專利名稱：晶體管交流電源凈化電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種晶體管交流電源凈化器，尤其應用于小功率場合對交流電源凈化和純凈，應用于精密電子設備、數控設備、通訊設備、數據處理、音響器材以及對電源要求高的精密儀器儀表等。
二、技術背景電源凈化電路是一種較常用的電子設備。隨著我國工業生產的不斷發展及民用電器的日益增加，電網受污染的程度日趣嚴重。而許多精密電子設備必須使用純凈的交流電源，但目前市場上用得較普遍的是采用共模扼制電器，由電感線圈及電容組成的電源濾波器，也會導致電源的相移。現有的電源凈化電路還包括采用波峰扼制電路，雖然對扼制高頻干擾有一定的作用，但對于已發生變形的正弦波是無能為力的，而實際測試目前的交流電波形已非正弦波了。儀器測試分析結果顯示，交流電波形中含有大量干擾信號，干擾頻率從幾十Hz到幾十MHz不等，干擾波形有高頻脈沖、方波、三角波等等，特別對低頻干擾一般電源濾波器是無法處理的。這些干擾將50Hz的交流電調制成一個畸變的正弦波，而這些干擾信號的能量又非常強大。由于這些干擾的存在，往往造成數控系統數據丟失、出錯、電腦死機、音響器材音質劣化等原因。目前還未見到對交流電采用正弦波校正的同類型晶體管交流電源凈化電路。
發明內容
本發明目的是提供一種交流電源凈化裝置。具有對已被污染的交流電采用正弦波校正電路，能扼制高頻和低頻的干擾，消除交流電源中的各種干擾及波形畸變現象，能提供較為純凈交流電的電源凈化裝置。尤其適用于精密電子設備、數控設備、通訊設備、數據處理、音響器材以及對電源要求高的精密儀器儀表等。并有過電壓、過電流自動保護關機電路。
本發明的目的是這樣實現的晶體管交流電源凈化電路，先采用由TVS瞬態二極管和電容組成的電子消噪電路，將超出TVS閥值電壓的高頻干擾信號除去，后由大功率整流橋將50Hz的交流電分為正、負兩個半周進行整形處理，正負半周波形校正由一至四級校正網絡電路，由二極管D和電容C組成校正網絡電路，二極管D和電容C校正網絡電路包括處理上升沿(前沿)電壓的串聯二級管和處理下升沿(后沿)電壓的串聯二級管，這兩串二極管又是并聯的，且連接的極性相反，每只二極管并聯一電容，并聯的兩串二極管又串聯0.5-10μF、尤其是1-2.2μF的大電容，即D1-1-D1-10、C1-1-C1-8和C9組成第一級校正電路，這樣從大電容C9兩端得到了一個較為理想的正弦波的正半周。從C9經三極管Q1取樣放大，Q2、Q3推動放大后進入由Q4、Q5、Q6、Q7組成的電流或功率放大級，放大后由Q4、Q5、Q6、Q7發射極輸出。在輸出端連接著由R14、C10組成的R、C校正電路，能進一步扼制波形畸變、消除干擾。Q4、Q5、Q6、Q7發射極輸出后進入第二級校正電路，如有多級校正電路，類推。
電感L1-L16是套在電流放大管基極的高頻磁環，扼制高次諧波。
校正電路的工作原理是當正半周波形的前沿開始上升時，通過二極管D1-1-D1-9分別向電容C1-1-C1-8和C9逐級充電，當正半周前沿波形因干擾脈沖而產生幅度波動時，由于電容兩端電壓不能產生突變，干擾雜波將被電容吸收，使前沿變得平滑。而C9的容量遠大于C1-1-C1-8，使得C9兩端充電速度相對較慢，波形更加平滑。當前沿波形到達頂峰時，所有電容兩端電壓不再上升，這樣正半周前沿曲線在電路中得到校正。進入正半周的后沿時，電容C1-1-C1-8、C9通過二極管D1-2-D1-10向負載放電。同樣原理，如果電源正半周的后沿因受干擾而產生波動時，放電回路中因電容存在，也將被電容充、放電所補償，使干擾消除，波形得到校正。電容C1-1-C1-8、C9在放電過程中因有二極管D1-1-D1-10的存在，電荷不能徹底放盡，殘存電荷成為二極管D1-1-D1-10下一個正半周來臨時的起始電壓，可防止二極管因起始導通電壓較高(約0.7V)，又是多個串聯，在正、負兩個半周合成時產生交越失真。這樣從C9兩端得到了一個較為理想的正弦波的正半周。
