專利名稱：節能保護型寬電壓交流穩壓電源的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于從交流電獲得穩定的交流電壓給家用電器供電的交流穩壓電源。
許多地區，交流電嚴重不穩，經常在130～250V范圍內波動，這對使用現有技術的電冰箱、電視機、洗衣機、日光燈等家用電器(家用電器的正常供電范圍是180～245V)不能適應，甚至帶來一定程度的損害。其次，一些地區交流電壓異常時間(低于180V或高于245V)很短，大部份時間屬于正常供電范圍，而交流穩壓電源的自耦變壓器是一個長期通電耗能元件，這就希望在交流電壓正常時斷開自耦變壓器直接給負載供電，交流電壓異常時又能自動接入自耦變壓器穩定交流電壓。
中國專利局公告了一種實用新型，名稱為《節電型多功能家電交流穩壓器》，公告號CN2049796U，該實用新型采用繼電器控制穩壓方式，具有切換大、小功率變壓器輪流供電的節電電路，用串聯電位逐級比較電路來驅動繼電器有序動作，達到穩壓和節電的目的，該實用新型還具有過壓保護，過流保護等功能。但是，該現有技術未能解決交流電壓過低(小于160V)的穩壓問題。其次，由于比較電路工作點不可調，穩壓精度不高。集成運放輸出無限流電阻，使晶體管過飽和系數太大，由飽和轉為截止速度慢，易導致負載瞬間失電，而且該現有技術在穩壓電源比較電壓轉折點臨界處易發生繼電器多次斷合現象而使負載不能正常工作。另外，沒有斷電保護功能，交流電瞬間斷電又來電時，該現有技術照常對負載供電，這時負載中的電冰箱損害很大。無顯示該實用新型工作狀態的顯示電路。另一方面，該實用新型使用元件較多，成本過高。
本實用新型的目的是提供一種低自耗，寬適應電壓、穩壓精度高、保護功能齊全、顯示功能完善，低成本，調試方便的交流穩壓電源。
本實用新型的要點是穩壓節能電路是用四組繼電器的有序動作來達到穩壓和節能的目的，繼電器的斷合由施密特電壓比較電路控制。通過交流電的波動反饋來控制該組繼電器是否吸合，從而起到穩壓和節能的作用；保護電路是由開機瞬間沖擊電壓保護電路，斷電、輸出低壓保護電路，延時保護電路構成的。開機瞬間沖擊電壓保護的任務是由自耦變壓器抽頭和繼電器觸點的特殊接法完成的。斷電輸出低壓保護電路是運用放電晶體管形式，通過控制晶體管基極電位來決定晶體管的導通或截止，從而達到控制延時輸出的目的。延時保護的任務是由一積分電路控制比較電路來驅動保護繼電器完成的；顯示電路是由保護顯示電路、工作轉換顯示電路構成的。保護狀態顯示采用典型的受控無穩電路驅動發光二極管作閃爍顯示，穩壓與節能狀態的轉換指示由一電壓比較電路完成，控制兩發光二極管的亮熄達此目的。
以下結合附圖，對本實用新型進行祥細敘述。
圖1是本實用新型的電原理圖，也是本發明的一個實施例。圖2是說明穩壓節能原理的圖，圖3是穩壓節能工作曲線圖。圖4是開機瞬間沖擊電壓保護原理圖。圖5是說明斷電、輸出低壓保護，延時保護原理的圖。圖6是說明穩壓電源工作顯示原理的圖。
現結合圖2、圖3與圖4，說明穩壓節能原理。圖2中，以四運算放大器LM324的四個運算放大器(N1)、(N2)、(N3)、(N4)為核心構成四級施密特電壓比較器，分別組成升壓電路(Ⅰ)、節能電路(Ⅱ)和降壓電路(Ⅲ)。比較器的基準電壓VREF1由電阻(R2)和二極管(D2)、(D3)提供。升壓電路(Ⅰ)中的運放(N1)、(N2)，比較電壓輸至其反相端，節能電路(Ⅱ)、降壓電路(Ⅲ)中的運放(N3)、(N4)，比較電壓輸至其同相端，故升壓電路(Ⅰ)為交流電低時動作，高時截止，節能電路(Ⅱ)、降壓電路(Ⅲ)為交流電高時動作，低時截止。
