專利名稱：高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及礦用充電設備，特別是一種礦用高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架。
目前，我國大多數礦井使用的礦燈充電架，多為利用手動調節電抗器磁化包電流來調節充電電壓，而這種類型的充電架在恒壓或恒流充電時，存在一些嚴重的缺陷①手動調節繁瑣；②輸出電壓穩定度低，波紋大，減少電池壽命；③電壓適應范圍窄；④響應速度慢。
中國《實用新型專利公報》第11卷、第41號公開了名稱是“一種礦燈充電架全自動穩壓器”的專利，專利號ZL 94235607.1、公告號CN 2209806Y。它的目的是提高穩壓精度，以適應電網電壓及負載電流波動較大的情況，延長礦燈及礦燈充電架的壽命。它采用反饋電壓比較方法，利用振蕩電路發出脈沖，通過電子開關電路控制充電電路自動、穩壓地進行充電工作。不足之處是采用分立元件，精度不太高；穩壓控制電路的電源部分，電路簡單，不能適應電網電壓波動較大的情況；反饋回路有容性元件，不能滿足快速響應自動控制的要求。
中國《實用新型專利公報》第9卷、第21號公開了名稱是“礦燈充電微機控制裝置”的專利，專利號ZL 92230116.6、公告號CN 2134741Y。它的目的是設計一種穩壓性能好，適合對多臺充電架進行巡回檢測集中控制，使充電架穩壓智能化，并便于舊設備技術改造；中國《實用新型專利公報》第10卷、第29號公開了名稱是“微機控制自動穩壓礦燈充電架”的專利，專利號ZL 93231812.6、公告號CN 2172542Y。其目的是設計一種磁飽和穩壓器的激磁電流不使用可控硅調制的直流脈動電流，而是使用電子開關脈沖調制直流穩定電流，通過提高激磁頻率和調制精度，大大改善充電電路的穩壓特性，以滿足全密封免維護礦燈充電的高穩定度要求。
后兩項專利采用微機控制自動穩壓，技術復雜，掌握和維護要求較高。
本實用新型的設計目的在于克服已有技術中的不足之處，而提供一種新型的高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架，它采用穩壓精度高、適應電網電壓范圍寬、響應速度快的自動電壓控制電路與現有的礦燈充電架的磁飽和穩壓器配套組成。
本實用新型的設計目的可以通過以下措施來達到在由礦燈充電架架身、磁飽和穩壓主回路、勵磁回路和自動電壓控制電路組成，其自動電壓控制電路由整流穩壓電源、基準電壓電路、信號取樣回路、電壓比較電路和勵磁電流控制電路組成的高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架中，其自動電壓控制電路采用高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路整流穩壓電源由AD/DC轉換集成電路IC1和集成穩壓器組成，AD/DC轉換集成電路的兩輸入端B1、B2與輔助變壓器次級兩端A1、A2連接，集成穩壓器輸出端為其余部分電路提供工作電壓；電壓比較電路采用由集成運放IC2-2及其外圍元件構成的差動比例放大器；基準電壓電路采用由集成運放IC2-1及其外圍元件構成的高精度基準電壓電路，該電路輸出端與差動比例放大器的同相輸入端相連接；信號取樣回路一側與輸出充電正、負極端A3、A6相連接，另一側與差動比例放大器的反相輸入端、公共地端相連接；勵磁電流控制電路采用晶體管放大電路，其輸出端B5、B6與磁飽和電抗器BK的勵磁線圈相串接，其輸入端與差動比例放大器的輸出端連接。
為敘述方便，自動電壓控制電路以下簡稱AVC電路。
本實用新型的設計目的還可以通過以下措施來達到其高精度寬范圍快響應AVC電路的AD/DC轉換集成電路IC1的輸出端與集成穩壓器的輸入端之間有隔離用的整流全橋Q1，集成穩壓器為三端集成穩壓器IC3。
