专利名称：高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及矿用充电设备，特别是一种矿用高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架。
目前，我国大多数矿井使用的矿灯充电架，多为利用手动调节电抗器磁化包电流来调节充电电压，而这种类型的充电架在恒压或恒流充电时，存在一些严重的缺陷①手动调节繁琐；②输出电压稳定度低，波纹大，减少电池寿命；③电压适应范围窄；④响应速度慢。
中国《实用新型专利公报》第11卷、第41号公开了名称是“一种矿灯充电架全自动稳压器”的专利，专利号ZL 94235607.1、公告号CN 2209806Y。它的目的是提高稳压精度，以适应电网电压及负载电流波动较大的情况，延长矿灯及矿灯充电架的寿命。它采用反馈电压比较方法，利用振荡电路发出脉冲，通过电子开关电路控制充电电路自动、稳压地进行充电工作。不足之处是采用分立元件，精度不太高；稳压控制电路的电源部分，电路简单，不能适应电网电压波动较大的情况；反馈回路有容性元件，不能满足快速响应自动控制的要求。
中国《实用新型专利公报》第9卷、第21号公开了名称是“矿灯充电微机控制装置”的专利，专利号ZL 92230116.6、公告号CN 2134741Y。它的目的是设计一种稳压性能好，适合对多台充电架进行巡回检测集中控制，使充电架稳压智能化，并便于旧设备技术改造；中国《实用新型专利公报》第10卷、第29号公开了名称是“微机控制自动稳压矿灯充电架”的专利，专利号ZL 93231812.6、公告号CN 2172542Y。其目的是设计一种磁饱和稳压器的激磁电流不使用可控硅调制的直流脉动电流，而是使用电子开关脉冲调制直流稳定电流，通过提高激磁频率和调制精度，大大改善充电电路的稳压特性，以满足全密封免维护矿灯充电的高稳定度要求。
后两项专利采用微机控制自动稳压，技术复杂，掌握和维护要求较高。
本实用新型的设计目的在于克服已有技术中的不足之处，而提供一种新型的高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架，它采用稳压精度高、适应电网电压范围宽、响应速度快的自动电压控制电路与现有的矿灯充电架的磁饱和稳压器配套组成。
本实用新型的设计目的可以通过以下措施来达到在由矿灯充电架架身、磁饱和稳压主回路、励磁回路和自动电压控制电路组成，其自动电压控制电路由整流稳压电源、基准电压电路、信号取样回路、电压比较电路和励磁电流控制电路组成的高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架中，其自动电压控制电路采用高精度宽范围快响应自动电压控制电路整流稳压电源由AD/DC转换集成电路IC1和集成稳压器组成，AD/DC转换集成电路的两输入端B1、B2与辅助变压器次级两端A1、A2连接，集成稳压器输出端为其余部分电路提供工作电压；电压比较电路采用由集成运放IC2-2及其外围元件构成的差动比例放大器；基准电压电路采用由集成运放IC2-1及其外围元件构成的高精度基准电压电路，该电路输出端与差动比例放大器的同相输入端相连接；信号取样回路一侧与输出充电正、负极端A3、A6相连接，另一侧与差动比例放大器的反相输入端、公共地端相连接；励磁电流控制电路采用晶体管放大电路，其输出端B5、B6与磁饱和电抗器BK的励磁线圈相串接，其输入端与差动比例放大器的输出端连接。
为叙述方便，自动电压控制电路以下简称AVC电路。
本实用新型的设计目的还可以通过以下措施来达到其高精度宽范围快响应AVC电路的AD/DC转换集成电路IC1的输出端与集成稳压器的输入端之间有隔离用的整流全桥Q1，集成稳压器为三端集成稳压器IC3。