因為是用二極管D和電容C組成的波形校正和干擾扼制電路，所以校正后的波形相位與電網的波形相位相同，沒有電阻電容或電感電容組成校正網絡而產生的相移現象。負半周波形校正同樣由一至三級電路D、C組成，D3-1-C3-8和C29組成第一級校正電路，D4-1-D4-10、C4-1-C4-8和C30組成第二級校正電路。Q15-Q21組成第一級取樣、推動、電流放大電路。Q22-Q28組成第二級取樣、推動、電流放大電路。工作原理與正半周校正處理相同，只是電源極性與所用晶體管極性與正半周校正校正處理電路相反。
本發明的特點是可以精確計算D、C網絡元件，由其組成的正弦波校正電路對畸變的正弦波進行校正，經取樣、放大后推動大功率、高反壓、高截止頻率的晶體管功率輸出。本交流電源凈化電路共由工作形式基本相同的四組電路組成，每組分為二級整形，組與組之間接入高耐壓低損耗電容及電阻，能進一步消除高頻干擾、平扼突變波形、提高功率因數。
經過交流電源凈化電路處理后的交流電波形已較為純凈，并且與原來未經處理時的波形是同頻率同相位。因為交流本電源凈化電路內無電感存在，所以對電源的瞬態變化反應敏捷、響應速度非常快，沒有那種采用電感電容組成的電子濾波器所產生的相移現象。但由于半導體器件有抗過電流、過電壓性能較差的特性，本電路中增設過電流、過電壓自動保護關機電路。當電源電壓、工作電流超出額定值時，電源凈化電路會自動關閉輸出回路，防止內部器件損壞。三極管工作在放大區域時，其集電極與發射極之間必須有一定的電壓降，因此，本凈化電路輸出電壓要比輸入電壓下降約5％左右，如配合交流穩壓器使用，效果將更好。本發明具有提高電網的功率因數、結構簡單、工作可靠、安全性好、效果明顯等特點。
四
圖1為本凈化電路工作原理方框2為本凈化電路電氣原理圖。
五具體實施例方式交流電源由L、N經保險絲后輸入，按下電源開關K1后變壓器T得電，經變壓器降壓后輸出二路15V交流電壓，經D5-D8整流，電容C43濾波和U1穩壓集成塊穩壓后輸出第1路12V直流電壓，供過電壓、過電流和開機延時啟動電路使用。另一路經D9-D12整流，電容C47濾波和U2穩壓集成塊穩壓后輸出第2路12V直流電壓，供給繼電器和發光指示電路使用。開機后，如果交流輸入電壓在正常工作范圍內(≤250V)，則由NE555時基電路延時約5S后輸出低電平，晶體管Q29截止，Q30導通，繼電器J1、J2吸合，電源凈化處理電路開始工作。
J1、J2吸合后，首先由C1、C2、C3、C4和D3組成的電子消噪電路工作，D3為TVS瞬態扼制二極管，將超出它閥值范圍(≥318Vp-p)的干擾波進行有效吸收。再由大電流整流橋堆D1組成的交流電波形分割電路，將交流電的正半周與負半周以N相(中線)為參考地進行分割，分割后的正、負兩個半周波形分別由后面的正、負二個波形校正電路分別進行校正處理。C14是高頻濾波電容，電容C5、C6是為消除整流橋堆的開關噪聲而設立的。
