專利名稱:可控硅并聯調節式直流穩壓電源的制作方法
本實用新型用于將交流轉變為直流穩壓電源的場合，涉及一種由可控硅并聯調節電壓的直流穩壓電源裝置。
現有的可控硅穩壓電源，其基本結構是可控硅與負載串聯，以控制可控硅的導通角來達到控制負載上電壓的目的。由于可控硅一經觸發，即使觸發電壓隨即消失，可控硅仍維持導通，直到可控硅陽極電流低于維持電流或換向。如果負載發生短路，即便是觸發電壓隨即消失，可控硅仍導通，于是，巨大的短路電流將導致可控硅過流燒毀，除非加設特殊的高速保護裝置，另一方面為控制精度不高，其原因在于當輸出電壓達到預定值時，即使隨即消失觸發電壓，可控硅仍維持導通，直到可控硅陽極電流低于維持電流或換向，因此而導致輸出電壓仍繼續上升，並不作出迅速的反應，從而產生超調量。
本實用新型的目的是設計一種可控硅直流穩壓電源，使其具有如下特點當輸出電壓上升到預定值時，可控硅能迅速作出反應，從而高速地控制輸出電壓，並且，當負載發生短路時，該可控硅並無過流燒毀的危險。
本實用新型的解決方案是在整流器的交流輸入端串聯一個電抗器，用以限制交流輸入的最大電流值，從而也就限制了整流器輸出的直流電流最大值。在整流器直流輸出端并聯一個可控硅，可控硅截止時，直流輸出提供給負載，當負載電壓上升到預定值時，由觸發控制電路立即將可控硅觸發，于是，迅速導通的可控硅將直流輸出短路，從而確保輸出電壓不超過預定值。由于觸發控制電路的響應速度可設計的很高，因此，這一動作的時間幾乎由可控硅導通時間決定，而可控硅導通時間一般都在μS級，可見，動作時間是相當迅速的。該狀態維持到輸入電流低于可控硅陽極維持電流或換向，可控硅重新截止，下一周期又重復上述情況，于是在負載上得到峰值穩定的脈動直流。如果在直流輸出到負載之間串入二極管，用以防止電流倒流，並在負載兩端并聯容量足夠大的濾波電容，則可輸出穩定而平滑的直流電壓。另一方面，由于電抗器的限流作用，即使負載短路或可控硅導通，都不存在可控硅過流燒毀的危險，忽略可控硅及整流器的正向壓降，當可控硅導通時，等效于將整流器交流輸入端短路，相當于電抗器直接并聯在交流電源上，由于電抗器的有功損耗很小，因此，該電源的效率很高，而且電抗器可以是電容性的，也可以是電感性的，因此，靈活選用電抗器類型還有利于電網功率因素的提高。
圖1為本實用新型方案示意圖；圖2為本實用新型工作波形示意圖；圖3為一個實施例電路圖；圖4為具有跟蹤調節特性的實施例電路圖。
現參照附圖對本實用新型作進一步說明。在圖1中，整流器2的交流輸入端串接有電抗器1，整流器2的直流輸出端并聯可控硅SCR1，直流輸出經觸發控制電路3與可控硅SCR1控制極聯接，觸發控制電路3包括電壓取樣、基準及比較三個功能，當輸出電壓達到預定值時，由于電壓取樣電路的電壓比基準值略大，于是產生觸發可控硅SCR1的信號，可控硅導通，從而仰制了輸出電壓的繼續上升，以下通過電壓波形圖2進一步分析假設可控硅一直處于截止，則輸出電壓波形如圖2a虛線所示，實際上，當輸出電壓上升到預定值V1時，通過觸發控制電路立即使可控硅SCR1導通，于是輸出得到如圖2a實線表示的一連串峰值穩定的脈動直流電壓。