其高精度宽范围快响应AVC电路的高精度基准电压电路由集成运放IC2-1及其外围元件构成，两输入端外接电阻R4、R5分别连接于集成运放IC2-1的同、反相输入端和公共地端，反馈回路电阻R3连接于集成运放IC2-1的输出端与同相输入端，稳压二极管WD1的负极与集成运放IC2-1的输出端连接、其正极与集成运放IC2-1的反相输入端连接，电位器R6连接于集成运放IC2-1的输出端和公共地端，电位器R6的滑动臂为高精度基准电压电路的输出端，该端与公共地端间接有电容C6。
其高精度宽范围快响应AVC电路的高精度基准电压电路的反相输入端外接电阻R5用稳压二极管WD2取代。即稳压二极管WD2的负、正极分别与集成运放IC2-1的反相输入端和公共地端连接，稳压二极管WD2与WD1型号参数相同。
其高精度宽范围快响应AVC电路的信号取样回路，仅用电阻元件R9，而无容性、感性元件。该回路的负极端B6与输出充电负极端A6连接，其正极端B3由输出充电正极端A3经电阻R9接至差动比例放大器的反相输入端。
本实用新型与已有技术相比具有如下优点①所用高精度宽范围快响应AVC电路适应电压范围宽，可适配20～250V的交流电压，也可从全桥前供12～32V交流电压。
②稳定精度高。AVC电路直流电源采用二次稳压，基准电压在二次稳压后又再次精选。电网电压在340～420V之间、充电负载在0～100％之间变化时，输出充电电压稳定度在0.05以内。
③响应速度快。信号取样回路没有容感性元件延时，响应速度在±0.15秒之内。
④功能扩展。在该充电架输出回路的负极母线中串接一功率阻值相当的电阻，B3改接电阻高电位端，可较为方便地改为恒流充电。
⑤简单实用。可按本电路要求制造新产品，亦可对旧充电架更新改造。
附图的图面说明如下
图1本实用新型矿灯充电架的结构示意图主视图图2本实用新型的端头配电柜的内部结构示意图侧视图图3高精度宽范围快响应AVC电路的构成以及与主回路的接线图图4高精度宽范围快响应AVC电路的电气原理图图5AVC电路中的高精度基准电压电路的另一种形式下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步详述图1、2示出本实用新型的结构。它由矿灯充电架的架身和充电架端头的配电柜构成。其中2为快速熔断片KRD，3为三相半波整流二极管D，4为主电源变压器ZB，5为磁饱和电抗器BK，6为控制变压器FB，7为快速熔断管RD，10为电源电压表，11为整机电源指示灯，12为主回路电源控制开关K1。以上部分与现在使用的磁饱和式酸性矿灯充电架结构、尺寸、电气参数、安装位置基本相同。A、B、C为380V三相交流电源的接线端子，+、-端子为输出的充电电压端，A3、A6分别由+、-端子引出，接AVC电路的取样信号反馈回路；励磁电源的整流桥Q，与控制变压器FB的次级端子A1、A2连接，C为其滤波电容；A4、A5为磁饱和电抗器BK的两接线端子。控制变压器FB的次级绕组为励磁回路提供交流工作电压，初级绕组接380V交流电压。
本矿灯充电架的高精度宽范围快响应AVC电路的电路板1，安装位置与原充电架装置的控制电路板位置相同。AVC电路的指示灯8、AVC电路的电压调节器9则安装在充电架配电柜的前面板上。
图3示出了本实用新型的AVC电路的构成以及与主回路的连接关系。高精度宽范围快响应AVC电路由AD/DC转换集成电路、集成稳压器、高精度基准电压电路、差动比例放大器、励磁电流控制电路以及信号取样回路构成。AD/DC转换集成电路的两输入端B1、B2与辅助变压器次级A1、A2端连接，信号取样回路两端B3、B6与输出充电端A3、A6端子连接，差动比例放大器的输出端与励磁电流控制电路的输入端连接，励磁电流控制电路的输出端B4、B5和B6与磁饱和电抗器励磁回路的A4、A5和A6端连接。
图4示出了高精度宽范围快响应AVC电路原理。各部分构成及原理如下
