專利名稱：節(jié)能型電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源。
背景技術(shù)：
中國專利曾公開一種“節(jié)能全自動逆變電源”(CN2110944U，公告日1992年7月22日)，它在逆變電路中增設(shè)由可調(diào)電阻、充電控制集成塊、繼電器、電阻、充電整流二極管、二個電解電容器構(gòu)成的自動控制電路，用于無電場合。目前，市面上有很多種電源，在今年電力緊張的情況下，各種應(yīng)急電源更是種類繁多；現(xiàn)有技術(shù)考慮的多是波形的失真度，用過流報警、過壓報警等方式被動地應(yīng)付負(fù)載的突變，但是沒有考慮到節(jié)能的重要。在停電時使用備用電源時，節(jié)能顯得十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種節(jié)能型電源，它能在市內(nèi)、居家、商業(yè)、電器、工業(yè)等多種用電環(huán)境中減少用電浪費，保護(hù)用電設(shè)備，延長一次充電使用時間和電源使用壽命。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的解決方案是，一種節(jié)能型電源，包括蓄電池、充電電路、控制電源及基準(zhǔn)電壓電路、檢測電路、控制電路、切換電路、逆變電路、正弦波生成電路、振蕩電路、CPU、逆變變壓器，補(bǔ)償與優(yōu)化電路，在正弦波生成電路和切換電路后接補(bǔ)償與優(yōu)化電路，當(dāng)在二相中使用時，該補(bǔ)償與優(yōu)化電路由兩個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置組成，每個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置由兩個瓷片電容、一個安規(guī)電容、一個電感、一個單向可控硅、三個電阻、一個指示燈和一個壓敏電阻組成，兩個瓷片電容串接，三個電阻串接，壓敏電阻、上端瓷片電容、安規(guī)電容、電感、上端電阻和中端電阻的中點接零線，壓敏電阻另一頭、下端瓷片電容、安規(guī)電容另一端、單向可控硅的輸出端、下端電阻、指示燈陰極接火線，電感另一端接單向可控硅的輸入端，單向可控硅的控制極接中端電阻與下端電阻的中點，上端電阻另一端接指示燈陽極，兩個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置的電路形式對稱，數(shù)值不同，形成強(qiáng)弱互克的互補(bǔ)電路。
指示燈為發(fā)光二極管，不僅有指示作用還有穩(wěn)壓箍位的作用。
如果在三相中使用，則該補(bǔ)償與優(yōu)化電路由三個一樣的補(bǔ)償與優(yōu)化裝置組成，每個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置的電路零線接在一起。
補(bǔ)償與優(yōu)化電路是該電源設(shè)備不同于其它電源設(shè)備所特有的電路。設(shè)置該電路，具有穩(wěn)定供電電壓、過濾瞬變浪涌、降低線路溫度、減少用電浪費的作用，使電流相對平衡，保護(hù)用電設(shè)備，達(dá)到了相當(dāng)可觀的節(jié)電效果。該電源在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了補(bǔ)償與優(yōu)化電路，該電路的功能是補(bǔ)償與優(yōu)化最終輸出，自動地檢測電流與電壓相位差，采用軟開關(guān)和電容元件來調(diào)節(jié)和緩沖突變的電壓，用兩個大電感來消除高次諧波，并與上一端的電感輸入形成拓?fù)潢P(guān)系。進(jìn)一步抑止浪涌，平衡電流，平穩(wěn)供電，使輸出波形更加平滑，失真度更小。
