家用自動交流穩壓器的製作方法
2023-06-29 15:54:36
專利名稱：家用自動交流穩壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種在電網電壓波動比較大的情況下，為家用電器提供穩定的供電電壓的裝置，屬於家用電器的技術領域。
一般的家用電器是允許電網電壓有一定的波動的，但這種允許波動的範圍是有限的，尤其是電網電壓波動大於20％時，有些家用電器就不能承受，並有可能損壞這些用電器具。而現有的一些交流穩壓器主要有兩種形式，其一是大功率的交流穩壓器，這種穩壓器一般為較精密的電子設備所配用，並且其結構比較複雜，成本也非常高，體積也很大。其二是小型的交流穩壓器，這種穩壓器雖可以供一般家庭用，但存在著回差電壓大，可靠性比較差，且自身功耗也較大的問題。另外，以上小型的交流穩壓器採用的都是自耦變壓器輸入端固定，而在輸出端切換自耦變壓器抽頭，這對於輸入電壓要在很大範圍內波動的惡劣條件下，不至使空載電流大到不能容忍的地步，勢必增加自耦變壓器的銅耗和鐵耗。
本實用新型的發明目的就是針對以上存在的實際問題進行設計，從而製造了一種家用自動交流穩壓器，這種家用自動交流穩壓器具有調節精度高、回差電壓小，切換速度快，工作穩定可靠並且成本低廉的優點。
本實用新型的家用自動交流穩壓器主要由以下七個部分所組成，即採樣電路(1)、基準電路(2)、觸發器、驅動器(3)、繼電器開關(4)、自耦變壓器(5)、狀態指示電路(6)、電源(7)。
電源(7)採用分層結構，市電經自耦變壓器次級繞阻5－6端變壓輸出經D1－D4橋式整流經C1濾波後輸出低壓直流電壓VJ供給繼電器驅動電路，在此C1的正極接整流橋正輸出，負極與整流橋負端接地，此為第一層電源。電阻R1接整流橋正輸出，另一端接穩壓二極體D6的負極，D6的正極接地從R1，D6，R2節點輸出電壓VIC，作為集成電路單電源，此為第二層。電阻R2的一端接R1，D6節點，另一端接穩壓管D7的負端，D7的正端接地，從R2、D7節點輸出基準電壓，此為第三層電源。
採樣電路(1)由二極體D5負極下接三組相併聯的分壓器構成D5的正極接市電相線輸入，D5的負極下接R3、R8、R13第一組R3的另一端接R4和C3的正極，R4的另一端接電位器W1的一個固定端，W1的動臂及另一固定端和C3負極接地，其餘兩組具有完全相同的連接方法，從R3、R4、C3節點獲得採樣電壓Vs1加到A1的反向輸入端，從R8、R9、C5節點獲得的採樣電壓Vs2，加到A2的反向輸入端。從R13、R14、C7節點取得的採樣電壓Vs3加到A3的反向輸入端。
基準電路(2)與電源中的第三層電源合二為一，由R2、D7節點輸出的電壓經緩衝放大器A4輸出，並接至電阻R7、R12、R17的節點處，作為觸發器、驅動器(3)同相輸入端的基準電壓。
觸發器／驅動器(3)，由放大器A1、A2、A3構成，其同相輸入端接標準電壓，反相輸入端接採樣信號，三隻結構完全相同。現僅以A1為例敘述，由放大器A1為中心組成施密特觸發器，其輸出直接驅動負載即接電阻R6和狀態指示電路，R6的另一端接到A1的同相輸入端，該節點同時接有電阻R7、R7的另一端接基準電壓Vref；A1的反射輸入端接採樣電路R3、R4、C3節點Vs1，A1的輸出還接有LED1的負極和R5，LED1的正極與R5的另一端接繼電器J1線包的一端和C2的負極，J1線包的另一端和C2的正極接第一層電源VJ。
與此完全相同，A2驅動LED2和J2，A3驅動LED3和J3。
自耦變壓器(5)為抽頭式自耦變壓器，共有「0、1、2、3、4、5、6」7個引線端，「0」端接交流輸入輸出的中心線，並和電源(1)中的地線相接。「1、2、3、4」抽頭與「0」端的匝數依次遞增，作為相線的輸入端，通過繼電器開關(4)來切換，同時從抽頭「3」輸出穩定電壓，「5－6」為次級，接D1－D4整流電橋的輸入端。
繼電器開關(4)由繼電器J1，J2，J3的開關觸點所組成，繼電器J1的常閉觸點J1kb接自耦變壓器的1號抽頭，J1的常開觸點J1kk接2號抽頭，J1的動臂J1k接J2的常閉觸點J2KB，J2的常開觸點J2KK接3號抽頭，J2的動臂J2K接J3的常閉觸點J3kb，J3的常開觸點J3kk接4號抽頭，J3的動臂J3k與D5的正極接市電相線。