①整流稳压电源主要由AD/DC转换集成电路(IC1)S450A、整流全桥Q1和三端集成稳压器(IC3)7810组成。集成电路(IC1)S450A及其外围元件电容C1、C2、C3、电阻R2、二极管D1构成AD/DC转换电路，完成AD/DC转换和初稳、输出14V直流电压。集成电路S450A的输出端6、3脚接整流桥Q1，作隔离用。整流桥Q1的输出端接滤波电容C4和三端集成稳压器7810的输入端1脚和负端2脚，三端集成稳压器7810的输出端3脚和负端2脚间接滤波电容C5，输出10V直流稳定电压，为其余三部分电路提供工作电压。
整流稳压电源的输入电压，由两输入端B1、B2引入辅助变压器次级两端A1、A2间的交流电压，经限流电阻R2，送至AD/DC转换集成电路S450A的输入端8脚和1脚。集成电路S450A可适应宽范围交流输入电压的变化。
②高精度基准电压电路或称电压精选电路，由集成运算放大器(IC2-1)1/2LM158及其外围元件稳压二极管WD1，电阻R3、R4、R5，电位器R6和电容C6构成。两输入端外接电阻R4、R5分别连接于集成运放1/2LM158的同相、反相输入端5、6脚和公共地端，反馈回路电阻R3连接于集成运放1/2LM158的输出端7脚与同相输入端5脚，稳压二极管WD1的负极与集成运放1/2LM158的输出端7脚连接、其正极与集成运放1/2LM158的反相输入端6脚连接，电位器R6连接于集成运放1/2LM158的输出端7脚和公共地端，电位器R6的滑动臂为高精度基准电压电路的输出端，该输出端与公共地端间连接有电容C6，并经输入回路电阻R7与差动比例放大器的同相输入端3脚相连接。
上述高精度基准电压电路的反相输入端外接电阻R5可用稳压二极管WD2代替，即WD2的负、正极分别与集成运放1/2LM158的反相输入端6脚和公共地端连接，WD2的型号参数与WD1相同。多用一个稳压管，可使稳压性能更佳。
③差动比例放大器由集成运放(IC2-2)1/2LM158及其外围元件电阻R7、R8、R10构成。同相输入端外接电阻R8连接于集成运放1/2LM158的同相输入端3脚和公共地端，反馈回路电阻R10连接于集成运放1/2LM158的输出端1脚与反相输入端2脚，高精度基准电压电路的输出端经1/2LM158的输入回路电阻R7与集成运放1/2LM158的同相输入端3脚相连接，信号取样回路B3端经电阻R9与集成运放1/2LM158反相输入端2脚连接。接充电架正极输出母线取样电压与高精度基准电压在IC2-2内比较，形成负反馈信号输出。
④信号取样回路为了提高响应速度，信号取样回路中仅用电阻，不用容性、感性元件。该回路的B3、B6两端在外侧分别与输出充电端A3、A6端连接，在内侧，B3端经电阻R9与差动比例放大器(IC2-2)1/2LM158的反相输入端连接，B6端与公共地端连接。
⑤励磁电流控制电路采用晶体管放大电路，由晶体管BG1、BG2及其外围元件电阻R11、R12，二极管D3、发光二极管LED构成。限流电阻R11连接于差动比例放大器IC2-2的输出端与放大管BG1的基极，BG1的发射极与功放管BG2的基极连接，三端稳压器的输出端经电阻R12、发光二极管LED与BG1的集电极连接。功放管BG2的集电极，即励磁电流控制电路的输出端B5，功放管BG2的发射极接公共地端，即B6端。由于B5、B6与磁饱和电抗器回路的A5、A6端连接，使功放管BG2的输出回路与磁饱和电抗器BK的励磁线圈相串联。续流二极管D3连接于B4、B5端，即与磁饱和电抗器BK励磁线圈相并联，起续流作用，保护功放管BG2。
AVC电路原理B1、B2从辅助变压器次级A1、A2点引入交流电压50V～100V，经电阻R1限流，IC1完成AC/DC转换、粗稳14V输出直流电压，通过全桥隔离，三端稳压器7810再次稳压为IC2提供工作电压。由IC2-1组成的电压精选电路，取得二倍于WD1电压的高精度基准电压。输出充电电压取样端B3，由充电架正极输出母线引入取样电压，与高精度基准电压在差动比例放大器IC2-2内比较，形成负反馈信号输出，经BG1放大，改变BG2的导通强度。因BG2与磁饱和电抗器BK励磁线圈相串连，所以也就改变了电抗器BK励磁线圈电流的大小，自动促使充电电压稳定。具体过程输出充电电压升高，负反馈信号降低，BG1、BG2导通强度减弱，磁化包中励磁电流变小，电抗器阻抗增大，主变压器初级电压降低，次级电压降低，输出充电电压降低，反之同理。调节R6可改变基准电压输入值，进而改变和调定输出充电电压值。LED为AVC电路工作指示灯，发光表示正常，反之为发生故障。