在補(bǔ)償與優(yōu)化電路中，瓷片電容和安規(guī)電容都有都有儲存能量的作用，它通過吸收與釋放能量來穩(wěn)定電壓，電感可以阻止電流迅速的變化。這樣一來，突如其來的大電流就會被緩沖、平滑，單向可控硅為控制高電壓的開關(guān)器件，通過上端電阻和中端電阻的中間電壓，可以控制單向可控硅的開關(guān)及開關(guān)時刻，從而控制較大的電路電壓，使輸出電壓穩(wěn)定。并且這些瞬態(tài)的高電壓，大電流所帶來的能量并不會被簡單的消耗掉，而是被充到電容中，并在電壓變低時釋放出來，并被合理利用，從而能節(jié)約電能，達(dá)到穩(wěn)壓、節(jié)能的目的。
四

圖1是本實施例的原理框圖。
圖2是本實施例中的正弦波生成電路及補(bǔ)償與優(yōu)化電路圖。
圖3是本實施例中的控制電源及基準(zhǔn)電壓電路圖。
圖4是本實施例中的逆變電路圖。
五具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及其附圖對本發(fā)明再作描述。
參見圖1和圖2，一種節(jié)能型電源，包括蓄電池、充電電路、控制電源及基準(zhǔn)電壓電路、檢測電路、控制電路、切換電路、逆變電路、正弦波生成電路、振蕩電路、CPU、逆變變壓器，補(bǔ)償與優(yōu)化電路，在正弦波生成電路和切換電路后接補(bǔ)償與優(yōu)化電路，當(dāng)在二相中使用時，該補(bǔ)償與優(yōu)化電路由兩個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置組成，每個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置由兩個瓷片電容C17、C18或C19、C20、一個安規(guī)電容C16或C18、一個電感L2或L3、一個單向可控硅SCR1或SCR2、三個電阻R29、R25、R26或R′28、R27、R28、一個指示燈和一個壓敏電阻RV組成，兩個瓷片電容C17、C18或C19、C20串接，三個電阻R29、R25、R26或R′28、R27、R28串接，壓敏電阻RV、上端瓷片電容C17或C19、安規(guī)電容C16或C18、電感L2或L3、上端電阻R29或R′28和中端電阻R25或R27的中點接零線，壓敏電阻RV另一頭、下端瓷片電容C18或C20、安規(guī)電容C16或C18另一端、單向可控硅SCR1或SCR2的輸出端、下端電阻R26或R28、指示燈陰極接火線，電感L2或L3另一端接單向可控硅SCR1或SCR2的輸入端，單向可控硅SCR1或SCR2的控制極接中端電阻R25或R27與下端電阻R26或R28的中點，上端電阻R29或R′28另一端接指示燈陽極，兩個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置的電路形式對稱，數(shù)值不同，形成強(qiáng)弱互克的互補(bǔ)電路。
參見圖2，所述的正弦波生成電路主要由電感L1和電容C63組成，電感L1接逆變變壓器B3次級線圈一端，電容C63接逆變變壓器B3次級線圈另一端，該電路的輸出即為補(bǔ)償與優(yōu)化電路的輸入。正弦波生成電路的功能是把一群SPWM較高電壓，較小電流的波形變換成等面積的正弦波，這一部分電路主要由一個大電感和大電容組成。結(jié)合功率設(shè)計和負(fù)載的大小，適當(dāng)?shù)倪x用電感量和電容量，在波形完美和價格策略中選取一平衡點。
參見圖2，所述的電感L2或L3與上一端的電感L1輸入成為拓?fù)潢P(guān)系，形成多層的防護(hù)補(bǔ)償與優(yōu)化體系。
在本實施例中，檢測電路是離散的，在空間上并不能集中在一起，只是概念的集中，是分布在不同的電路中的小電路單元。它包括蓄電池電壓的檢測，市電電壓的檢測，逆變輸出電壓的檢測，及逆變輸出過載的檢測。眾多的檢測電路使節(jié)能型電源更穩(wěn)定可靠的工作，進(jìn)一步提高了節(jié)能電源的防護(hù)性能和安全性能。