其高精度寬范圍快響應AVC電路的高精度基準電壓電路由集成運放IC2-1及其外圍元件構成，兩輸入端外接電阻R4、R5分別連接于集成運放IC2-1的同、反相輸入端和公共地端，反饋回路電阻R3連接于集成運放IC2-1的輸出端與同相輸入端，穩壓二極管WD1的負極與集成運放IC2-1的輸出端連接、其正極與集成運放IC2-1的反相輸入端連接，電位器R6連接于集成運放IC2-1的輸出端和公共地端，電位器R6的滑動臂為高精度基準電壓電路的輸出端，該端與公共地端間接有電容C6。
其高精度寬范圍快響應AVC電路的高精度基準電壓電路的反相輸入端外接電阻R5用穩壓二極管WD2取代。即穩壓二極管WD2的負、正極分別與集成運放IC2-1的反相輸入端和公共地端連接，穩壓二極管WD2與WD1型號參數相同。
其高精度寬范圍快響應AVC電路的信號取樣回路，僅用電阻元件R9，而無容性、感性元件。該回路的負極端B6與輸出充電負極端A6連接，其正極端B3由輸出充電正極端A3經電阻R9接至差動比例放大器的反相輸入端。
本實用新型與已有技術相比具有如下優點①所用高精度寬范圍快響應AVC電路適應電壓范圍寬，可適配20～250V的交流電壓，也可從全橋前供12～32V交流電壓。
②穩定精度高。AVC電路直流電源采用二次穩壓，基準電壓在二次穩壓后又再次精選。電網電壓在340～420V之間、充電負載在0～100％之間變化時，輸出充電電壓穩定度在0.05以內。
③響應速度快。信號取樣回路沒有容感性元件延時，響應速度在±0.15秒之內。
④功能擴展。在該充電架輸出回路的負極母線中串接一功率阻值相當的電阻，B3改接電阻高電位端，可較為方便地改為恒流充電。
⑤簡單實用。可按本電路要求制造新產品，亦可對舊充電架更新改造。
附圖的圖面說明如下
圖1本實用新型礦燈充電架的結構示意圖主視圖圖2本實用新型的端頭配電柜的內部結構示意圖側視圖圖3高精度寬范圍快響應AVC電路的構成以及與主回路的接線圖圖4高精度寬范圍快響應AVC電路的電氣原理圖圖5AVC電路中的高精度基準電壓電路的另一種形式下面將結合附圖對本實用新型實施例作進一步詳述圖1、2示出本實用新型的結構。它由礦燈充電架的架身和充電架端頭的配電柜構成。其中2為快速熔斷片KRD，3為三相半波整流二極管D，4為主電源變壓器ZB，5為磁飽和電抗器BK，6為控制變壓器FB，7為快速熔斷管RD，10為電源電壓表，11為整機電源指示燈，12為主回路電源控制開關K1。以上部分與現在使用的磁飽和式酸性礦燈充電架結構、尺寸、電氣參數、安裝位置基本相同。A、B、C為380V三相交流電源的接線端子，+、-端子為輸出的充電電壓端，A3、A6分別由+、-端子引出，接AVC電路的取樣信號反饋回路；勵磁電源的整流橋Q，與控制變壓器FB的次級端子A1、A2連接，C為其濾波電容；A4、A5為磁飽和電抗器BK的兩接線端子。控制變壓器FB的次級繞組為勵磁回路提供交流工作電壓，初級繞組接380V交流電壓。
本礦燈充電架的高精度寬范圍快響應AVC電路的電路板1，安裝位置與原充電架裝置的控制電路板位置相同。AVC電路的指示燈8、AVC電路的電壓調節器9則安裝在充電架配電柜的前面板上。
圖3示出了本實用新型的AVC電路的構成以及與主回路的連接關系。高精度寬范圍快響應AVC電路由AD/DC轉換集成電路、集成穩壓器、高精度基準電壓電路、差動比例放大器、勵磁電流控制電路以及信號取樣回路構成。AD/DC轉換集成電路的兩輸入端B1、B2與輔助變壓器次級A1、A2端連接，信號取樣回路兩端B3、B6與輸出充電端A3、A6端子連接，差動比例放大器的輸出端與勵磁電流控制電路的輸入端連接，勵磁電流控制電路的輸出端B4、B5和B6與磁飽和電抗器勵磁回路的A4、A5和A6端連接。
圖4示出了高精度寬范圍快響應AVC電路原理。各部分構成及原理如下
①整流穩壓電源主要由AD/DC轉換集成電路(IC1)S450A、整流全橋Q1和三端集成穩壓器(IC3)7810組成。集成電路(IC1)S450A及其外圍元件電容C1、C2、C3、電阻R2、二極管D1構成AD/DC轉換電路，完成AD/DC轉換和初穩、輸出14V直流電壓。集成電路S450A的輸出端6、3腳接整流橋Q1，作隔離用。整流橋Q1的輸出端接濾波電容C4和三端集成穩壓器7810的輸入端1腳和負端2腳，三端集成穩壓器7810的輸出端3腳和負端2腳間接濾波電容C5，輸出10V直流穩定電壓，為其余三部分電路提供工作電壓。