权利要求1.一种矿用高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架，包括矿灯充电架架身、磁饱和稳压主回路、励磁回路和自动电压控制电路，其自动电压控制电路包括整流稳压电源、基准电压电路、信号取样回路、电压比较电路和励磁电流控制电路，其特征在于它的自动电压控制电路为高精度宽范围快响应自动电压控制电路整流稳压电源包括AD/DC转换集成电路(IC1)、集成稳压器，AD/DC转换集成电路的两输入端(B1、B2)与辅助变压器次级两端(A1、A2)相连接，集成稳压器输出端与其余部分电路的电源端相连接；电压比较电路为由集成运放(IC2-2)及其外围元件构成的差动比例放大器；基准电压电路为由集成运放(IC2-1)及其外围元件构成的高精度基准电压电路，其输出端与差动比例放大器的同相输入端相连接；信号取样回路一侧与输出充电正、负极端(A3、A6)相连接，另一侧与差动比例放大器的反相输入端、公共地端相连接；励磁电流控制电路为晶体管放大电路，其输出端(B5、B6)与磁饱和电抗器(BK)的励磁线圈相串接，其输入端与差动比例放大器的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架，其特征在于所说的AD/DC转换集成电路(IC1)输出端与集成稳压器的输入端之间有隔离用的整流全桥(Q1)，集成稳压器为三端集成稳压器(IC3)。
3.根据权利要求1所述的高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架，其特征在于所说的由集成运放(IC2-1)及其外围元件构成的高精度基准电压电路是，两输入端外接电阻(R4、R5)分别连接于集成运放(IC2-1)的同相、反相输入端和公共地端，反馈回路电阻(R3)连接于集成运放(IC2-1)的输出端与同相输入端，稳压二极管(WD1)的负极与集成运放(IC2-1)的输出端连接、其正极与集成运放(IC2-1)的反相输入端相连接，电位器(R6)连接于集成运放(IC2-1)的输出端和公共地端，电位器(R6)的滑动臂为高精度基准电压电路的输出端，该端与公共地端间连接有电容(C6)。
4.根据权利要求3所述的高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架，其特征在于所说的高精度基准电压电路的反相输入端外接电阻(R5)由稳压二极管(WD2)所取代，即稳压二极管(WD2)的负极和正极分别与集成运放(IC2-1)的反相输入端和公共地端相连接，稳压二极管(WD2)与稳压二极管(WD1)型号参数相同。
5.根据权利要求1所述的高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架，其特征在于所说的信号取样回路的负极端(B6)与输出充电负极端(A6)相连接，其正极端(B3)由输出充电正极端(A3)、经电阻(R9)接至差动比例放大器的反相输入端。
专利摘要本实用新型涉及矿用充电设备,矿灯充电用的高精度宽范围快响应自动电压控制电路的矿灯充电架。由架身、磁饱和稳压主回路、励磁回路和自动电压控制电路组成,其自动电压控制电路由AD/DC转换集成电路、集成稳压器、高精度基准电压电路、差动比例放大器、无容感性元件的信号取样回路和晶体管励磁电流控制电路等组成。适应电压范围宽,稳压精度高,响应速度快,功能扩展方便,简单实用。可按新电路制造,也可对旧充电架改造。
文档编号H02J7/10GK2341313SQ9724553
公开日1999年9月29日 申请日期1997年10月24日 优先权日1997年10月24日
发明者张永胜 申请人:张永胜