在本實施例中，控制電路同樣是離散的，在空間上并不能集中在一起，只是概念的集中，它采用成熟的繼電器和二極管保護(hù)電路，采用不同與CPU控制電源(DC5V)的另一電源(DC12V)，避免在觸頭動作時微觀時間內(nèi)的電平抖動，增加了CPU工作的可靠性，同時，也使繼電器獲得能量得到保證，從而保證了程序不受電源電平波動的干擾。
在本實施例中，蓄電池為備用的DC12V或DC24V蓄電池，可按照具體的容量要求進(jìn)行選用，CPU一般采用AT89C52，該芯片集成度高，性能優(yōu)越，易于購買，價格低廉。振蕩電路采用12MHZ，這樣，CPU每個機(jī)器周期正好為1μs，便于控制和保證輸出頻率的準(zhǔn)確度。CPU收集和測量狀態(tài)信號，并按程序?qū)Ω鞣N狀態(tài)進(jìn)行處理，更主要的是要產(chǎn)生SPWM波，作為逆變信號進(jìn)入逆變電路。
參見圖4，在逆變電路中，端口P5的1腳接MOSFET功率管Q2和MOSFET功率管Q3的基極，2腳通過電容C32和穩(wěn)壓管Z2接MOSFET功率管Q2和MOSFET功率管Q3的源漏極，3腳接MOSFET功率管Q8和MOSFET功率管Q9的基極，5腳接MOSFET功率管Q6和MOSFET功率管Q7的基極，4腳和6腳通過電容C46和穩(wěn)壓管Z4接MOSFET功率管Q6、MOSFET功率管Q7、MOSFET功率管Q8、MOSFET功率管Q9的源漏極，7腳接MOSFET功率管Q4和MOSFET功率管Q5的基極，8腳通過電容C37和穩(wěn)壓管Z3接MOSFET功率管Q4和MOSFET功率管Q5的源漏極。
參見圖4，逆變電路是根據(jù)能量等效的原理用在半個周期N等份不同寬度的矩形波替代正弦波。而每份矩形波的寬度和與其對應(yīng)的正弦波的面積成一基本相等的比例關(guān)系，由此計算出正弦波半個周期內(nèi)所對應(yīng)的矩形波的寬度，為便于讀取和快速調(diào)出，將這些矩形波的寬度，預(yù)先計算好存放在CPU的ROM中，在需要逆變時調(diào)出，分別在零電位上的半個周期和零電位下的半個周期交變地觸發(fā)上位和下位兩個(或兩組)大功率管，產(chǎn)生一群低電壓，大電流的SPWM波，形成逆變變壓器B3初級繞組的輸入端，逆變變壓器B3次級繞組的輸出為一群較高電壓，較小電流的SPWM波，該輸出是正弦波生成電路的輸入端。
好的振蕩電路是CPU工作穩(wěn)定可靠的保證。本實施例采用石英晶振，不采用不穩(wěn)定的RC振蕩電路或陶瓷振蕩器，以保證每個周期的時間一致。由于AT89C52能夠工作的頻率很高，本電路中采用12M的晶振，這樣，CPU的每各指令周期多為1μs，每個工頻周期內(nèi)，即20ms內(nèi)有20000個指令可以運行，這樣就保證了有寬裕的運算時間來保證輸出SPWM波的精度。
切換電路是指在開機(jī)的狀態(tài)下，當(dāng)市電發(fā)生變化時，逆變電路自動工作，當(dāng)市電正常時，逆變電路自動停止，由市電工作的一組切換裝置。
在本實施例中，充電電路包括充電電路的控制電路和蓄電池的電壓檢測電路，當(dāng)CPU發(fā)覺需要充電，且得到市電電壓滿足充電要求時，CPU發(fā)出充電信號，充電變壓器經(jīng)過整流形成直流電，再經(jīng)過一穩(wěn)壓電路，形成一恒壓源，恒壓源再通過一大功率電阻對蓄電池進(jìn)行充電，當(dāng)蓄電池電平低時，該電阻兩端壓差大，電流就大，當(dāng)充電一段時間后，蓄電池電平逐漸變高時，電流同步減小，進(jìn)而達(dá)到自動調(diào)節(jié)充電電流的目的。