整流穩壓電源的輸入電壓，由兩輸入端B1、B2引入輔助變壓器次級兩端A1、A2間的交流電壓，經限流電阻R2，送至AD/DC轉換集成電路S450A的輸入端8腳和1腳。集成電路S450A可適應寬范圍交流輸入電壓的變化。
②高精度基準電壓電路或稱電壓精選電路，由集成運算放大器(IC2-1)1/2LM158及其外圍元件穩壓二極管WD1，電阻R3、R4、R5，電位器R6和電容C6構成。兩輸入端外接電阻R4、R5分別連接于集成運放1/2LM158的同相、反相輸入端5、6腳和公共地端，反饋回路電阻R3連接于集成運放1/2LM158的輸出端7腳與同相輸入端5腳，穩壓二極管WD1的負極與集成運放1/2LM158的輸出端7腳連接、其正極與集成運放1/2LM158的反相輸入端6腳連接，電位器R6連接于集成運放1/2LM158的輸出端7腳和公共地端，電位器R6的滑動臂為高精度基準電壓電路的輸出端，該輸出端與公共地端間連接有電容C6，并經輸入回路電阻R7與差動比例放大器的同相輸入端3腳相連接。
上述高精度基準電壓電路的反相輸入端外接電阻R5可用穩壓二極管WD2代替，即WD2的負、正極分別與集成運放1/2LM158的反相輸入端6腳和公共地端連接，WD2的型號參數與WD1相同。多用一個穩壓管，可使穩壓性能更佳。
③差動比例放大器由集成運放(IC2-2)1/2LM158及其外圍元件電阻R7、R8、R10構成。同相輸入端外接電阻R8連接于集成運放1/2LM158的同相輸入端3腳和公共地端，反饋回路電阻R10連接于集成運放1/2LM158的輸出端1腳與反相輸入端2腳，高精度基準電壓電路的輸出端經1/2LM158的輸入回路電阻R7與集成運放1/2LM158的同相輸入端3腳相連接，信號取樣回路B3端經電阻R9與集成運放1/2LM158反相輸入端2腳連接。接充電架正極輸出母線取樣電壓與高精度基準電壓在IC2-2內比較，形成負反饋信號輸出。
④信號取樣回路為了提高響應速度，信號取樣回路中僅用電阻，不用容性、感性元件。該回路的B3、B6兩端在外側分別與輸出充電端A3、A6端連接，在內側，B3端經電阻R9與差動比例放大器(IC2-2)1/2LM158的反相輸入端連接，B6端與公共地端連接。
⑤勵磁電流控制電路采用晶體管放大電路，由晶體管BG1、BG2及其外圍元件電阻R11、R12，二極管D3、發光二極管LED構成。限流電阻R11連接于差動比例放大器IC2-2的輸出端與放大管BG1的基極，BG1的發射極與功放管BG2的基極連接，三端穩壓器的輸出端經電阻R12、發光二極管LED與BG1的集電極連接。功放管BG2的集電極，即勵磁電流控制電路的輸出端B5，功放管BG2的發射極接公共地端，即B6端。由于B5、B6與磁飽和電抗器回路的A5、A6端連接，使功放管BG2的輸出回路與磁飽和電抗器BK的勵磁線圈相串聯。續流二極管D3連接于B4、B5端，即與磁飽和電抗器BK勵磁線圈相并聯，起續流作用，保護功放管BG2。
AVC電路原理B1、B2從輔助變壓器次級A1、A2點引入交流電壓50V～100V，經電阻R1限流，IC1完成AC/DC轉換、粗穩14V輸出直流電壓，通過全橋隔離，三端穩壓器7810再次穩壓為IC2提供工作電壓。由IC2-1組成的電壓精選電路，取得二倍于WD1電壓的高精度基準電壓。輸出充電電壓取樣端B3，由充電架正極輸出母線引入取樣電壓，與高精度基準電壓在差動比例放大器IC2-2內比較，形成負反饋信號輸出，經BG1放大，改變BG2的導通強度。因BG2與磁飽和電抗器BK勵磁線圈相串連，所以也就改變了電抗器BK勵磁線圈電流的大小，自動促使充電電壓穩定。具體過程輸出充電電壓升高，負反饋信號降低，BG1、BG2導通強度減弱，磁化包中勵磁電流變小，電抗器阻抗增大，主變壓器初級電壓降低，次級電壓降低，輸出充電電壓降低，反之同理。調節R6可改變基準電壓輸入值，進而改變和調定輸出充電電壓值。LED為AVC電路工作指示燈，發光表示正常，反之為發生故障。