當交流輸入VI＜143V時，Va＜VREF1＋ΔV，Vb＜VREF1＋ΔV，運放(N1)、(N2)均輸出高，分別使晶體管(T1)、(T2)飽和，繼電器(K1)、(K2)吸合，此時節能電路(Ⅱ)和降壓電路(Ⅲ)均截止。交流輸入VI經(K3)常閉觸點→(K2)常開觸點→(K1)常開觸點接至自耦變壓器(B1)抽頭(2)上，交流輸出由自耦變壓器(B1)抽頭(5)→(K5)常閉觸點→(K4)常閉觸點輸出，得到最大提升，工作曲線見圖3中OA直線；當VI≥143V時，Va≥VREF1＋ΔV，(N1)翻轉，輸出零、晶體管(T1)失電截止，繼電器(K1)斷開，(K2)仍吸合，交流輸入轉接至自耦變壓器(B1)抽頭(3)上，工作曲線為圖3中A′B直線；當VI繼續升高，達到VI≥170V時，Vb≥VREF1＋ΔV，運放(N2)翻轉輸出零，晶體管(T2)失電截止，繼電器(K2)失電截止，繼電器(K2)斷開，交流輸入轉接至自耦變壓器(B1)抽頭(4)上，此時提升幅度最小，僅30V左右，工作曲線為圖3中B′C直線，此即是升壓過程。
當VI繼續升高至VI≥190V時，VC≥VREF1，運放(N3)輸出高，使晶體管(T3)飽和，繼電器(K3)、(K4)吸合，此時交流輸入由(K3)常開觸點→(K4)常開觸點直接接至交流輸出，自耦變壓器(B1)斷開，升壓過程結束，進入節能工作區域，工作曲線見圖3中C′D直線。
當VI≥242V時，Vd≥VREF1，運放(N4)翻轉輸出高，使晶體管(T4)飽和，繼電器(K4)吸合，同時，二極管(D5)將(N4)之高電位傳輸至(N3)的反相端，迫使(N3)翻轉輸出零，繼電器(K3)、(K4)斷開，此時節能過程結束，進入降壓工作區域，交流輸入由(K3)常閉觸點→(K2)常閉觸點接至自耦變壓器(B1)抽頭(4)上，交流輸出由變壓器(B1)抽頭(3)→(K5)常開觸點→(K4)常閉觸點至負載，工作曲線為圖3中D′E直線。
當交流電壓降低時，工作過程和前述過程相反，逆序動作。由圖3可見，運放(N1)、(N2)、(N3)、(N4)工作轉折點為VI上升時是A、B、C、D四點，VZ下降是A′、B′、C′、D′四點，存在一滯回電壓ΔV，滯回功能由電阻(R5)、(R9)、(R13)、(R16)完成，這樣可防止穩壓節能電路在工作轉折點處發生多次翻轉現象。由于運放(N1)、(N2)、(N3)、(N4)工作轉折點均可調，保證了穩壓的精度。電容(C3)、(C5)、(C7)、(C10)的作用是防止繼電器多次斷合，續流二極管(D4)的作用是加快繼電器(K3)、(K4)的釋放過程。
圖4是開機瞬間沖擊電壓保護原理圖。(B1)為自耦變壓器，(K1)、(K2)、(K3)、(K4)、(K5)為相應繼電器觸點。交流穩壓電源開機后，有1秒左右的電壓建立時間，在這段時間內，交流穩壓電源不起穩壓作用。本實用新型設計為部份提升電路，其特征為升壓繼電器(K2)常閉觸點接至自耦變壓器(B1)抽頭(4)上，降壓繼電器(K5)常閉觸點接至變壓器(B1)抽頭(5)上。由圖4可見，開機后，交流輸入VI經(K3)常閉觸點→(K2)常閉觸點→(B1)抽頭(4)，交流輸出經(B1)抽頭(5)→(K5)常閉觸點→(K4)常閉觸點→輸出V0，提升幅度僅30V左右，這時沖擊電壓較低，一般不超過250V，所以本實用新型對直接輸出插口的負載無甚影響。
圖5是說明斷電、輸出低壓保護，延時保護原理的圖。圖中，斷電、輸出低壓保護電路(Ⅴ)由電阻(R18)、(R19)和晶體管(T5)構成。延時保護電路(Ⅵ)由電阻(R20)、電容(C11)積分電路和兩運放(N5)、(N6)組成延時比較器，基準電壓VREF2由穩壓二極管(DW)提供。延時輸出由電阻(R22)、(R23)，二極管(D6)、(D7)、晶體管(T6)，電容(C12)，繼電器(K6)組成恒流源電路，以保證在電源VDD變化時，延時繼電器(K6)的可靠吸合。通電時，由于電阻(R18)、(R19)建立的電位Ve＞Vf，三極管(T5)截止。