狀態指示電路(6)，由發光二極體LED1、LED2、LED3構成上並分流電阻，串聯在觸發器／驅動器的輸出迴路具體接法在上而已有敘述。
斯密特觸發器／驅動器由集電極開路輸出電壓比較器(LM339)的A1、A2、A3構成，具有回差電壓VH≈ (R4)/(R3) VJ(A1為例)以避免在比較器臨界狀態時的不穩定現象，三個斯密特觸發器採用同一個基準電平，而採樣電平通過D5直接取自市電，由電位器W1，W2，W3各自獨立調節，將W1調節到當市電182V時，A1觸發，將W2調節至，當市電203V時，A2觸發，將W3調節到市電為235V時A3觸發。
這樣其動作過程當市電從160V增加至＜182V時，由於Vs1，Vs2、Vs3＜Vref＋VH，因此，A1，A2，A3均輸出高電平，J1，J2，J3處於釋放狀態從圖2可知市電經J3，J2，J1的常閉觸點加到自耦變壓器的0－1兩端，而從0－3端升壓輸出，這時LED1、LED2、LED3不亮，指示升壓Ⅱ狀態。
當市電升高到182V時，Vs1＝Vref＋VH，導致A1開始觸發，在輸入電壓處於182V～203V之間時，Vs1＞Vref＋VH，Vs2，Vs3＜Vref＋VH，因此A1輸出低電平，J1吸合，A2、A3的集電極開路級截止，J2、J3仍處於釋放狀態，市電經J3、J2的常閉觸點，J1的常開觸點加到自耦變壓器的0－2端，從0－3兩端升壓輸出，LED1亮，LED2，LED3滅，指示升壓Ⅰ狀態。
當市電升至203V時，Vs2＝Vref＋VH，A2開始觸發，當輸入電壓處在203V－235V之間。Vs1、Vs2＞Vref＋VH，Vs3＜Vref＋VH，因此A1、A2觸發輸出低電平J1，J2吸合，A3的集電極開路輸出級截止，J3釋放，市電經J3常閉觸點，J2的常開觸點加到自耦變壓器的0－3端，直通輸出，這時LED1、LED2亮，LED3滅，指示交流穩壓器處於直通輸出狀態。
當市電升至235V時，Vs3＝Vref＋VH，A3開始觸發，當輸入電壓大於235V時，Vs1、Vs2、Vs3＞Vref＋VH，因此，A1，A2，A3均輸出低電平，J1，J2，J3都吸合，市電經J3的常開觸點接入自耦變壓器的0－4端，經0－3降壓輸出，這時LED1，LED2，LED3都點亮指示交流穩壓器處於降壓狀態。
斯密特觸發器／驅動器的反向觸發過程如下當市電自266V下降，至232V左右(略低2－4V)Vs3≤Vref，A3開始反向觸發，輸出管截止，J3釋放，市電經J3的常閉觸點，J2的常開觸點加到自耦變壓器的0－3端，這時直通輸出。
當市電繼續下降至200V左右時，至使Vs2≤VrefA2又開始反向觸發、J2釋放、交流穩壓器處於升壓Ⅰ狀態。
當市電再下降至大約179V時，Vs1≤VrefA1又開始反向觸發、J1釋放、市電經J3，J2，J1的常閉觸點，加到自耦變壓器的0－1端，而進入升壓Ⅱ狀態。
在觸發器、驅動器(3)中，放大器A1、A2、A3的輸出端可以通過一隻電阻分別與電晶體BG1、BG2、BG3的基極相連，其集電極分別接顯示器LED1、LED2、LED3的負端，其發射極分別接地，以組成集電極開路輸出的電壓比較器。
採用本實用新型《家用自動交流穩壓器》，具有以下優點1)穩定性、可靠性高，回差電壓小，一致性好，由於該交流穩壓器基準電壓經過二級穩壓，特別穩定，採樣又直接取自交流市電輸入，避免了變壓器變壓及低壓負載的影響，加上採用高增益的集成電路構成斯密特觸發器，因此觸發靈敏、穩定，且具有一定回差，回差電壓可控制在2－4V，因此，可以製得穩定可靠，性能優良的交流穩壓器，且生產中一致性好。
2)成本低，體積小，本實用新型中的斯密特觸發器／驅動器，可直接驅動繼電器，集成度高，提高了控制電路的性能／價格比，採用直接切換自耦變壓器輸入，因此在相同功率的情況下，較切換輸出端的可以降低自耦變壓器的銅耗和鐵耗，由此可見，不但成本可以大大降低，體積也可縮小，重量可以減輕。
