專利名稱：正弦波輸出恒流調光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子控制技術，具體而言是一種利用相移分壓原理，對反饋信號進行判別和處理，使等效阻抗自動切換，以實現大動態范圍內的正弦波電流控制的正弦波輸出恒流調光器，主要用于機場跑道燈控制、調速、調功等自控場合。
常用機場跑道燈恒流調光器均采用可控硅閘流技術。這種調光器在貫徹民航行業標準時，受到一定限制；因為1、負載短路試驗時，由于整機輸出功率近于零，可控硅導通角(α角)亦趨于零，再加之以觸發晃動及對稱性等原因，已難以克服噪聲對信號的影響，即難以實現短路時的恒流控制。同時，閘流管的大電流狀態的通斷，使工頻波形嚴重畸變，生成高次諧波的尖峰干擾；2、整機閉環響應時間一般設定較長(約1.5S)，瞬間負載變化(如變壓器短路、燈泡開路、電網電壓變化等)往往會導致過電流或過電壓，從而造成元器件損壞、整機失效。
本實用新型的目的是提供一種利用相移分壓原理，實現正弦波輸出控制的恒流調光器，以利于貫徹民航行業相關標準。
圖1、調光器電原理方框圖圖2、調光器電原理線路圖(A)圖3、調光器電原理線路圖(B)
圖4、調光器安裝結構示意圖現以圖1所示正弦波輸出恒流調光器電原理方框圖來說明本實用新型的目的是如何實現的。
1、電源輸入回路由容抗變換器和主變壓器原邊串接而成，其等效阻抗(容抗)分別受控于斬波控制器①、②和容抗變換控制器。
2、由主變壓器副邊輸出給恒流負載的電流信號被采樣后，一路經電流放大整形電路，等效于實測電流的相位和幅值；另一路給同步基準成形電路作為基準信號的同步過零信號，自生成正弦波，并成形、其幅值由恒流調節電位器設定。
3、由放大整形電路和同步基準成形電路來的信號合成后獲得瞬態控制信號，該控制電平正浮動時，則主回路中的容抗減小，主變壓等效阻抗增高；該控制電平負浮動時，則反向變化。同時，主回路中的相移也發生相應變化。為使電路恢復恒定狀態，上述控制信號經放大比較電路，斬波電路和光電隔離器及容抗變換控制器輸出三路信號經斬波控制器②控制主變壓器對應繞組的無功電源；經斬波控制器①控制容抗變換器的動態容抗，實現容抗的無級變化；經容抗變換控制器控制容抗變換器對應電容的自動通斷，實現容抗的步進式調整。
4、三路控制信號的組合功能實現電路動態跟蹤，自動控制容抗變換器與輸入回路的相移和分壓，從而輸出電流恒定。
5、恒流調光器的控制電路的供電電源采用通用的整流穩壓電流，五級亮度顯示電路，短路保護報警電路也采用通用電路。
利用本實用新型所提供的電路可方便地改變反饋信號(如電壓、轉速、功率等)，使相應的輸出量恒定，因而本實用新型可廣泛地用于電機調速控制，調壓、調功控制，舞臺燈光控制，通訊電源等技術和產品。由于本實用新型是實現正弦波控制，在防止閃爍，平穩轉動等方面有突出優點。
現現結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
如圖2、3所示為本實用新型實施例機場跑道燈用正弦波輸出恒流調光器的電原理線路圖(A、B)，其主要由電源輸入回路、容抗變換器、斬波電路、斬波控制器①、②、放大整形電路，同步基準成形電路、光電隔離器、放大比較器等組連而成。
現將各單元電路的組成及其功能分述如下。
1、電源輸入回路(220V交流電源)由電容C001和動態電容C311、C312……C31N所連接各容抗變換器的總和，主變壓器T1的原邊串接而成。C002是為防止諧振而并入T1的。C311、C312……C31N分別連接由晶體管BG301～BG302、二極管D301～D311、電阻R301～R306等組成多路相同電路形式的容抗變換器電路，可使OP兩點間的容抗發生動態變化。其中，R301、C302組成積分環，以防止浪涌。容抗變換器的路數N可根據調光器的輸出功率和控制精度的要求確定。其開關接點AA′、BB′…NN′分別與光電隔離器的開關接點相對應連接。
電路總輸出是由主變壓器T1升壓后，與多個恒流負載——由跑道燈L101、L102……L10N與對應的隔離變壓器T101、T102……T10N串連接而成，低壓點燃(低于24V，8·33A)2、利用無接觸式電流探測器LiM元件將輸出回路中的正弦波電流動態信號取出，由K點分別輸至電流放大整形電路及同步基準成形電路。
3、電流放大整形電路由集成電路IC207～IC209組成(如圖3所示)。它接收K點來的信號，并經合成電阻由Q點向斬波電路和比較器輸出控制信號。
a)、由IC207、R221～R223、W202接成負反饋放大器電路，其放大倍數由電位器W202調節確定。
