發生器具體工作原理如下將開關K打開，當輸出端3u為高電平時，電 位器R0對第四電容C4充電，當555定時器U2的2u、 6u端電壓超過2/3輸入電壓時，輸出 變為低電平，7u端放電端導通，第四電容C4通過電位器R0放電；當放電至2u、 6u端電 壓低於l/3輸入電壓時，輸出端3u又變為高電平，由於電位器RO阻值可調，如此反覆振 蕩，形成頻率可調方波輸出。將開關K閉合，第四電容C4被短接，555定時器U2無法形成多諧振蕩，輸出端3u 一直保持高電平，於是第一光耦0PT1、第二光耦0PT2始終導通，第一可控矽SCR1、 第二可控矽SCR2可看成是兩個二極體，始終處於導通狀態。因此，當開關K打開時，第一可控矽SCR1、第二可控矽SCR2作為開關，提供了較 大開關電流和較高開關頻率，可以測試電磁鐵的最高工作頻率(動態特性)，同時仍 可調節交流調壓器改變電壓；而當開關K閉合時，可通過調節所述的交流調壓器T1電 壓來測試吸動和釋放電參數等靜態特性。而555定時器U2的高電平輸入端電壓則過由變壓器T3、整流橋D5、三端穩壓器U1 以及第二濾波電容C2、第三濾波電容C3組成的輔助直流電源電路獲得。當多諧振蕩器 發出方波觸發信號時，多諧振蕩器的輸出通過第三電阻R3連接到第一光耦0PT1和第二 光耦OPT2，通過光耦的導通和阻斷來控制第一可控矽SCR1與第二可控矽SCR2的導通 和阻斷，從而輸出大功率的脈動電流。最後，可控矽整流濾波電路的輸出端經第一濾波電容C1濾波後分別由與第一濾波 電容C1兩端並接的電壓表、與第一濾波電容C1一端串接的電流表指示輸出電壓和電流
數值，並且，在電流表迴路上串接保護第三二極體D3提供低內阻大功率直流輸出，在 電壓表兩端並接第四二極體D4作為續流二極體，能夠適應大電流感性負載。本實施例電路由於不使用電位器，而是採用交流調壓器調整輸出電壓，因此無額 外功率損耗，電路效率高，儀器發熱小，可長時間連續工作，並能夠保證大電流，低內阻條件下連續調整輸出電壓，測試電壓調整範圍為0 30V，最大輸出電流為5A，同 時運用可控矽開關技術實現輸出從0到最高每秒30次以上開關控制，能夠符合對電磁鐵 的工作頻率和壽命老化試驗的測試要求。
權利要求
1、一種調壓開關電路，包括有一變壓電路(1)，實現對輸入的交流電源的高低壓變壓轉換；一可控矽整流濾波電路(2)，連接所述變壓電路(1)的輸出端，並實現對上述變壓後的次級交流電的整流、濾波；以及一觸發電路(3)，用來控制所述可控矽整流濾波電路(2)的導通和關閉；其特徵在於所述變壓電路(1)包括有主電路變壓器(T2)，還包括有與所述的主電路變壓器(T2)連接的交流調壓器(T1)，所述的觸發電路(3)包括有輔助直流電源電路(31)和信號發生器電路(32)，所述的可控矽整流濾波電路(2)的觸發導通端(21)與所述的信號發生器電路(32)的信號輸出端(321)相連。
2、 根據權利要求l所述的調壓開關電路，其特徵在於所述的可控矽整流濾波電 路包括第一可控矽(SCR1)、第二可控矽(SCR2)，第一光耦(OPTl)、第二光耦(OPT2)， 第一二極體(D1)、第二二極體(D2)，以及第一電阻(R1)、第二電阻(R2)，第一濾波電容 (Cl);其中，所述第一二極體(D1)的陽極一路與所述變壓電路(1)的一個輸出端相連，另 一路與所述第一可控矽(SCR1)的陽極相連，第一二極體(D1)的陰極經第一電阻連接所 述第一光耦(0PT1)的集電極輸出端，第一光耦(OPT2)的發射極輸出端與第一可控矽( SCR1)的觸發端相連，第一光耦(OPTl)的輸入二極體陰極與第二光耦(OPT2)的輸入二 極管陽極連接，第一可控矽(SCR1)的陰極作為整個可控矽整流濾波電路的輸出口 ；所述第二二極體(D2)的陽極一路與所述變壓電路(1)的另一個輸出端相連，另一路 與所述第二可控矽(SCR2)的陽極相連，第二二極體(D2)的陰極經第二電阻(R2)連接所 述第二光耦(OPT2)的集電極輸出端，第二光耦(OPT2)的發射極輸出端與第二可控矽( SCR2)的觸發端相連，第二光耦(OPT2)的輸入二極體陰極接地，第二可控矽(SCR2)的 陰極與第一可控矽(SCR1)的陰極共點連接後與第一濾波電容(C1)的一端連接。
3、 根據權利要求l所述的調壓開關電路，其特徵在於所述的輔助直流電源電路 包括有變壓器(T3)、橋式整流電路(D5)、第二濾波電容(C2)、第三濾波電容(C3)和具有 輸入端(Vin)、輸出端(Vout)及接地端(GND)的三端穩壓器(Ul)，其中，所述的橋式整流 電路(D5)兩個輸入端與變壓器(T3)的輸出端分別相連，橋式整流電路(D5)的第一輸出端 (Outl展地，第二輸出端(Out2)—路與所述的三端穩壓器的輸入端(Vin)相連，另一路經 第二濾波電容(C2)接地，三端穩壓器的輸出端(Vout)經第三濾波電容(C3)接地。
4、 根據權利要求3所述的調壓開關電路，其特徵在於所述的信號發生器電路為 以555定時器(U2)為核心的多諧振蕩器，該多諧振蕩器的輸出端(3u)串接第三電阻(R3) 後與所述第一光耦(OPTl)的輸入二極體陽極相連。
5、根據權利要求1 4中任一權利要求所述的調壓開關電路，其特徵在於還包括 有第三二極體(D3)和第四二極體(D4)，其中，所述的第三二極體(D3)的陽極與所述第一 濾波電容(C1)的一端相連，第三二極體(D3)的陰極與所述第四二極體(D4)的陰極相連， 第四二極體(D4)的陽極與第一濾波電容(C1)的另一端相連。
全文摘要
一種調壓開關電路，包括有一變壓電路，實現對輸入的交流電源的高低壓變壓轉換；一可控矽整流濾波電路，連接所述變壓電路的輸出端，並實現對上述變壓後的次級交流電的整流、濾波；以及一觸發電路，用來控制所述可控矽整流濾波電路的導通和關閉；其特徵在於變壓電路包括有主電路變壓器，還包括有與主電路變壓器連接的交流調壓器，觸發電路包括有輔助直流電源電路和信號發生器電路，可控矽整流濾波電路的觸發導通端與信號發生器電路的信號輸出端相連。本發明採用了交流調壓器調整輸出電壓，由於不使用電位器，無額外功率損耗，保證了電磁鐵測試電路在大功率下工作的需要；另外，採用可控矽整流濾波電路，實現了輸出從0到最高每秒30次以上的開關控制。
文檔編號H02M7/12GK101162873SQ200710071038
公開日2008年4月16日 申請日期2007年8月28日 優先權日2007年8月28日
發明者馮筠蓀, 燁 陸 申請人:馮筠蓀;陸 燁