參見圖3，控制電源及基準(zhǔn)電壓電路主要完成各電路的電源工作，有DC5V，DC12V，及隨機(jī)調(diào)整的基準(zhǔn)電壓，供各比較器做電壓基準(zhǔn)用，主要有變壓器，整流或精密整流單元組成，如用精密整流則需用運放來完成整流任務(wù)。電壓基準(zhǔn)則多在整流穩(wěn)壓的基礎(chǔ)上采用電阻分壓原理獲得基準(zhǔn)電壓。
冷卻系統(tǒng)是可選用的裝置，在大功率的情況下，散熱是設(shè)備安全工作的很重要的保證，小功率的設(shè)備也可不用冷卻系統(tǒng)，但是必須通過苛刻的溫升測試。當(dāng)逆變電路開始工作時，熱量主要來自大功率MOSFET功率管Q2～Q9和逆變器變壓器B3，這時候冷卻風(fēng)扇開動，平時，雖然部分電路工作，但由于產(chǎn)生的熱量很少，不必開動冷卻風(fēng)扇，實現(xiàn)動態(tài)的冷卻。
使用時，將該節(jié)能型電源的輸入端接市電，輸出端接用電器并打開總開關(guān)，即開始工作。其工作原理簡述如下。
一種情況有市電。
當(dāng)市電欠壓或過壓時，CPU給出信號提醒。當(dāng)市電比較正常時(即使有小的缺陷，電源內(nèi)部可以補(bǔ)償和優(yōu)化)，CPU檢測備用的蓄電池是否需要充電，當(dāng)蓄電池電壓偏低時，CPU點亮充電指示燈并開始充電，CPU發(fā)出充電使能信號，充電變壓器經(jīng)過整流形成直流電，再經(jīng)過一穩(wěn)壓電路，形成一恒壓源，恒壓源再通過一大功率電阻對蓄電池進(jìn)行充電，當(dāng)蓄電池電平低時，該電阻兩端壓差大，電流就大，當(dāng)充電一段時間后，蓄電池電平逐漸變高時，電流同步減小，進(jìn)而自動調(diào)節(jié)充電電流。充電一開始用較大的電流，當(dāng)即將充滿時再改用較小的涓涓細(xì)流。如果蓄電池電量充足，CPU不做充電行為，直接進(jìn)入“市電一輸出”，切變電路工作狀態(tài)。
此時，CPU通過切變電路將市電接入補(bǔ)償與優(yōu)化電路之前，補(bǔ)償與優(yōu)化電路開始工作，它開始自動地檢測電流與電壓相位差，并補(bǔ)償電流和相位差，壓敏電阻RV對突變的電壓進(jìn)行緩和，還有軟開關(guān)和電容元件來調(diào)節(jié)和緩沖突變的電壓，用兩個大電感L2、L3來消除高次諧波，和上一端的電感L1輸入成為拓?fù)潢P(guān)系，形成多層的防護(hù)補(bǔ)償與優(yōu)化體系，進(jìn)一步抑止浪涌，平衡電流，平穩(wěn)供電，使輸出波形更加平滑，失真度更小。
如果此時市電超過本發(fā)明的調(diào)節(jié)范圍輸入的電壓大于270V或低與180V時，抑或負(fù)載過大，檢測電路將檢測到這些異常信號，通過控制電路，驅(qū)動各相關(guān)繼電器動作，同時，CPU將做出故障指示，進(jìn)入自動保護(hù)狀態(tài)。
另一種情況停電或在野外作業(yè)時。
開啟電源，首先CPU檢測市電，發(fā)現(xiàn)市電不可用，“市電一輸出”切變電路工作，將市電輸入與補(bǔ)償與優(yōu)化電路之間的直通斷開。此時，轉(zhuǎn)入逆變工作準(zhǔn)備狀態(tài)檢測備用的蓄電池是否能夠繼續(xù)放電，蓄電池電壓檢測電路將給CPU一個明確的信號，CPU根據(jù)信號做出判斷蓄電池電力不足時用指示燈提示電力不足；蓄電池電力充足時CPU才可以輸出逆變信號。
工作一開始，CPU首先初始化各項參數(shù)，獲得外界數(shù)據(jù)，所有的外界條件滿足時，CPU開始從ROM中調(diào)用預(yù)先計算好的數(shù)據(jù)，一位一位的讀出，每讀出一位端口保持1μs的時間，這樣，由0和1間或組成一系列的SPWM波，為使電路更加穩(wěn)定，本電路結(jié)構(gòu)采用多個端口同時驅(qū)動一個(組)MOSFET功率管Q2～Q9，MOSFET功率管Q2～Q9保持時幾乎不需要電流，但是在上升和下降沿的一瞬間對電流是有要求的，多個端口同時驅(qū)動可以是瞬態(tài)響應(yīng)更快，從而使SPWM波可以做到很高的頻率。而頻率越高，則正弦波生成電路輸出矢真度越小。