圖3為一個實施例電路圖。電阻R1與R2串聯，並跨接在輸出端5、6之間，電阻R1和R2的連接點與可控硅SCR1控制極之間跨接有穩壓管D2，由R1、R2、D2構成觸發控制電路，濾波電容C1跨接在輸出端5、6之間，並且在端點4、5之間接有二極管D1，用以防止當可控硅SCR1導通時，電容C1的電能被可控硅SCR1泄放。當輸出電壓達到預定值時，即有觸發電流產生，反之則無觸發電流產生，由此達到穩定輸出電壓的目的。由于電容C1的作用，使得輸出為平滑而穩定的直流電壓(如圖2b實線所示)。輸出電壓預定值由電阻R1和R2、穩壓管D2決定，必要時也可用電位器取代電阻R2，以達到電壓可調的目的。整流器2可采用全波整流、橋式全波整流或半波倍壓整流等所有從整流器交流側看進去有雙向流通特性的各種整流器。電抗器1的阻抗Z應滿足下式Z≤(nU2- V2]]>)／Im式中n為整流器的效率，全波整流為0.9，半波整流為0.45；Im為額定輸出電壓V時的最大輸出電流，電抗器1是由電感器L或電容器C與低電阻R串聯或電容器C與低電感L1串聯構成，其中R或L1是用以限制當可控硅SCR1導通時流過的瞬時脈沖電流。R或L1的阻抗一般情況應選擇(1／10～1／50)Z。可控硅SCR1電流允許值IS應滿足 IS＞2U／Z電壓穩定度分析由于輸出電壓僅與電壓取樣電阻R1和R2的分壓比、穩壓管D2的穩壓值，以及可控硅SCR1的觸發電流有關，而與輸入交流電壓變化無關(在可控范圍內)，因此電壓穩定度很高。
輸出紋波電壓分析當輸出達到預定電壓時，可控硅SCR1導通，此后，輸出能量僅由電容C1維持，至下周期時將產生一電壓差△V。由電容器能量關系可導出△V的估算公式(此式用于全波整流，f為電源頻率)△V＝Im／4fC負載穩定度分析當輸出電流由零變化到Im，電壓變化的平均值為△V／2，于是負載穩定度＝(△V／2V)％由圖3所示的實施例，當電抗器1用17μF的電容C和5Ω電阻R串聯構成，整流器為全波橋式整流，C1為4700μF，R1為3.3KΩ，R2為1KΩ，D2為2CW23A，可構成如下特性的穩壓電源交流輸入電壓 220V±10％(50HZ)直流輸出電壓 100V直流輸出電流 1A電壓穩定度 ＜0.001％紋波電壓(有效值) ≤0.25V負載穩定度 ≤0.25％上述穩壓性能分析可知，提高交流輸入電源的頻率有利于改善紋波及負載穩定度指標。若以千赫級的方波變換電路與本實施例配合，可構成輕巧型高性能穩壓電源。
圖4為具有跟蹤調節特性的實施例，其中的電抗器1、整流器2、可控硅SCR1、二級管D1、電容器C1與圖3結構一樣，並在端點5、7之間跨接有電阻R5；可控硅SCR2跨接在端點6、7之間；三端可調穩壓集成塊M337的輸入極與端點6相接，M337的輸出極與端點8連接；電阻R6、電位器W1、電阻R7串聯，並跨接在端點7、8之間；電位器W1與電阻R7的接點與M337的控制極連接；穩壓管D3與電阻R3串聯，並跨接在可控硅SCR1控制極與端點8之間；穩壓管D4與電阻R4串聯，並跨接在可控硅SCR2控制極與端點8之間；二級管D5跨接在端點4、7之間；二級管D6跨接在端點6、8之間；電容器C2跨接在端點7、8之間，其工作原理如下由于可控硅SCR1的觸發控制電路由穩壓管D3和電阻R3串聯構成，觸發閥值電壓主要由穩壓管D3的穩壓值決定，當端點6、8之間的電壓低于觸發閥值時，電源向C1充電，而當端點6、8之間電壓升高到觸發閥值時，可控硅SCR1導通，電容C1上電壓將不在繼續上升，從而有效地控制M337的壓降。M337、電阻R7、電位器W1、電阻R6等構成典型的集成穩壓線路(也可用其它類似電路取代)，調節電位器W1可改變輸出電壓。此結構的優點在于由M337獲得優良的穩壓性能，而可控硅SCR1獲得跟蹤調節電容C1電壓的目的，使得無論輸出電壓為何值，始終使M337的壓降不大于主要穩壓管D3決定的觸發閥值電壓，從而有效提高了電源的效率。例如，設置觸發閥值電壓為10V，輸出電壓為0～200V，當輸出為1A電流時，M337的功率損耗僅為10W。