b)、由IC208、BG203～BG204、D201～D202、R224～R235等連接全波整流電路，其中W204為平衡電位器，用以調整波形對稱。
c)、由IC209、R236～R238、W203等連接成同相輸入放大器，其放大倍數由電位器W203調節確定。
4、同步基準成形電路由集成電路IC201～IC206等組成(如圖3所示)。它接收K點來的信號，并經合成電阻由Q點向斬波電路和比較器電路輸出控制信號。
a)、來自K點的正弦波電流信號經由IC201、R202～R203連成的整形電路，形成同步過零方波信號(占空比為11)。
b)、由IC202、R204～R207、C201～C202等接無源和有源兩級積分電路，模擬形成正弦波。
c)、由IC203、R208～R210、C203～C204等接成微分電路，實現相位還原。
d)、由IC204、R211～R215、W201、W207等接成反相放大器電路，將信號放大。其中電位器W201作放大倍數調節；R214～R215、W207用作直流平衡調節。
e)、由IC205、R240～R251、BG201～BG202、W205等接成全波整流電路，其中IC205接成例向器，W205為幅度平衡電位器。
f)、由IC206、R252～R253、W206等接成跟隨器，電位器W206用以予置基準幅度，即實現恒流值的設定和調節，并滿足五級亮級燈光顯示的要求。
5、來自上述整形電路的負波信號和來自成形電路的正波信號分別經等值電阻R239、R253合成匯集于Q點，獲得逐波比較后的準直流電平信號，該控制信號一路輸至放大比較器電路的由IC210、R254～R256、C205組成的同相輸入予放電路，進而經D點輸至由IC601、R601～R603、W601組成的同相輸入放大器進一步放大到足夠的動態范圍去控制斬波電路。其中電位器W601作放大倍數調節，第二路輸至容抗變換控制器。第三路至由BG205、D205、R257～R259，C207組成的緩啟動電路，以消除開關啟動時的沖擊大電流。
6、由IC602～IC604、BG601～BG606、R604～R625等組成動態范圍寬的調頻、調寬的斬波電路。其工作原理簡述如下a)、上述放大控制信號經電阻R604向電容C601充電，使T點電平呈正向上升鋸齒波，經場效應管BG601阻抗隔離，信號進入由IC602、R608～R610、W601、W603等組成的比較器電路，使其輸出端U點正跳變，呈高電平“1”。其中W601用作回差調節、W603用作比較電平調節。
b)、U點高電平經電阻R617向電容C603充電，使源極跟隨器BG604輸出的鋸齒波上升，進而使比較器IC604輸出端W點正跳變，呈高電平“1”。其中W604用作回差調節。而比較器反相端的比較電平，即鋸齒波的高度受控于IC601輸出的控制電平，這樣就實現了雙控。
c)、由IC604輸出高電平，經由穩壓管D603、R625、C604等組成的積分電路，使晶體管BG605、BG606分別導通，C601、C603放電，即鋸齒波分別回零，V點形成控制方波信號。
d)、U點的方波信號一路經晶體管BG602跟隨器驅動發光二極管D601點燃，同時使光電隔離器D11導通，其RR′接通斬波控制器①。另一路經倒向器IC603、跟隨器BG603驅動發光二極管D602點燃，同時使光電隔離器D612導通，其SS′接通斬波控制器②
由上述分析看出，斬波控制器①、②是倒向工作的，其占空比由控制電平確定，并處于動態調整過程中，其次，由于比較器IC602及IC604分別設置了可調整的回差電路，當控制電平處于上、下臨界值時，其中一路鋸齒波發生器將自鎖，即工作于穩態直流狀態。當控制電平退出臨界狀態時，電路將自動恢復中頻斬波狀態。
7、斬波控制器①(如圖2所示)由D401～D404及D405～D408分別接成全橋共零電路，其中D405～D408的電源來自變壓器T2的懸浮低電壓(約6·3V)，而D401～D404與斬波電容C401串接后并入容變換器兩端即OP兩點，串入電感L401的目的在于防止電流突變而損壞開關器件。
當RR′接通時，BG401～BG402導通，并驅動BG403導通，從而使OP兩點的容抗發生動態變化。電阻R407、二極管D409予置BGBG403發射極為正電平，使在BG403截止期間EB結處于反向偏置，以保證BG403在高反壓狀態下正常工作，由D410、R408、C403組成吸收回路，進一步確保BG403大功率管的可靠工作。
斬波控制器②和斬波控制器①的組成形式和工作原理基本相同，其由全橋共零電路D501～D504、D505～D508、變壓器T2，斬波電容C504、電感2501、晶體管BG501～BG503、電阻R501～R508、電容C502～C503、二極管D509～D511等連接而成。所不同的只是由光電隔離器D612的信號使SS′接通，該控制器將完成主變壓器T1的等效阻抗的動態變換。
8、容抗變換控制器由集成電路IC212、晶體管BG206、BG207和多路輸出比較器電路IC231、IC232……IC23N；BG271、BG272……BG27N及其對應的光電隔離器電路D231′、D232′……D23N′所組成。由Q點來的合成控制信號，經比較器電路，分別輸至N路集成電路IC231、IC232……和對應的光電隔離器使接點AA′、BB′……NN′導通，去控制對應的N路容抗變換器導通。
a)、由IC212、R260～R262、C206等接成同相輸入放大器，其放大倍數由電位器W208調整，R260、C206積分電路消除工頻紋波。
b)、由晶體管BG206～BG207及相關阻容件R263～R266接成互補跟隨器，克服溫漂并加大負載能力。
c)、多路比較器電路分別由IC231、IC232……IC23N；BG271、BG272……BG27N；D231、D232……D23N和對應的光電隔離器所組成，其中的電阻R281、R282……R28(N＋1)接成分壓串聯形式，分別為相應的集成電路IC231……IC23N的反向輸入端提供寬范圍的不同予置值，并分別與互補跟隨器的輸出相比較，從而確定集成電路IC231……IC23N各路的輸出狀態。當IC231輸出呈高電平“1”時，BG271導通，對應發光二極管D271點燃，同時對應的光電隔離器D231′導通，使接點AA′接通容抗變換器，以此類推。光電隔離器D232′……D23N′的接點BB′、……NN′分別接通對應的容抗變換器，可實現OP點容抗的步進式調整。
綜合上述分析，本實用新型所提供的電路設計與現有恒流調光器相比較。其顯著特點是1、本實用新型采用串聯移相分壓原理及斬波電路設計，保證了輸出電流信號為正弦波，以便于實現控制，它克服了常用可控硅閘流技術浪涌電流的高次諧波干擾。
2、主回路并入容抗，使之具有相對自穩定的恒流特性，適應大動態范圍的負載變化量，即使負載短路，仍具有相對的恒流特性，這是現有常規電路達不到的。
3、由于控制電路引入了直流至中頻的雙控式調頻調寬斬波電路，分別實現容抗和等效阻抗的微調，從而大大提高了整機的控制精度。
4、由于電流放大整形電路與同步基準成形電路的合成采用正弦波逐波瞬態比較的方法，可使整機閉環響應時間大大加快，避免了由于負載或電網瞬間變化而導致的故障，而常用可控硅閘流技術均采用長時間常數積分脈沖電流波與直流予置電平相比較的方法，因而響應速度慢。
圖4為機場跑道燈用恒流調光器的安裝結構示意圖。
圖中1、機箱；2、輸出電壓表；3、輸出電流表；4、五級燈光亮級顯示；5、電流調節鈕；6、電路板；7、主變壓器(T1)；8、電源輸入端子；9、恒流輸出端子。
本實用新型的一個具體實施例——JT－3－6·6－22型正弦波輸出恒流調光器民航標準(JT)、功率3KW恒流6·6A、電源電壓220V。電路主要元器件選擇是主變壓器T1采用CD型鐵芯，升壓比12·3；集成電路塊型號均為μA741；光電隔離器型號均為4N25，大功率管BG403型號為2DS870或采用功率場效管；驅動管BG271等型號均為3DA639；其余晶體管型號PNP型采用3CG307B，NPN型采用3DG237B。
權利要求1.一種包括整流穩壓電源電路，五級亮級顯示電路、短路保護報警電路、恒流負載的正弦波輸出恒流調光器，其特征在于電源輸入回路由電容(C001)、N路容抗變換器和主變壓器(T1)的原邊串聯而成，并分別與斬波控制器①、②和容抗變換控制器相連接；經主變壓器(T1)輸出給恒流負載的電流被探測器(L1M)取樣后分別輸至電流放大整形電路(IC207～IC209)和同步基準成形電路(IC201～IC206)；二者輸出信號經等值電阻(R239、R253)合成后分別輸至放大比較器電路(IC210、IC601)、容抗變換控制器(IC212、BG206、BG207)和緩啟動電路(BG205)；放大比較器電路連接斬波電路(IC602～IC604)經光電隔離器(D611、D612)分別控制斬波控制器①、②；容抗變換控制器經N路輸出比較器電路(IC231、IC232……IC23N)驅動對應的光電隔離器(D231′、D232′……D23N′)導通經接點(AA′BB′……NN′)去控制對應的容抗變換器(BG301、BG302)。
2.根據權利要求1所述的調光器，其特征在于所述容抗變換器由電容(C311～C31N)分別連接N路相同電路——全橋共零電路(D301～D308)，積分環(R301、C302)、晶體管(BG301、BG302)、電阻(R303～R306)、二極管(D309、D311)所組成，其開關接點(AA′、BB′……NN′)分別對應地連接相應的容抗變換控制器電路，路數N由調光器輸出功率和控制精度而定。
3.根據權利要求1所述的調光器，其特征在于所述的電流放大整形電路由反饋放大器(IC207、R221～R223、W202)連接全波整流電路(IC208、BG203、BG204、R224～R235、W204)再接同相輸入放器(IC209、R236～R238、W203)組成，其中電位器(W202、W203)調節放大倍數、電位器(W204)為平衡電位器、調整波形對稱。
4.根據權利要求1所述的調光器，其特征在于所述的同步基準成形電路由整流電路(IC201、R202、R203)連接積分電路(IC202、R204～R207、C201、C202)經微分電路(IC203、R208～R210、C203、C204)和反相放大器(IC204、R211～R213、W201)接全波整流電路(IC205、R240～R251、W205、BG207、BG202)連接跟隨器(IC206、R252、R253)組成，其中電位器(W201)調節放大倍數，電位器(W205)為平衡調節。
5.根據權利要求1所述的調光器，其特征在于所述的放大比較器電路由同相輸入予放電路(IC210、R252～R256、C205、W209)連接同相輸入放大器(IC601R601～R603、W601)而成，其中電位器(W209、W601)為放大倍數調節。
6.根據權利要求1所述的調光器，其特征在于所述的斬波電路由場效應管(BG601)比較器(IC602、R608～R610、W601、W603)、集成電路(IC604)、積分電路(D603、R625、C604)、晶體管((BG605、BG606)、電容(C601、C603)依次連接而成，其輸出信號分路驅動光電隔離器。
7.根據權利要求1或6所述的調光器，其特征在于兩路光電隔離器分別由發光二極管(D601；D602)、電阻(R621～R624)、隔離器(D611；D612)組連而成，其接點(RR′、SS′)分別接斬波控制器①、②。
8.根據權利要求1所述的調光器，其特征在于所述的容抗變換控制器由同相輸入放大器(IC212、R260～R262、C206、W208)經跟隨器(BG206、BG207、R263～R266)分別連接N路比較器電路(IC231～IC23N、BG271～BG27N)和對應的光電隔離器(D231～D23N、D231′～D23N′)，其對應接點(AA′……NN′)分別去控制相應的容抗變換器的通斷。
9.根據權利要求1或7所述的調光器，其特征在于并連于電容(C001)兩端的斬波控制器①由兩個全橋共零電路(D401～D408)分別與斬波電容(C401)、電感(L401)和變壓器(T2)相連，再經接點(RR′)連接晶體管(BG401～BG403)、電阻(R401～R408)、電容(C402～403)、二極管(D409～D411)組成，其接點(RR′)與光電隔離器(D611)相連，以控制通斷。
10.根據權利要求1或7所述調光器，其特征在于并連于主變壓(T1)副邊的斬波控制器②由兩個全橋共零電路(D501～D508)分別與斬波電容(C504)、電感(L501)和變壓器(T2)相連，再經接點(SS′)連接晶體管(BG501～BG503)、電阻(R501～R508)電容(C502～C503)、二極管(D509～D511)組成，組成，其接點(SS′)與光電隔離器(D612)相連，以控制通斷。
專利摘要正弦波輸出恒流調光器是利用相移分壓原理對反饋信號進行判別和處理，使等效阻抗自動切換，以實現大動態范圍的正弦波電流控制。其電路原理是輸入回路輸出給恒流負載的電流信號被采樣后分別經電流放大整形電路和同步基準成型電路，二者輸出信號經合成一路經容抗變換控制器去控制容抗變換器的動態變化，以改變輸入回路的阻抗；另一路經斬波電路分路經光電隔離器分別控制斬波控制器，再去控制輸入回路的阻抗變化，從而使輸出的電流保持恒定。本實用新型用于機場跑道燈光控制，可完全滿足民航行業標準的要求。
文檔編號H05B39/00GK2195838SQ9420741
公開日1995年4月26日 申請日期1994年3月17日 優先權日1994年3月17日
發明者周洪璋, 顧東橋, 劉潔民, 南月香, 宋國銀 申請人:中國民航實業開發總公司, 北京調壓器廠