專利名稱：精密開關式交流穩壓器的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種交流穩壓器。
利用相位反轉技術的交流穩壓器具有穩壓范圍寬、電路簡單等優點，公開號為CN1032528A的發明公報公開了一種利用相位反轉技術的交流穩壓器，具有波形失真小、響應速度快、穩壓范圍寬等特點，但由于采用繼電器來控制電壓的反轉，因而在繼電器觸點切換時輸出會出現階躍突變，對某些應用場合是有害的，此外，由于采用可控硅移相技術來控制導通角的大小以實現輸出電壓的調整會因可控硅存在誤觸發而使得可靠性降低。
申請號為94221918X的《無大功率工頻變壓器的交流穩壓器》拋棄了大功率工頻變壓器，并且是無觸點的開關式穩壓器，具有體積小、重量輕等優點，但空載時電路不太穩定，且輸出電壓波形失真較大，不利于調試生產。
本實用新型克服上述缺點，做出了一種高穩定度、低失真、低成本的精密開關式交流穩壓器。
這種精密開關式交流穩壓器，由控制電路(1)和開關電路(2)組成，其特征在于開關電路(2)中市電的輸入端子A、G分別與整流橋堆B的交流輸入端子相連，G是交流穩壓器輸入、輸出的公共端子，也是控制電路的“地”，B的正極輸出端子與電容C5的正極以及開關管T1的漏極相連于P點，B的負極與電容C6的負極以及開關管T2的源極相連于G2點，C5的負極與C6的正極相連于M點，T1的源極與T2的漏極相連于G1點，變壓器TR的初級繞組NA的同名端接于G1點，NA的異名端接于M點，TR的次級繞組NB的異名端接A點，NB的同名端與電感L的一端相連，L的另一端與電容C1相連于C點，C、G是交流穩壓器的輸出端子，T1、T2可以是場效應管，也可以是絕緣門雙極性晶體管(IGBT)，還可以是晶體三極管，T1、T2在被與市電同步的正弦波調制過的高頻矩形脈沖的驅動下交替導通和關斷。
本實用新型和現有技術相比是一種高精度的交流穩壓器，其穩壓精度可以與直流穩壓電源相比，由于深度的閉環負反饋作用使得輸出正弦波失真度在輸出接任何負載時都在0.1％以下，此外還具有相當寬的穩壓范圍，如果變壓器TR的初、次級繞組匝數相同，則市電電壓Ui在150伏-350伏之間變化時，輸出電壓的變化不大于5伏，此外，由于NB的異名端直接與Ui的A點相連，其結果使U。輸出的電流大部分直接來源于輸入，起著控制作用的NA只流過少部分的電流，從而大大減小了開關管T1、T2的功耗，也就大大提高了交流穩壓器的效率。另一方面，由于T1、T2的驅動脈沖工作頻率達20KHz，就從根本上消除了令人難于忍受的音頻噪聲，還減小了輸出濾波器的體積，提高了交流穩壓器的輸出響應速度。
圖1為本實用新型的電路原理圖，下面結合圖1及實施例對本實用新型的工作原理作進一步的詳述市電Ui從A、G兩端子輸入，G是交流穩壓器輸入、輸出的公共端子，也是控制電路的“地”，控制電路(1)中運算放大器IC1與電阻R2、R3和電容C2及電位器W組成頻率為50Hz左右的方波振蕩器，由于IC1的反向輸入端通過電阻R1與A點相連，其結果使IC1輸出方波與市電同步，運算放大器IC2和電組R6、R7、R8、R9及電容C3、C4組成二階低通濾波器，IC1的輸出方波經R4、R5分壓后再經過二階低通濾波即可在IC2的輸出端得到失真很小的標準正弦波，通過調節電位器W可以使IC2的輸出正弦波與Ui同頻同相，運算放大器IC3與R10、R11組成的差分放大器將標準正弦波與穩壓器輸出U。進行差分放大后得到反映誤差大小的正弦波送至比較器IC6的同相輸入端，運算放大器IC4和IC5與電阻R14、R15、R16、R17及電容C7組成三角波發生器，產生頻率為20KHz左右的標準三角波送到IC6的反相輸入端，于是IC6的輸出將是被市電約50Hz正弦波調制后的矩形脈沖，通過電阻R18驅動高速光電耦合器O1、O2，即正脈沖時O1輸入端導通，負脈沖時O2輸入端導通，于是在O1、O2的輸出端有矩形脈沖輸出，O1的輸出電路由獨立的直流電源UC1供電，G1是該電源的負極，R12是O1的集電極電阻，S1為反相輸出的施密特觸發器，將O1輸出脈沖整形成上升沿和下降沿都很陡的矩形脈沖后再驅動開關管T1，O2的輸出電路也由獨立的直流電源UC2供電，G2是該電源的負極，R13是O2的集電極電阻，S2為反相輸出的施密特觸發器，將O2輸出脈沖整形成上升沿和下降沿都很陡的矩形脈沖后再驅動開關管T2。