可控硅SCR2、電阻R5、穩壓管D4、電阻R4構成短路保護電路，當輸出短路或過載時，由于M337內部電路的限流作用，使得M337壓降增大，但當壓降增大到主要由穩壓管D4決定的觸發閥值電壓時，可控硅SCR2立即導通，使端點6、7之間電壓迅速下降到接近零，有效的保護了M337，電容C1的能量經電阻R5和可控硅SCR2泄放，二極管D5起到短路保護電路自動復位的作用。圖4中，當C＝25μF；R＝5Ω；C1＝680μF；C2＝10μF；R3＝560Ω；R4＝560Ω；R5＝5Ω；R6＝1KΩ；W1＝200KΩ；R7＝1KΩ；D3為2CW23A；D4為2CW23C時，實施例具有如下的穩壓特性交流輸入電壓 220V±10％(50HZ)直流輸出電壓 2.5～150V直流輸出電流 1A電壓穩定度 ＜0.001％紋波電壓(有效值) ≤10mV負載穩定度 ≤0.05％本實用新型與一般傳統的可控硅穩壓電源相比，具有響應速度快、控制精度高、可控硅無短路燒毀的危險，而且控制電路簡單。圖3的實施例線路簡單卻具有很高的電壓穩定度，並可作到低紋波及高負載穩定度。圖4的實施例可用較小容量的電容C1而獲得高性能的精密穩壓電源。
用本實用新型的實施例以及同樣原理的各種變化和替換可構成性能價格比很高的系列化高效率直流穩壓電源。另外，當負載是直流電機時，圖3的實施例及其變換電路可構成簡單而可靠的電機調速或穩速電路，若將電壓取樣電路換成電流取樣電路還可構成電機力矩調節或穩力矩電路。
權利要求
1.一種可控硅并聯調節式直流穩壓電源，本實用新型的特征是整流器2的交流輸入端串接有電抗器1，整流器2的直流輸出端并聯有可控硅SCR1；輸出端經觸發控制電路3與可控硅SCR1的控制極聯接；整流器2為全波整流或半波倍壓整流電路。
2.根據權利要求
1的直流穩壓電源，其特征是所述的電抗器1為電感器。
3.根據權利要求
1的直流穩壓電源，其特征是所述的電抗器1為電容器C與低電阻R串聯構成。
4.根據權利要求
1的直流穩壓電源，其特征是所述的觸發控制電路3為電阻R1與R2串聯，並跨接在端點5、6之間，電阻R1與R2的聯接點接穩壓管D2的一端，穩壓管D2的另一端與可控硅SCR1的控制極相接。
5.一種可控硅并聯調節式直流穩壓電源，其特征是整流器2的交流輸入端串接有電抗器1，整流器2的直流輸出端并聯有可控硅SCR1；端點4、5之間串接二極管D1；端點5、6之間跨接電容器C1；電阻R1與R2串聯，并跨接在端點5、6之間，電阻R1與R2的聯接點與可控硅SCR1控制極之間接有穩壓管D2。
6.一種可控硅并聯調節式直流穩壓電源，其特征是整流器2的交流輸入端串接有電抗器1，整流器的直流輸出端并聯有可控硅SCR1；端點4、5之間串接二極管D1；端點5、6之間跨接電容器C1；電阻R5跨接在端點5、7之間；可控硅SCR2跨接在端點6、7之間；三端可調穩壓集成塊M337的輸入極與端點6相接，M337的輸出極與端點8連接；電阻R6電位器W1、電阻R7串聯，並跨接在端點7、8之間，電位器W1與電阻R7的接點與M337的控制極連接；穩壓管D3與電阻R3串聯，並跨接在可控硅SCR1控制極與端點8之間，用以構成可控硅SCR1的觸發控制電路；穩壓管D4與電阻R4串聯，並跨接在可控硅SCR2控制極與端點8之間；二極管D5跨接在端點4、7之間；二極管D6跨接在端點6、8之間；電容器C2跨接在端點7、8之間。
專利摘要
本實用新型提供一種可控硅并聯調節式直流穩壓電源。它是在整流器交流輸入端串接電抗器(1)，直流輸出端并聯可控硅SCR
文檔編號H02M7/155GK87205588SQ87205588
公開日1988年7月27日 申請日期1987年3月25日
發明者蔣志 申請人:蔣志導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan