本发明是关于从交流电获得直流供电的电子整机的电源电路。 很多地区,特别是用小水电站供电的广大农村,交流电压常在130V-240V范围内波动,这使得相当一部份使用现有技术的电子整机,例如黑白电视机不能适应。此外,世界各国所使用的交流电压不同,有兼用110v和220v的地区,也有仅用110v或220v的地区,这也希望电源电路能自动适应这些电压。
电子技术1984年第10期《新型电视机直流稳压电源》一文描述了该领域的现有技术。现有技术中,变换型开关式直流稳压电源(通称高压开关电源)对交流电压的变化有较好的适应性。但是,它的成本高、技术难度大、对元件的技术要求高,不能被廉价的电子整机如黑白电视机接受。
中国专利公开说明书(85103811)公开了日本夏普公司的一项发明,该项发明用一套电路去鉴别交流电压的高低而自动转换整流电路,使直流输出电压保持一定,从而可自动适应110V或220V的交流电压。这项发明的实质是电压进行两档自动转换,因此不能适应交流电压大范围波动的连续变化。如果交流电压在110v-220v之间变化,那么直流输出电压在转换点左右一段范围内,不是过高就是过低(参阅该发明公开说明书附图7),使负载不能正常工作,即使设法使负载能工作,也会使功耗过大。另外,输出直流电压转换的突变会产生讨厌的现象如使得电视图象的突然扩大、缩小或者抖动。另一方面,该发明线路复杂,使用元件较多,不利于降低成本。
其它类型的电源电路也很难在低成本和规定的技术条件下具备宽的电压适应范围。
本发明的任务是要提供一种线路简单、成本低、功耗低的既能自动适应交流电压大范围连续变化,也能实现110v与220v电压的自动转换的电源电路。
本发明地任务是以如下方式完成的:在具有高低两种电压的两套整流装置间,接入一稳压装置。在交流电压较高时,稳压装置被截止,故不工作;当交流电压降低使稳压装置输出端电压低于它的稳压值时,稳压装置工作,以断续脉冲方式将较高整流电压补充到输出端,从而实现了输出稳定。
根据本发明的原理,可以设计并制造出电压自适应集成稳压器。
以下将结合附图,对发明作详细的描述。
图1是现有技术的一种电视机电源电路原理图。
图2A是本发明在电视机电源中应用的原理图。
图2B是本发明在电视机电源中应用的一个实例的电路图。
图2c是本发明在电视机电源中的另一实施例。
图3A、3B、3c和图4A、4B、4c均是说明图2A工作状态的图。
图5是用本发明设计制造的集成稳压器原理框图
图1是现有技术的电视机电源电路原理图。在图1中,由于变压器(1)初、次级间的固定比例关系,整流装置(2)输出的伴音电压Vs与交流电压间亦保持固定的比例关系,当交流电压下降时,伴音电压Vs亦下降通常,当交流电压比额定值下降20%左右时,伴音电压Vs便下降到使稳压装置(4)不能正常工作,稳压装置(4)的输出电压Vo不稳。
图2A是本发明在电视机电源中应用的原理图。它有一个至少可提供两种整流电压绕组的变压器(1),此外在现有技术的电源上增加了比整流装置(2)输出电压高的整流装置(5)和一个稳压值比稳压装置(4)的稳压值高的稳压装置(13)。整流装置(2)、(5)有一公共端(9),稳压装置(13)的输入端接整流装置(5)的输出端(11),稳压装置(13)的输出端接整流装置(2)的输出端(10),稳压装置(13)的公共端与前述公共端(9)相连。整流装置(5)的输出端(11)不接滤波电容滤波或只接入容量小于滤波电容(3)容量一半的小容量电容以消除干扰。稳压装置(13)也可以借助外部稳定电压作基准电压。
如上所述,由于构成了电压自适应电源电路,这就使电路的工作状态与现有技术相比较,发生了根本的变化,可使电源对电压的适应范围大幅度地展宽,并可使功耗明显的降低。
下面结合图2A、图3及图4来说明本发明的工作状态。
在图3A和图3B中,V13是稳压装置(13)的稳压值,它大于稳压装置(4)的稳压值Vo;V10表示图2A中接点(10)处的电压(及与之相连的伴音电压Vs),它是带有纹波的直流电压;图3中的所有横坐标t均表示时间;图4中的所有横坐标VAC均表示交流电压。
当交流电压较高时,例如在图4A中的VAC1时,整流装置(2)输出比较高的电压,这时接点(10)的电压波形如图3A中的V10H,高于稳压装置(13)的稳压值V13,稳压装置(13)被截止。这时候电路完全靠整流装置(2)输出电流供电,稳压装置(13)和整流装置(5)不对输出电流作贡献。此时,图2A的电路等效于图1的电路。这种状态一直保持到由于交流电压VAC下降到图4A中VAC2而使图3A中的V10H与V13相交时止。从图4A中可以看出,在交流电压VAC从VAC1降到VAC2时,V10也随之成比例的下降。
当交流电压VAC降到VAC2时,图3A中的V10H与V13相交,上述电路工作状态立即发生了变化。以图3A中V10变为V10M为例说明如下。
在时刻t1时,V10M小于稳压装置(13)的稳压值V13,而这时稳压装置(13)的输入脉动电压V11已超过V13。如图3B所示,稳压装置(13)立即向接点(10)输出电流I11,以补充V10M的下降。随着I11对滤波电容(3)的充电,V10M逐渐升高。到时刻t2时,整流装置(2)输出电压靠近峰值的部份超过了V13(它也向电容(3)充电),使V10M超过V13,稳压装置(13)立即停止向接点(10)输出电流,此时I11降为零而由整流装置(2)输出接近峰值的电压继续把V10M充电到峰值时刻t3,等到下一个周期又重复上述过程。电流I11的波形见图3c,它是不连续的脉冲波形。由于变压器内阻等原因,在产生电流I11的时间t1-t2内,接点(11)的电压波形V11产生一个缺口,如图3B所示。
从图3可看出,V10M如果降得越多,即V10M向V10L方向平移,则V10M从小于V13开始上升的时刻t1至V10M达到V13的时刻t2的间隔越长,整流装置(5)提供的电流I11的脉冲宽度就越宽,I11的平均值就越大,接点(10)得到的补充电压就越多;反之,如果V10M上升一些,即向V10H方向平移,则t1与t2的间隔越短,I11的脉冲宽度就越窄,其平均值就越小,接点(10)得到的补充电压也就越少。由于前述自动调节过程的作用当交流电压在图4A中的VAC2到VAC3这段范围内变化时,接点(10)的电压V10以及由V10提供的伴音电压和稳压装置(4)的输入电压相对变化较小。在这个自动调节过程中,由于I11平均值的变化与VAC的变化成反比,因而稳压装置(13)的功耗并不大。
当交流电压再进一步下降,如图4A中的VAC3至VAC4这段范围时,整流装置(2)输出电压的峰值都不能达到稳压装置(13)的稳压输出值V13时,流过稳压装置(13)的电流I11全部承担整个电路的供电。此时接点(10)的电压V10被稳压装置(13)稳定在一定的范围内,而整流装置(2)被反偏停止工作。虽然这时I11的平均值比较大(等于全部电路所需的供电电流),但由于这时整流装置(5)的输出电压降得很多,因此,整个电路的功耗PAC仍然不大。在这段范围内,整个电路的功耗PAC有一个峰值,它发生在整流装置(2)将要停止工作之前,对应在比VAC3略高的电压范围内。这个功耗峰值可以控制得小于当交流电压等于VAC1时所对应的功耗。功耗与交流电压的关系,见图4c。
当交流电压下降到图4A的VAC4以下时,稳压装置(13)的输入电压低于正常工作所需电压,稳压装置(13)内部的调整管饱和,V10不能被控制而随VAC的下降等比例的下降。
综上所述,从对电路工作状态的分析,可以看出交流电压在VAC1至VAC4这个较宽的范围内变化时,接点(10)的电压V10相对变化不大,伴音电压也比较稳定;V10经过稳压装置(4)稳压后的输出V0就更稳定。VAC与V0的关系示于图4B。
图2B是本发明的一个实施例。它用调整管(6)、电压比较管(7)、取样网络(8)并借助于稳压装置(4)的稳压输出作基准电压而构成稳压装置(13)。其中,调整管(6)的受控极联到或通过另外元件联到电压比较管(7)的输出端,调整管(6)的另外两个极分别联在整流装置(2)的输出端(10)和较高电压整流装置(5)的输出端(11)之间,电压比较管(7)的比较输入端与取样网络(8)的取样输出端相联,取样网络(8)的两取样端连在整流装置(2)的两端(9)和(10)之间。对整流装置(5)和(2)的输出电压进行不同的比例选择,可得到不同的电压适应范围和功耗。例如当选用比例为2时,可简化变压器绕组而用全波和桥式两种方式构成上述两个整流装置。图2c所示的线路就是这种情况,它是本发明的另一实施例。将图2c所示电路应用在一种14″黑白电视机上,其电压适应范围为95V-242V额定功耗小于25W。将图2B所示电路应用在一种14″黑白电视机上后,交流电压适应范围由原来的170V-242V扩展到120V-250V,整机功耗由原来220V时的23W降到120V-220V范围内均小于20W。
因此,与现有技术相比,本发明不但具有电压适应范围宽之优点,而且还能降低功耗。例如当应用于黑白电视机上时,电源效率可接近低压开关电源,且电路中不存在开关电源的干扰,应用技术难度和成本均低于低压开关电源而接近于串联稳压电源。
本发明用作110V与220V电压的自动转换电路比中国专利公开说明书(85103811)所述电路简单,只需适当调整整流装置(2)和(5)的输出电压比值。电路同时还具有能自动适应110V-220V之间任何电压的特点。
现有的单片集成稳压器还不具有高效率自动适应大范围电压变化或转换电压的功能。应用本发明的原理可以设计出电压自适应高效集成稳压器,这就使得实际应用电路更加简洁。
图5是这种电压自适应高效集成稳压器的原理框图。
在这种集成稳压器(20)内部,包含有两个稳压单元(13)和(4)。稳压单元(13)比(4)的稳压值高,稳压单元(13)的输出与稳压单元(4)的输入相联,并接引出端(a),(a)供外电路接入经过整流滤波的电压;稳压单元(13)的输入接引出端(b),(b)供外电路接入比引出端(a)高的整流电压;稳压单元(4)的输出接引出端(c),经(c)向外电路输出稳定电压。稳压器(20)还有另一引出端(d),(d)作为(a)、(b)两组电压输入的公共端,也可以作电压输出端。