3)具有發光指示，既可用LED指示交流穩壓器的工作狀態，使用戶自己能經常判別交流穩壓器是否正常工作，提高了安全感，如果出現故障，也可指示故障在哪裡，其次，也不失為一種裝飾效果。
圖1是本實用新型的結構框圖，圖2是電路原理圖。圖3是由運算放大器和電晶體結合構成的自動交流穩壓器電路原理圖。
本實用新型的具體實施方案如下自耦變壓器的各抽頭電壓變化範圍如前所述，斯密特觸發器A1A2A3選用LM339回電壓比較器集成電路(R6＝R11＝R16＝5.1MΩ，R7＝R12＝R17＝51KΩ，電源部分D1－D4為1N4001，D6為2CW60，D7為2CW55，R1＝1KΩ，R2＝2.7KΩ，採樣部分，D5為1N4005，R3＝R8＝R13＝390KΩ，R4＝30KΩ，R9＝27KΩ，R14＝20KΩ，電位器W1＝W2＝W3＝10KΩ，濾波電容C3＝C5＝C7＝10μF，狀態指示LED分流電阻R5＝R10＝R15＝220Ω繼電器採用JZC－78F，阻尼電容C2＝C4＝C6＝47μF。
據上所述，便可製成本實用新型的「家用自動交流穩壓器」。
權利要求1.一種家用自動交流穩壓器，由採樣電路、信號處理電路以及輸出電路所組成，其特徵在於該家用自動交流穩壓器由採樣電路(1)、基準電路(2)、觸發器/驅動器(3)、繼電器開關(4)、自耦變壓器(5)、狀態指示電路(6)、電源(7)所組成，其中採樣電路(1)由二極體D5的負極下接三組相併聯的分壓器構成；基準電路(2)與電源中的第三層電源合二為一，由R2、D7穩壓輸出的電壓經緩衝放大器A4輸出至電阻R7、R12、R17的節點處；觸發器/驅動器(3)由運算放大器A1、A2、A3所構成，其同相輸入端接標準電壓，反相輸入端接採樣信號；繼電器開關(4)由繼電器J1、J2、J3的開關觸點所組成；自耦變壓器(5)為抽頭式自耦變壓器；狀態指示電路(6)由發光二極體LED1、LED2、LED3上並分流電阻所構成，並且串接在觸發器/驅動器(3)的輸出迴路中；電源(7)採用分層電源結構，第一層電源VJ由整流和電容C1濾波後直接輸出，第二層電源由VJ經電阻R1和穩壓管D6後輸出VIC，第三層電源由VIC經電阻R2和穩壓管D7後，輸出Vref。
2.根據權利要求1所述家用自動交流穩壓器，其特徵在於觸發器／驅動器(3)中，放大器A1、A2、A3的同相輸入端分別接電阻R6與R7、R11與R12、R16與R17的節點，電阻R7、R12、R17的另一端接第三層電源Vref，電阻R6、R11、R16的另一端分別接A1、A2、A3的輸出端。
3.根據權利要求1或2所述的家用自動交流穩壓器其特徵在於繼電器開關電路(4)中，繼電器J1的常閉觸點J1KB接自耦變壓器的1號抽頭，J1的常開觸點J1kk接自耦變壓器的2號抽頭，J1的動臂J1k接J2的常閉觸點J2kb，J2的常開觸點J2kk接自耦變壓器的3號抽頭，J2的動臂J2k接J3的常閉觸點J3kb，J3的常開觸點J3kk接自耦變壓器的4號抽頭，J3的動臂J3k與二極體D5的正極相接並接市電相線。
4.根據權利要求3所述的家用自動交流穩壓器，其特徵在於經過穩壓輸出的電壓從自耦變壓器的3號頭輸出。
5.根據權利要求2所述的家用自動交流穩壓器，其特徵在於在觸發器／驅動器(3)中，放大器A1、A2、A3的輸出端可以通過一隻電阻分別與電晶體BG1、BG2、BG3的基極相連，其集電極分別接顯示器LED1、LED2、LED3的負端，其發射極分別接地，以組成集電極開路輸出的電壓比較器。
專利摘要家用自動交流穩壓器是一種小型電子交流穩壓器，它可以在電網電壓波動比較大的情況下，輸出家用電器所需的額定電壓，從而保護家用電器不被損壞。它主要由採樣電路、基準電路、觸發器/驅動器、繼電器開關、自耦變壓器、狀態指示電路及電源電路所構成，其中電源電路採用分層電源輸出的方式，其分三層電源輸出，觸發器/驅動器採用運算放大器，輸出切換採用繼電器開關，自耦變壓器採用抽頭式自耦變壓器，該穩壓器結構簡單、可靠，成本低。
文檔編號G05F1/10GK2066164SQ9021218
公開日1990年11月21日 申請日期1990年4月29日 優先權日1990年4月29日
發明者章毅傑, 章玉琴, 張明宇, 張華勤, 顧伯萱 申請人:章毅傑