開關電路(2)中電容C5、C6和開關管T1、T2及變壓器TR實際組成了一個半橋式開關電路，只不過驅動脈沖的寬度是按50Hz左右的正弦波規律周期性變化的，如果用二個開關管代替C5、C6，再增加二路驅動脈沖構成全橋開關電路就可以進一步增大穩壓器的功率，由于施密特觸發器S1、S2的作用就使得T1、T2存在一個都不導通的“死區”，這個“死區”可以避免T1、T2共態導通，從而大大提高交流穩壓器的可靠性，當T1導通時T2關斷，電流由P點經T1、變壓器TR初級NA后向電容C6充電，同時C5放電，當T2導通時，T1關斷，電流經P點對電容C5充電后從NA流向T2然后到達G2，同時電容C6放電，于是在M、G1點之間將得到與IC6輸出一樣只是幅度和功率放大了的調制脈沖UA，在TR的次級NB則得到電壓UB。
變壓器TR初級電壓UA與次級電壓UB關系為NBNA=UBUA---(1)]]>①式中，NA、NB分別為變壓器TR的初、次級繞組匝數。
UB經低通濾波后即可得與輸入Ui同步的正弦波，圖1中UB與Ui相加后再經電感L與C1組成的低通濾波器即可在C、G之間得到交流穩壓器的輸出Uo。
Uo的穩壓過程是如果由于某種原因使Uo減小，則差分放大器中IC3的輸出正弦波幅度變大，于是調制脈沖的調制度增加，其結果使UA、UB有所增加，于是Uo有所上升，最后使Uo趨于穩定，反之亦然。
元件的選擇開關管T1、T2的耐壓不小于市電最高時的峰值電壓值，假設最高輸入電壓有效值Ui為300伏，則T1、T2的耐壓要大于424伏，T1、T2可以是場效應管(圖1中畫出的是場效應管)，也可以用IGBT或三極管，如果選用IGBT或三極管，則應在C、E間反向并聯二極管，變壓器TR的功率由輸入穩壓范圍和輸出功率決定，TR的初級NA最大壓降只有輸入電壓Ui的一半，因此，在繞制變壓器TR的初級時要注意，穩壓范圍越寬要求越大功率的變壓器TR，假設穩壓器能使Uo穩定的Ui下限值為UL，則由①式可得TR的匝數比為UBNA=2(Uo-UL)UL---(2)]]>設穩壓器輸出功率為Po，輸出電流為Io，變壓器初級電流為IA，則變壓器的功率PT由下式決定PTPo=IAUAIoUo=NBNA×0.5ULUo]]>=2(Uo-UL)UL×0.5ULUo]]>=1-ULUO]]>即PT=Po(1-ULUo)---(3)]]>③式可以求得變壓器的功率。
輸出濾波電感L與輸出功率的大小及穩壓范圍有關，要求其在工作范圍內不飽和，穩壓范圍越寬、輸出功率越大則要求越大的電感，如果穩壓范圍不大，則可直接利用變壓器TR的漏感代替L，即把L短路。
電容C5、C6既是濾波電容又在開關電路中擔任“橋臂”，所以盡可能取相同的值以便保證各分擔一半的壓降。
整流橋堆B的耐壓與T1、T2一樣，還要能流過足夠大的電流，因為開機瞬間電容C5、C6要流過很大的充電電流，輸出濾波電容應采用無極電容。
權利要求1.精密開關式交流穩壓器，由控制電路(1)和開關電路(2)組成，其特征在于開關電路(2)中市電的輸入端子(A)、(G)分別與整流橋堆(B)的交流輸入端子相連，(G)是交流穩壓器輸入、輸出的公共端子，也是控制電路的“地”，(B)的正極輸出端子與電容(C5)的正極以及開關管(T1)的漏極相連于(P)點，(B)的負極與電容(C6)的負極以及開關管(T2)的源極相連于(G2)點，(C5)的負極與(C6)的正極相連于(M)點，(T1)的源極與(T2)的漏極相連于(G1)點，變壓器(TR)的初級繞組(NA)的同名端接于(G1)點，(NA)的異名端接于(M)點，(TR)的次級繞組(NB)的異名端接(A)點，(NB)的同名端與電感(L)的一端相連，(L)的另一端與電容(C1)相連于(C)點，(C)、(G)是交流穩壓器的輸出端子，(T1)、(T2)在被與市電同步的正弦波調制過的高頻矩形脈沖的驅動下交替導通和關斷。
2.根據權利要求1所述的精密開關式交流穩壓器，其特征在于(T1、T2)為場效應管，也可以是絕緣門雙極性晶體管(IGBT)，還可以是晶體三極管。
專利摘要一種精密開關式交流穩壓器,由控制電路(1)和開關電路(2)組成,開關電路(2)中市電的輸入電壓Ui經橋式整流后被由電容C
文檔編號G05F1/10GK2277536SQ96246668
公開日1998年4月1日 申請日期1996年11月25日 優先權日1996年11月25日
發明者粟桂息 申請人:粟桂息