适合学校实验室使用节能型稳压器设计

适合学校实验室使用节能型稳压器设计 摘要学校实验室精密仪器设备一般都配备稳压器，以保 证仪器的正常使用，然而稳压器的能源损耗是一大浪费。如 何降低稳压器的能源损耗，让市电在安全电压范围内时，使 稳压器自动脱离电源，将市电直接供给负载，消除稳压器自 身损耗；负载为零时，也使稳压器自动脱离电源，消除其空 载损耗，让稳压器的能源损耗降至最低，又能发挥稳压器应 有的作用，经试制，达到了设计功能。 关键词稳压器能源损耗节能自动控制 目前，我国电力工业发展速度很快，但是电力供应不足 和用电效率低下的状况依然比较严重，且在今后相当一段时 间内将继续存在，部分地区电力输配设施的老化和发展滞后 等原因造成末端用户电压的过低，而线头用户则经常电压偏 高，尤其是炎热的夏季，在用电高峰期电压波动很大，对用 电设备特别是对电压要求严格的精密仪器设备，影响尤为严 重。 例如不稳定的电压会给实验设备造成致命伤害或误动 作、影响实验的效果和成功率、甚至造成不可弥补的损失； 同时加速设备的老化、影响其使用寿命；甚至烧毁设备配件、 使设备面临维修与更新的困扰、严重者甚至发生安全事故。 因此，不得不借助大功率稳压器进行调压。这样做固然能使 设备正常工作，然而，因稳压器长期接在电网中，其空载损 耗和有负载时的自身损耗，日积月累已成为能源浪费不容忽 视的问题。通过对市售多种规格、品牌的中小功率稳压器实 测，其空载损耗多数在20〜50 W之间。针对这一问题，我 们经反复试验，设计并制作了一台节能型稳压器，经多年使 用，证明其稳定可靠。适用于实验室、研究所、网络中心等 仪器设备长时间运行的部门，节电效果更为显著。现将电路 刊出，供参考。 1性能特点 （1）市电电压在220 22 V的安全电压范围内，稳压 器能自动脱离电源，将市电直接供给负载，消除稳压器自身 损耗。（2）负载为零（V0.5 W）时，稳压器能自动脱离电 源，消除其空载损耗。（3）其他性能与一般稳压器相同，设 计功率5 kVA, 2. 1延时供电电路 市电经变压器T1降压，DI, D2整流，Cl, C2滤波， 得到2个不稳定直流电压。作为识别控制电路、延时电路的 电源，Rl, LED1构成电源指示。集成时基电路IC1及外围元 件R3, R4, R5, C4, VI, K1构成延时供电控制电路。刚通 电瞬间，由于C4两端电压不会突变，将低于1/3电源电压, IC1的③脚输出高电平，经R5使VI饱和，K1得电吸合，JK1 触点被断开，切断负载电源回路，同时LED2发光，显示电 路正处于延时状态。随着时间的推移，C3两端电压逐渐升高， 当C3两端电压被充至2/3电源电压时，IC1状态翻转，③脚 由高电平变为低电平，VI由导通变为截止，K1释放，JK1触 点闭合，负载得电，图中RC参数延时时间约4分钟。此功 能主要是为压缩机之类的设备而设，此类设备断电后如果立 即供电，有可能对设备造成损坏。如不需要上述延时供电功 能，将S2闭合即可。 2.2市电电压识别控制电路 2. 3负载识别控制电路 电路由 D9〜D12, R15, IC4, R14, C7, D7, V4, K3 等 元件构成，当输出端有负载时，电流流经D9〜D12,在H, G 两点间产生约1.4 V交变电压，经R15使IC4内发光二极 管导通，内部光敏三极管亦导通，此时若V3处于导通状态 （市电电压低于或高于安全电压时），集电极为低电平，D6 必然截止，电压经V4发射结、R14、使D7击穿导通，V4饱 和，K3得电吸合，JK3闭合，T2电源回路被接通，处于调压 状态；如果输出端无负载，H, G两端则无电压降，R15中无 电流流过，IC4内光敏管截止，V4必然截止，K3释放，JK3 断开，切断T2的电源回路，消除了 T2的空载损耗；市电处 于正常电压范围内时，如前所述，V3必然截止，电源通过 K2内部线圈加至D6正极，D6正极电压等于电源电压，纵然 识别电路使IC4内光敏管导通，因为D6负极电压被钳位在 仅低于电源电压0.7 V,所以D7不会被击穿导通，V4因无 基极电流而处于截止状态，K3释放，JK3必然处于断开状态, 因而切断T2的电源回路，消除了 T2的自身损耗。识别电路 对负载的可靠识别能力为0.5 Wo 2.4升降压采样控制电路 通过上述分析可见，在无负载时，消除了 T2的空载损 耗；市电处于安全电压范围内时，消除了 T2的自身损耗， 而且这时K1〜K5均处于释放状态，不消耗电能，整个电路 耗电甚微，达到了节电目的。 3元件选择及制作 4调试方法 5结束语 该节能型稳压器经实际应用，已经达到设计要求，一方 面可以满足稳压器的自动调压功能，保障仪器设备的用电安 全，另一方面又可将稳压器的能源损耗降至最低，值得推广 应用。 参考文献 [1] 郝鸿安.555集成电路实用大全M. 海上海科学 普及出版社，2000. [2] 张友汉.电子线路设计应用手册[M].福建福建科学 技术出版社，2011. [3] 刘福启.节能型交流稳压器[J].电子世界，2005 1 52-53. [4] 刘福启.全自动节能交流稳压器[P].中国专利 CN2750355, 2006-01-04.