CN103294088A - 基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器 - Google Patents

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滕腾
滕军
张文超
王耀华
林建豪
余浩
范桂芳
蔡景国
金珍海
雷建峰
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Abstract

本发明提供了一种基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器，包括测量电路、主控电路、驱动电路、多个继电器和绕组；测量电路用于测量稳压器的输入电压和输出电压，测量电路的输出端与主控电路相连，主控电路与驱动电路相连，驱动电路与多个继电器相连；所述绕组为一具有多个抽头的绕组，所述多个抽头将绕组分为多个区段，所述每个区段的横截面面积各不相同；多个继电器分别与绕组的多个抽头相连，用于控制所述抽头的通断；多个继电器的常开触点连接在一起。本发明所述的基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器通过采用分段变截面绕组，从而可以大大节约铜材，降低成本。

Description

基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器
技术领域
 本发明属于稳压器领域，具体涉及一种基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器。 
背景技术
抽头式自耦型交流稳压器主回路的原理图如图1所示，当输入电压UI=220V时，测控电路和程序使得继电器JD3得电动作，使其触点J3闭合；使其余继电器（JD0、JD1、JD2、JD4、JD5、JD6、JD7）失电，它们的触点（J0、J1、J2、J4、J5、J6、J7）断开。这样输出电压UO=UI=220V。
当输入电压UI<220V时，测控电路和程序通过电压测量电路得知UI的大小，并根据UI小于额定电压220V的程度来决定继电器JD4、JD5、JD6、JD7中的哪一个得电动作，并使其触点闭合（其余继电器失电，它们的触点断开）。由于这时的匝比是升压，所以最终输出电压UO等于或接近额定电压220V。
当输入电压UI>220V时，测控电路和程序通过电压测量电路得知UI的大小，并根据UI大于额定电压220V的程度来决定继电器JD0、JD1、JD2中的哪一个得电动作，并使其触点闭合（其余继电器失电，它们的触点断开）。由于这时的匝比是降压，所以最终输出电压UO等于或接近额定电压220V。 
具体的输入、输出电压与相应的继电器触点状态见表1。
表1 输入、输出电压与相应的继电器触点状态关系表
Figure 572247DEST_PATH_IMAGE002
这样，当输入电压在173～275V之间波动变化时，输出电压都能稳定在额定电压220V上。
但是，目前市场上类似产品设计的整个线包绕组从0～h的线径是等粗细的，这样会浪费很多铜线，增加产品成本。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种分段变截面绕组，该分段变截面绕组可减小产品体积，降低产品成本。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器，包括测量电路、主控电路、驱动电路、多个继电器和绕组；
测量电路用于测量稳压器的输入电压和输出电压，测量电路的输出端与主控电路相连，主控电路与驱动电路相连，驱动电路与多个继电器相连； 
所述绕组为一具有多个抽头的绕组，所述多个抽头将绕组分为多个区段，所述每个区段的横截面面积各不相同；多个继电器分别与绕组的多个抽头相连，用于控制所述抽头的通断；多个继电器的常开触点连接在一起。
进一步的，所述主控电路包括单片机、8D锁存器、高有效上电复位电路、低有效上电复位电路和晶振电路，单片机与8D锁存器相连，高有效上电复位电路与单片机相连，低有效上电复位电路与8D锁存器相连，晶振电路与单片机相连，用于产生振荡信号给单片机。
进一步的，所述单片机还与一显示器相连。
进一步的，所述驱动电路包括一8通道的达林顿阵列。
本发明所述的基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器通过采用分段变截面绕组，从而可以大大节约铜材，降低成本。
附图说明
图1为抽头式自耦型交流稳压器的主回路原理图；
图2为抽头式自耦型交流稳压器的结构框图；
图3为抽头式自耦型交流稳压器的主控电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1、2所示，本发明提供了一种基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器，包括测量电路、主控电路、驱动电路、多个继电器和绕组；测量电路用于测量稳压器的输入电压和输出电压，测量电路的输出端与主控电路相连，主控电路与驱动电路相连，驱动电路与多个继电器相连； 
所述绕组为一具有多个抽头的绕组，所述多个抽头将绕组分为多个区段，所述每个区段的横截面面积各不相同；多个继电器分别与绕组的多个抽头相连，用于控制所述抽头的通断；多个继电器的常开触点的一端连接在一起。
采用本发明所述分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器的好处阐述如下：
如果暂不考虑调压器的损失，则有：
Figure 2013101921644100002DEST_PATH_IMAGE003
                                  (1)
亦即有：
Figure 489387DEST_PATH_IMAGE004
                                (2)