權利要求1.一種礦用高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架，包括礦燈充電架架身、磁飽和穩壓主回路、勵磁回路和自動電壓控制電路，其自動電壓控制電路包括整流穩壓電源、基準電壓電路、信號取樣回路、電壓比較電路和勵磁電流控制電路，其特征在于它的自動電壓控制電路為高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路整流穩壓電源包括AD/DC轉換集成電路(IC1)、集成穩壓器，AD/DC轉換集成電路的兩輸入端(B1、B2)與輔助變壓器次級兩端(A1、A2)相連接，集成穩壓器輸出端與其余部分電路的電源端相連接；電壓比較電路為由集成運放(IC2-2)及其外圍元件構成的差動比例放大器；基準電壓電路為由集成運放(IC2-1)及其外圍元件構成的高精度基準電壓電路，其輸出端與差動比例放大器的同相輸入端相連接；信號取樣回路一側與輸出充電正、負極端(A3、A6)相連接，另一側與差動比例放大器的反相輸入端、公共地端相連接；勵磁電流控制電路為晶體管放大電路，其輸出端(B5、B6)與磁飽和電抗器(BK)的勵磁線圈相串接，其輸入端與差動比例放大器的輸出端相連接。
2.根據權利要求1所述的高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架，其特征在于所說的AD/DC轉換集成電路(IC1)輸出端與集成穩壓器的輸入端之間有隔離用的整流全橋(Q1)，集成穩壓器為三端集成穩壓器(IC3)。
3.根據權利要求1所述的高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架，其特征在于所說的由集成運放(IC2-1)及其外圍元件構成的高精度基準電壓電路是，兩輸入端外接電阻(R4、R5)分別連接于集成運放(IC2-1)的同相、反相輸入端和公共地端，反饋回路電阻(R3)連接于集成運放(IC2-1)的輸出端與同相輸入端，穩壓二極管(WD1)的負極與集成運放(IC2-1)的輸出端連接、其正極與集成運放(IC2-1)的反相輸入端相連接，電位器(R6)連接于集成運放(IC2-1)的輸出端和公共地端，電位器(R6)的滑動臂為高精度基準電壓電路的輸出端，該端與公共地端間連接有電容(C6)。
4.根據權利要求3所述的高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架，其特征在于所說的高精度基準電壓電路的反相輸入端外接電阻(R5)由穩壓二極管(WD2)所取代，即穩壓二極管(WD2)的負極和正極分別與集成運放(IC2-1)的反相輸入端和公共地端相連接，穩壓二極管(WD2)與穩壓二極管(WD1)型號參數相同。
5.根據權利要求1所述的高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架，其特征在于所說的信號取樣回路的負極端(B6)與輸出充電負極端(A6)相連接，其正極端(B3)由輸出充電正極端(A3)、經電阻(R9)接至差動比例放大器的反相輸入端。
專利摘要本實用新型涉及礦用充電設備,礦燈充電用的高精度寬范圍快響應自動電壓控制電路的礦燈充電架。由架身、磁飽和穩壓主回路、勵磁回路和自動電壓控制電路組成,其自動電壓控制電路由AD/DC轉換集成電路、集成穩壓器、高精度基準電壓電路、差動比例放大器、無容感性元件的信號取樣回路和晶體管勵磁電流控制電路等組成。適應電壓范圍寬,穩壓精度高,響應速度快,功能擴展方便,簡單實用。可按新電路制造,也可對舊充電架改造。
文檔編號H02J7/10GK2341313SQ9724553
公開日1999年9月29日 申請日期1997年10月24日 優先權日1997年10月24日
發明者張永勝 申請人:張永勝