此時，冷卻系統(tǒng)開始工作，平衡MOSFET功率管Q2～Q9和逆變變壓器B3的溫升。減小溫漂帶來的異常，保證器件功能的正常發(fā)揮。
為了散熱及分擔(dān)工作負(fù)擔(dān)，每半個周期CPU只讓一個(組)MOSFET功率管Q2～Q9工作，而此時另一組可以冷卻和休息，這樣的設(shè)計能更好的發(fā)揮MOSFET功率管的作用，通過技術(shù)上的輪班，既降低了對器件的要求，降低了器件的價格，又增加了穩(wěn)定性，使本設(shè)備工作更加可靠。
MOSFET功率管Q2～Q9在源漏極間產(chǎn)生和控制極波形一致的SPWM波，由一系列寬度不同的矩形波形成，這些矩形波形成關(guān)于時間的積分和正弦波非常近似，實際上由于電網(wǎng)的本身的多種諧波等，從積分圖象來看，它甚至更好。當(dāng)它高頻地通過特制的逆變變壓器時，并經(jīng)過第一個電感時，優(yōu)美的波形便顯示在大家的面前，到這里，電源的任務(wù)已經(jīng)完成。
電流在補(bǔ)償與優(yōu)化電路中被進(jìn)一步完善。出人意料的過大負(fù)載，線路被莫名的短接，電流就會在瞬間急劇增加，此刻電感將立即緩沖與阻止電流的劇增，如果短時間內(nèi)還沒有解除這種非正常的狀態(tài)，檢測電路將檢測的這一信號報告CPU，CPU再通過控制電路立即切斷負(fù)載，并點亮過載信號燈，提醒使用者負(fù)載超過范圍。
如果負(fù)載并沒有超過范圍，但是用了非純阻性的負(fù)載，無功功率增加，補(bǔ)償與優(yōu)化電路自動檢測到電流與電壓相位差，采用軟開關(guān)、電感和電容元件來調(diào)節(jié)電流與電壓相位差，減小無功功率的浪費。
這時候，設(shè)備有平滑的波形輸出，因相位得到了補(bǔ)償，減少用電浪費，降低開支；諧波被濾除，浪涌被抑制，保護(hù)了用電設(shè)備和電源本身。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能型電源，包括蓄電池、充電電路、控制電源及基準(zhǔn)電壓電路、檢測電路、控制電路、切換電路、逆變電路、正弦波生成電路、振蕩電路、CPU、逆變變壓器，補(bǔ)償與優(yōu)化電路，其特征在于在正弦波生成電路和切換電路后接補(bǔ)償與優(yōu)化電路，當(dāng)在二相中使用時，該補(bǔ)償與優(yōu)化電路由兩個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置組成，每個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置由兩個瓷片電容(C17)、(C18)或(C19)、(C20)、一個安規(guī)電容(C16)或(C18)、一個電感(L2)或(L3)、一個單向可控硅(SCR1)或(SCR2)、三個電阻(R29)、(R25)、(R26)或(R′28)、(R27)、(R28)、一個指示燈和一個壓敏電阻(RV)組成，兩個瓷片電容(C17)、(C18)或(C19)、(C20)串接，三個電阻(R29)、(R25)、(R26)或(R′28)、(R27)、(R28)串接，壓敏電阻(RV)、上端瓷片電容(C17)或(C19)、安規(guī)電容(C16)或(C18)、電感(L2)或(L3)、上端電阻(R29)或(R′28)和中端電阻(R25)或(R27)的中點接零線，壓敏電阻(RV)另一頭、下端瓷片電容(C18)或(C20)、安規(guī)電容(C16)或(C18)另一端、單向可控硅(SCR1)或(SCR2)的輸出端、下端電阻(R26)或(R28)、指示燈陰極接火