Vf隨電容(C11)的充電而逐漸增大，經過5～8分鐘后，Vf≥VREF2，運放(N5)翻轉輸出零，(N6)輸出高，使晶體管(T6)導通，驅動繼電器(K6)吸合，接通延時插口，延時保護過程完成；當交流電壓降低時，電源VDD也隨之下降，當穩壓輸出小于180V時，Ve設計為剛好小于Vf0.7V，晶體管(T5)導通放電，Vf下降，此時Vf＜VREF2，運放(N5)再次翻轉輸出高，(N6)輸出零，延時電路(Ⅵ)截止，達到輸出低壓保護的目的，同理，若交流電突然停電，晶體管(T5)全導通使Vf趨于零，瞬間來電后，又從復上述延時過程，這就是斷電保護的原理。
圖6是說明穩壓電源顯示電路原理的圖。顯示電路由工作轉換顯示電路(Ⅶ)、保護顯示電路(Ⅷ)構成。保護顯示電路(Ⅷ)為典型的受控無穩電路，由運放(N6)通過二極管(D9)控制。通電時，運放(N6)輸出零，運放(N7)同相端受二極管(D8)扦制，(N7)也輸出零，工作轉換顯示電路(Ⅶ)的發光二極管(HL2)、(HL3)均不顯示。因為運放(N6)輸出低，二極管(D9)截止，顯示電路(Ⅷ)不受控而工作，保護狀態由發光二極管(HL1)閃爍顯示，十分直觀。經過5～8分鐘后，運放(N6)輸出高，二極管(D9)導通，保護顯示電路(Ⅷ)受控截止，(HL1)熄滅。此時運放(N7) 同相端不受扦制，二極管(D8)截止。若運放(N3)輸出零，通過電阻(R24)，使V9＜VREF2，運放(N7)輸出零，晶體管(T7)導通，運放(N6)之輸出通過電阻(R25)、晶體管(T7)使(HL2)發光，工作顯示穩壓狀態。若運放(N3)輸出高，則有V9＞VREF2，運放(N7)輸出高，使(HL3)發光，晶體管(T7)截止，(HL2)熄滅，工作顯示為節能狀態，這就是整個顯示電路的工作原理。
本實用新型實現了寬電壓的自動穩壓、電壓正常時節能的功能，保護完善，顯示直觀。還具有使用元件少、成本低、線路簡單、調試方便的特點。
權利要求1.節能保護型寬電壓交流穩壓電源，由穩壓節能電路、保護電路、顯示電路組成，其中，穩壓節能電路由升壓電路(I)、節能電路(II)及降壓電路(III)構成，升壓電路(I)由運放(N1)、(N2)，可調電阻(RP1)、(RP2)，電阻(R4)、(R5)、(R6)、(R8)、(R9)、(R10)，電容(C2)、(C3)、(C4)、(C5)，晶體管(T1)、(T2)，繼電器(K1)、(K2)組成兩級典型的施密特電壓比較電路，降壓電路(III)由運放(N4)，可調電阻(RP4)，電阻(R16)、(R17)，電容(C8)、(C9)、(C10)，晶體管(T4)，繼電器(K5)組成一級典型的施密特電壓比較電路；保護電路由開機瞬間沖擊電壓保護電路(Ⅳ)，斷電、輸出低壓保護電路(Ⅴ)及延時保護電路(Ⅵ)構成；顯示電路由工作轉換顯示電路(Ⅶ)及保護顯示電路(Ⅷ)構成，保護顯示電路(Ⅷ)由運放(N8)，電阻(R28)、(R29)、(R30)、(R31)、(R32)，電容(C13)，發光二極管(HL1)組成一級典型的受控無穩電路，其特征在于a、節能電路(II)由運放(N3)，可調電阻(RP3)，電阻(R12)、(R13)、(R14)，電容(C6)、(C7)，二極管(D4)、(D5)，晶體管(T3)，繼電器(K3)、(K4)組成，電源VDD同時連接二極管(D4)負極、電容(C7)正極、繼電器(K3)、(K4)線圈一端，地線同時連接可調電阻(RP3)下端、電容(C6)負極、晶體管(T3)發射極，電阻(R12)一端連接基準電壓VREF1，(R12)另一端同時連接運放(N3)反相端、二極管(D5)負極，二極管(D5)正極連接運放(N4)輸出端，電阻(R13)一端同時連接可調電阻(RP3)動臂、電容(C6)正極、運放(N3)同相端，(R13)另一端同時連接運放(