正半周波形校正由二級D、C電路組成，D1-1-D1-10、C1-1-C1-8和C9組成第一級校正電路，D2-1-D2-10、C2-1-C2-8和C16組成第二級校正電路。第一級校正電路的工作原理是當正半周波形的前沿開始上升時，通過二極管D1-1-D1-9分別向電容C1-1-C1-8和C9逐級充電，當正半周前沿波形因干擾脈沖而產生幅度波動時，由于電容兩端電壓不能產生突變，干擾雜波將被電容吸收，使前沿變得平滑。而C9的容量遠大于C1-1-C1-8，使得C9兩端充電速度相對較慢，波形更加平滑。當前沿波形到達頂峰時，所有電容兩端電壓不再上升，這樣正半周前沿曲線在電路中得到校正。進入正半周的后沿時，電容C1-1-C1-8、C9通過二極管D1-2-D1-10向負載放電。同樣原理，如果電源正半周的后沿因受干擾而產生波動時，放電回路中因電容存在，也將被電容充、放電所補償，使干擾消除，波形得到校正。電容C1-1-C1-8、C9在放電過程中因有二極管D1-1-D1-10的存在，電荷不能徹底放盡，殘存電荷成為二極管D1-1-D1-10下一個正半周來臨時的起始電壓，可防止二極管因起始導通電壓較高(約0.7V)，又是多個串聯，在正、負兩個半周合成時產生交越失真。這樣從C9兩端得到了一個較為理想的正弦波的正半周。因為是用二極管D和電容C組成的波形校正和干擾扼制電路，所以校正后的波形相位與電網的波形相位相同，沒有電阻電容或電感電容組成校正網絡而產生的相移現象。從C9兩端經電阻R1隔離后得到校正后的正半周波形，經三極管Q1取樣放大，Q2、Q3推動放大后進入由Q4、Q5、Q6、Q7組成的電流并聯放大級，電流放大后由Q4、Q5、Q6、Q7發射極輸出。在輸出端連接著由R14、C10組成的R、C校正網絡，能進一步扼制波形畸變、消除干擾。Q4、Q5、Q6、Q7發射極輸出后進入第二級校正電路。第二級校正電路由C2-1-C2-8和D2-1-D2-10組成，工作原理與第一級校正電路相同，第二級校正后的波形由C16兩端取出，經電阻R15隔離，Q8取樣放大，Q9、Q10推動后進入由Q11、Q12、Q13、Q14組成的電流放大級，電流放大后由Q11、Q12、Q13、Q14發射極輸出。至此，電源正半周校正處理結束。電感L1-L16是套在電流放大管基極的高頻磁環，扼制高次諧波。
負半周波形校正同樣由二級電路D、C組成，如上述。
經正、負兩個半周校正電路處理后，最后在整流橋堆D2上還原成一個完整的正弦波。電容C37、C37為功率因數補償電容。D4、R57、C39、C40組成輸出端高頻消噪電路。在整流橋堆D2上還原成完整波形之后，再由La、Lb、C58、C59組成的共模扼制電路，進一步消除電源中的共模干擾，使電源更加純凈。
過電壓、過電流保護電路分別由U4、U3運算放大器組成的電壓比較器。過電壓保護工作原理是+12V穩定電壓經R64、R65分壓后作為U4②腳反相輸入端的基準電壓，非穩定電壓經R62、W2、R66分壓后進入U4③腳正相輸入端，當電源電壓升高，變壓器T次級交流電壓和整流濾波后的直流電壓升高，U4③腳電壓升高，U4⑥腳輸出端電壓上升，穩壓管D17擊穿導通，可控硅KG觸發導通，Q30截止，繼電器J1、J2釋放，電源被切斷。過電流保護工作原理是當工作電流增大時，線性電流互感器L1的二次電壓上升，U3③腳電壓升高，當U3③腳電壓超過②腳基準電壓時，U3⑥腳輸出高電平，可控硅KG導通，Q30截止，J1、J2繼電器釋放，電源被切斷(關機保護鎖定電路)。當過電壓、過電流保護電路動作后，保護電路將被鎖定，必須關閉電源后重新啟動才能使本機工作。