線，電感(L2)或(L3)另一端接單向可控硅(SCR1)或(SCR2)的輸入端，單向可控硅(SCR1)或(SCR2)的控制極接中端電阻(R25)或(R27)與下端電阻(R26)或(R28)的中點，上端電阻(R29)或(R′28)另一端接指示燈陽極，兩個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置的電路形式對稱，數(shù)值不同，形成強(qiáng)弱互克的互補(bǔ)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能型電源，其特征在于在三相中使用，所述的補(bǔ)償與優(yōu)化電路由三個一樣的補(bǔ)償與優(yōu)化裝置組成，每個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置的電路零線接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能型電源，其特征在于所述的正弦波生成電路主要由電感(L1)和電容(C63)組成，電感(L1)接逆變變壓器(B3)次級線圈一端，電容(C63)接逆變變壓器(B3)次級線圈另一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種節(jié)能型電源，其特征在于所述的電感(L2)或(L3)與上一端的電感(L1)輸入成為拓?fù)潢P(guān)系，形成多層的防護(hù)補(bǔ)償與優(yōu)化體系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能型電源，其特征在于在逆變電路中，端口(P5)的1腳接MOSFET功率管(Q2)和MOSFET功率管(Q3)的基極，2腳通過電容(C32)和穩(wěn)壓管(Z2)接MOSFET功率管(Q2)和MOSFET功率管(Q3)的源漏極，3腳接MOSFET功率管(Q8)和MOSFET功率管(Q9)的基極，5腳接MOSFET功率管(Q6)和MOSFET功率管(Q7)的基極，4腳和6腳通過電容(C46)和穩(wěn)壓管(Z4)接MOSFET功率管(Q6)、MOSFET功率管(Q7)、MOSFET功率管(Q8)、MOSFET功率管(Q9)的源漏極，7腳接MOSFET功率管(Q4)和MOSFET功率管(Q5)的基極，8腳通過電容(C37)和穩(wěn)壓管(Z3)接MOSFET功率管(Q4)和MOSFET功率管(Q5)的源漏極。
全文摘要
一種節(jié)能型電源，包括蓄電池、充電電路、控制電源及基準(zhǔn)電壓電路、檢測電路、控制電路、切換電路、逆變電路、正弦波生成電路、振蕩電路、CPU、逆變變壓器，補(bǔ)償與優(yōu)化電路，在正弦波生成電路和切換電路后接補(bǔ)償與優(yōu)化電路，當(dāng)在二相中使用時，該補(bǔ)償與優(yōu)化電路由兩個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置組成，每個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置由兩個瓷片電容、一個安規(guī)電容、一個電感、一個單向可控硅、三個電阻、一個指示燈和一個壓敏電阻組成，兩個補(bǔ)償與優(yōu)化裝置的電路形式對稱，數(shù)值不同，形成強(qiáng)弱互克的互補(bǔ)電路。它能在市內(nèi)、居家、商業(yè)、電器、工業(yè)等多種用電環(huán)境中減少用電浪費，保護(hù)用電設(shè)備，延長一次充電使用時間和電源使用壽命。
文檔編號H02J7/00GK1599193SQ20041005535
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月28日
發(fā)明者周熙文, 祁華琦 申請人:周熙文