N3)輸出端和電阻(R14)一端，電阻(R14)另一端連接晶體管(T3)基極，晶體管(T3)集電極同時連接二極管(D4)正極、電容(C7)負極、繼電器(K3)、(K4)線圈另一端，可調電阻(RP3)上端連接電阻(R11)一端，b、開機瞬間沖擊電壓保護電路(IV)由繼由器(K1)、(K2)、(K3)、(K4)、(K5)的觸點組成，繼電器(K3)、(K4)的動臂分別連接交流輸入與輸出，(K3)、(K4)的常開觸點直接相連，(K3)、(K4)的常閉觸點分別連接繼電器(K2)、(K5)的動臂，繼電器(K2)的常閉觸點連接變壓器(B1)抽頭(4)，(K2)常開觸點連接繼電器(K1)的動臂，繼電器(K1)的常開觸點連接變壓器(B1)抽頭(2)，(K1)的常閉觸點同時連接變壓器(B1)抽頭(3)和繼電器(K5)的常開觸點，繼電器(K5)的常閉觸點連接變壓器(B1)抽頭(5)，c、斷電、輸出低壓保護電路(V)由電阻(R18)、(R19)，晶體管(T5)組成，地線同時連接電阻(R19)一端及晶體管(T5)集電極，電阻(R19)另一端同時連接電阻(R18)一端及晶體管(T5)基極，電阻(R18)另一端連接電源VDD，晶體管(T5)發射極同時連接電阻(R20)另一端、電容(C11)正極和運放(N5)的反相端，d、延時保護電路(VI)由運放(N5)、(N6)，電阻(R20)、(R21)、(R22)、(R23)，電容(C11)、(C12)，二極管(D6)、(D7)，穩壓二極管(DW)，晶體管(T6)，繼電器(K6)組成，電源VDD同時連接電阻(R20)、(R21)一端及繼電器(K6)線圈一端和電容(C12)正極，地線同時連接電容(C11)負極、穩壓二極管(DW)正極、二極管(D7)負極和電阻(R23)一端，電阻(R20)另一端同時連接電容(C11)正極、運放(N5)反相端及晶體管(T5)發射極，穩壓二極管(DW)負極同時連接運放(N5)、(N6)同相端和電阻(R21)另一端，運放(N5)輸出端連接運放(N6)反相端，運放(N6)輸出端連接電阻(R22)一端，電阻(R22)另一端同時連接二極管(D6)正極和晶體管(T6)基極，二極管(D6)負極和二極管(D7)正極相連，晶體管(T6)發射極連接電阻(R23)另一端，(T6)集電極同時連接繼電器(K6)線圈另一端及電容(C12)負極，e、工作轉換顯示電路(VII)由運放(N7)，電阻(R24)、(R25)、(R26)、(R27)，二極管(D8)、(D9)，晶體管(T7)，發光二極管(HL2)、(HL3)組成，地線同時連接發光二極管(HL2)、(HL3)負極，運放(N7)反相端連接基準電壓VREF2，(N7)同相端同時連接電阻(R24)一端及二極管(D8)正極，電阻(R24)另一端和運放(N3)輸出端相連，電阻(R25)一端同時連接二極管(D8)負極、二極管(D9)正極和運放(N6)輸出端，電阻(R25)另一端連接晶體管(T7)發射極，二極管(D9)負極同時連接電阻(R31)一端、電容(C13)正極和運放(N8)反相端，運放(N7)輸出端同時和電阻(R26)、(R27)一端相連，電阻(R26)另一端和晶體管(T7)基極相連，電阻(R27)另一端和發光二極管(HL3)正極相連，晶體管(T7)集電極和發光二極管(HL2)正極相連。
專利摘要節能保護型寬電壓交流穩壓電源，可實現寬范圍的交流穩壓，電壓正常時節能、對負載進行供電保護等多種功能。穩壓電源由穩壓節能電路、保護電路、工作狀態顯示電路組成，穩壓精度高，自耗小，節能效果顯著，主要適用于家用電器。
文檔編號H03K17/28GK2103161SQ9122697
公開日1992年4月29日 申請日期1991年10月16日 優先權日1991年10月16日
發明者方廷壽 申請人:方廷壽