本發明正常工作近半年。目前試制的數十臺成品機，經用戶使用均有良好的反應。特別使用在音響器材上，與其它類型的電源凈化(濾波)器相比，更能表現出本電源凈化電路的優越性，無論音響器材的檔次高低，只要使用本電源凈化電路，都能使音響器材的放音音質發生非常明顯的改善。當使用在視頻設備上時，也能明顯提高顯示器的清晰度。本電源凈化電路送檢樣機已通過江蘇省電子產品監督檢驗所檢測。檢測結果表明在雙綜示波器上觀察，明顯可見經本電源凈化電路處理后的電源波形更接近正弦波，少畸變。附加的尖脈沖明顯減少。尤其是音響和高分辨率彩色電視設備采用本發明裝置后，對音域、音色、保真度、圖像質量等視聽諸方面的主觀評價上均有明顯提高。
權利要求
1.晶體管交流電源凈化電路，其特征是由大功率整流橋將50Hz的交流電分為正、負兩個半周進行整形處理，正負半周波形校正均由一至四級二極管D和電容C校正網絡電路組成，二極管D和電容C校正網絡電路包括處理上升沿電壓的串聯二級管和處理下升沿電壓的串聯二級管，這兩串二極管又是并聯的，且連接的極性相反，每只二極管并聯一電容，并聯的兩串二極管又串聯0.5-10μ的大電容，從而構成一級校正電路，從大電容C9兩端得到了一個正弦波的正半周，大電容C9經三極管Q1取樣放大，推動放大后進入電流或功率放大級，放大級輸出端連接著由組成的R、C校正電路，正負兩個半周各經過整形校正后的波形由大功率整流橋D2合成為一個完事的正弦波。
2.由權利要求1所述的晶體管交流電源凈化電路，其特征是先采用由TVS瞬態二極管和電容組成的電子消噪電路，將超出TVS閥值電壓的高頻干擾信號除去，后由大功率整流橋D1將50Hz的交流電分為正、負兩個半周進行整形處理，最后由大功率整流橋D2將正、負兩個半周合成為一個完整的正弦波。
3.由權利要求1所述的晶體管交流電源凈化電路，其特征是電流放大管基極上套有電感高頻磁環(L1-L16)。
4.由權利要求1所述的晶體管交流電源凈化電路，其特征是兩串二極管上并聯的電容取值0.01-0.10μ。
5.由權利要求1所述的晶體管交流電源凈化電路，其特征是設有過電壓保護電路，由運算放大器(U4、U3)組成的電壓比較器。
6.由權利要求1所述的晶體管交流電源凈化電路，其特征是設有過電流保護電路，由線性電流互感器L的提供二次電壓，經整流濾波后提供給運算放大器U3組成的電壓比較器，作為過電流保護的取樣值。
7.由權利要求1所述的晶體管交流電源凈化電路，其特征是并聯的兩串二極管串聯1-2.2μF的大電容。
全文摘要
晶體管交流電源凈化電路，由大功率整流橋將50Hz的交流電分為正、負兩個半周進行整形處理，正負半周波形校正均由一至四級二極管D和電容C校正網絡電路組成，校正網絡電路包括處理上升沿電壓的串聯二級管和處理下升沿電壓的串聯二級管，這兩串二極管又是并聯的，且連接的極性相反，每只二極管并聯一電容，從而構成一級校正電路，從大電容C9兩端得到了一個正弦波的正半周，大電容C9經三極管Q1取樣放大，推動放大后進入電流或功率放大級，放大級輸出端連接著由組成的R、C校正電路，正負兩個半周各經過整形校正后的波形由大功率整流橋D2合成為一個正弦波。本發明對有關設備的音域、音色、保真度、圖像質量等視聽主觀評價上均有明顯提高。
文檔編號H02J3/01GK1684333SQ20041001467
公開日2005年10月19日 申請日期2004年4月16日 優先權日2004年4月16日
發明者劉正興 申請人:劉正興