可见，在传输的功率P2一定的情况下：当UO增大时，I2减小；当UO减小时，I2增大。所以我们对线包绕组可以根据各段电流的不同选用粗细不同的线径：a-b段、b-c段、c-d段、d-e段、…g-h段，越来越细。
实际设计时，每段的具体线径可根据实际电流来选择。可见，采用分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器可以节约铜材，降低成本。
如图3所示，图中JD0～JD7为8个12V的继电器，其对应的常开触点在图1中的J0～J7。驱动电路主要包括U4，本实施例中U4为ULN2803，它是一个8通道的高压大电流达林顿阵列，其内部的Y0～Y7是8个OC门（或OD门）的反相驱动器，该OC门的输出三极管耐压为50V，驱动能力为500mA。
主控电路包括单片机、8D锁存器、高有效上电复位电路、低有效上电复位电路和晶振电路，单片机与8D锁存器相连，高有效上电复位电路与单片机相连，低有效上电复位电路与8D锁存器相连，晶振电路与单片机相连，用于产生振荡信号给单片机。图3中U1为STM8S103K系列的单片机（其它类型单片机亦可）。C1和R9构成高有效上电复位电路，上电瞬间，为单片机U1的复位引脚NRST提供一个短暂的复位高电平。U1的8位并行接口PD（PD7～PD0）为U2（74LS273）提供输入驱动信号。用U1的PC7提供一个上升沿有效的写入信号给U2的CLK。U2是8D锁存器，可采用74LS273（或74HC273），起到逻辑缓冲和数据锁存作用，其详细作用原理下文详述。R10和C2是低有效上电复位电路，为U2（74LS273）的清零端（）提供一个低有效的上电复位信号，使U2在上电瞬间输出保证为零。电容CO1、CO2和晶振X构成晶振电路，产生12MHz的振荡信号给单片机U1。单片机U1的PC6、PC5、PC4用来为显示器提供驱动信号（STB、CLK和DIO），显示器可采用LED显示模块，亦可以采用LCD显示模块。
测量电路主要包括U3-A和U3-B，采用LM324芯片，其内部有四个运算放大器，此处使用其中的两个（U3-A和U3-B）运放作为稳压器输入电压UI和输出电压UO的测量电路。R1、R2、R3、R4和U3-A构成典型的差动放大器，用来测量稳压器输入电压UI。R5、R6、R7、R8和U3-B也是一个差动放大器，用来测量稳压器输出电压UO。
本发明所述基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器的工作原理如下：
首先阐述U2的逻辑缓冲作用。如果没有U2的逻辑缓冲作用，因为单片机U1在刚一上电时其端口PD可能输出为全“1”（PD=FFH=11111111B），这个全“1”信号（8个高电平）就会直接加在U4（ULN2803）的输入端，会导致U4内部Y0～Y7的输出为低，从而使八个继电器都吸合动作，进而它们的常开触点J0～J7全部同时闭合，这会使自耦调压器的八个绕组短路，会烧毁整个调压器的。所以应该是任何时刻，要么J0～J7全部断开，要么仅有一个为闭合状态，其余为断开状态。采用U2以后，就可以解决上电瞬间继电器全吸合的问题。单片机上电瞬间，U2的复位电路（R10和C2）为U2的清零端（
Figure 331441DEST_PATH_IMAGE006
）提供一个低有效上电复位信号，使U2的输出为全“0”（Q7～Q0=00H=00000000B），从而使U4内部的8个OC门驱动器全部截止断开，进而使8个继电器全部断电，其8个常开接点J7～J0不闭合，输出电压UO=0。
同时，U1的复位电路（R9和C1）为U1的复位端（NRST）提供一个高有效上电复位信号使单片机复位，程序从初始化部分开始运行，首先立即向PD口写入全“0”（PD=00H），并经过PC7产生一个由低到高的电平变化，使U2的CLK端获得一个上升沿触发信号，从而将PD口数据（此时为8个全“0”）锁存进入到U2（74LS273）的输出端（Q7～Q0=00H=00000000B）。
此后，单片机进入正常的工作循环。对输入电压UI和输出电压UO进行检测和判断。并根据表2，通过单片机的PD口输出数据，该驱动数据经U2和U4使得相应的继电器吸合，从而保持输出电压的稳定。
表2 输入、输出电压与PD口输出数据关系表
Figure 726650DEST_PATH_IMAGE008
这样，当输入电压在173～275V之间波动变化时，输出电压都能稳定在额定电压220V上。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器，其特征在于，包括测量电路、主控电路、驱动电路、多个继电器和绕组；
测量电路用于测量稳压器的输入电压和输出电压，测量电路的输出端与主控电路相连，主控电路与驱动电路相连，驱动电路与多个继电器相连； 
所述绕组为一具有多个抽头的绕组，所述多个抽头将绕组分为多个区段，所述每个区段的横截面面积各不相同；多个继电器分别与绕组的多个抽头相连，用于控制所述抽头的通断；多个继电器的常开触点连接在一起。
2.根据权利要求1所述的基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器，其特征在于，所述主控电路包括单片机、8D锁存器、高有效上电复位电路、低有效上电复位电路和晶振电路，单片机与8D锁存器相连，高有效上电复位电路与单片机相连，低有效上电复位电路与8D锁存器相连，晶振电路与单片机相连，用于产生振荡信号给单片机。
3.根据权利要求2所述的基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器，其特征在于，所述单片机还与一显示器相连。
4.根据权利要求2所述的基于分段变截面绕组的抽头式自耦型交流稳压器，其特征在于，所述驱动电路包括一8通道的达林顿阵列。
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