电视机的备用电源

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为了解决市电停电时电视机等家用电器的供电问题,我们制作了充电、逆变双功能电源。停电时,它能将12V蓄电池的直流电转变成220V交流电,以供给电视机,收录机,照明等使用;市电有电时,它则可以把220V交流电转变成直流电给蓄电池充电,把电能储藏起来。它的充电、逆变功率可达200W左右。

电路的工作原理

此双功能电源原理图如图1所示,它是利用两只大功率三极管BG\(_{9}\)、BG10组成的开关电路,将直流电压以不同极性交替加到变压器B的次级绕组上,经过变压器升压,在初级侧得到220V交流电压。其中BG\(_{1}\)、BG2组成多谐振荡器,考虑到本逆变电源输出电压频率与市电频率的一致性,其振荡频率设计为50Hz。BG\(_{1}\)、BG2集电极输出两个相位相反的信号,分别经BG\(_{3}\)、BG5、BG\(_{7}\)和BG4、BG\(_{6}\)、BG8放大后,去推动BG\(_{9}\)、BG10交替导通,从而实现了开关功能。为了保证蓄电池电压变化时输出交流电压频率的稳定,在多谐振荡器BG\(_{1}\)、BG2的供给电压上采取了稳压措施,即增加了稳压管2CW2、电解电容器C\(_{3}\)和电阻R11、R\(_{12}\)。

图1
图1 🔍原图 (1435×938)

变压器次级侧分别设双11V低压绕组和双14V高压绕组。它有以下特点:(1)逆变时借助KN3-2Z2D双刀双掷开关切换低压和高压绕组,可使下述不同情况下初级侧输出电压均维持在交流220V左右。当蓄电池刚充满电、端电压比较高,或者负载比较轻时,用KN3-2Z2D把BG\(_{9}\)、BG10集电极切换到高压绕组(图中“高”端子),这样可使变压器初级侧输出电压低些。而当蓄电池放电快完、端电压比较低,或者负载比较重时,则把BG\(_{9}\)、BG10集电极切换到低压绕组(图中“低”端子),这样可使变压器初级侧输出电压高些。(2)农村和边远地区电网电压波动大,这样往往当电网电压较低时,很难给蓄电池充满电。充电时,把充电整流二极管D\(_{3}\)、D4接到变压器次级高压绕组,从而提高整流后的直流电压,保证电网电压低时仍能给蓄电池充满电。(3)变压器次级侧设低压绕组和高压绕组比本刊1981年第6期刊登过的“电视机备用电源”在初级侧设抽头更合理、更安全。原备用电源为了克服交流220V侧重载时电压的严重跌落,在变压器初级侧增加一组绕组,以弥补上述跌落。这样当逆变输出端电视机等负载未从逆变输出插座摘掉,备用电源由逆变切换到充电时,电视机等负载将加有远高于220V的交流电压,这是很不安全的。本电源则不存在这种情况,因此电视机等负载可不必经常从逆变输出插座上拔出,这样更合理些。

D\(_{1}\)、D2防止感性负载电流在开关管换向时产生的过电压击穿BG\(_{9}\)、BG10,另外它们在逆变时还能将一部分能量反馈给蓄电池,提高了逆变的效率。

变压器初次级分别设RD\(_{1}\)、RD2两个熔断器,以提高装置的安全性。RD\(_{2}\)除作为蓄电池的短路保护外,也对BG9、BG\(_{1}\)0有一定的保护作用。

HZ-1、2、3是三刀双掷开关,用于切换“充电”、“逆变”两种工作状态。“充电”时HZ-1,HZ-3接通,“逆变”时只有HZ-2接通。

元器件的选择

BG\(_{1、2、3、4}\)除选用图纸所标的3DG6外,可选用BVceo>15V,β≥40的NPN型小功率硅管;BG\(_{5、6}\)除可用3DG12外,还可选用BVceo>15V、β≥40、PCM≥700mW的NPN型中功率硅管;BG\(_{7、8}\)除选用DS31塑料封装大功率管外,还可选用BVceo>15V、β≥30、P\(_{CM}\)≥5W的塑料封装大功率管;BG9、10最好选用3AD18D、选3AD18A、C也可以。其中BG\(_{1、3、5、7、9}\)各管的β和BG2、4、6、8、10各管的β分别对应一致,另外BG\(_{9}\)和BG10的I\(_{ceo}\)也要尽量一致。电阻R9、R\(_{1}\)0可用小瓦数电阻并联而成,也可单独用15W、5Ω大功率电阻;R7、R\(_{8}\)要用功率为2W的电阻,其余电阻瓦数用1/8瓦即可。

变压器用舌宽38mm的E型铁芯,叠厚为50mm,初级侧使用0.59mm漆包线,次级侧用线径2.02mm漆包线。具体匝数见图3。绕制时次级侧高、低压双绕组,除匝数一致外,直流电阻也应尽量一致,因此采用双线并绕为妥。

图2
图2 🔍原图 (279×348)

HZ-1、2、3是三刀双掷开关,可用市售的HZ\(_{1}\)-10/3开关来改装,HZ1-10/3的外形如图4(a)所示,它有三刀,在使用时这三刀是同时接通和同时断开的,在导通时,每一刀的内部动触点与静触点的位置如(b)图所示,断开时,动触点与静触点位置如(c)图所示,由(b)图、(c)图可以看出,在旋转开关旋钮时,从导通到断开,动触点只移动90度。因此,我们在改装时,只要把其中一刀的动触点位置移动90度,经过这样的改装,原来三刀同时接通或断开的开关,则变成有两刀是动作一致的,而另一刀则动作相反。我们把一掷两刀通用于充电有关电路,另一刀用逆变有关电路。

图3
图3 🔍原图 (869×803)

蓄电池采用6Q98铝蓄电池,它的容量为98安培小时。电压表采用0—20V小型直流电压表,蓄电池插头、插座采用带定位的三眼插头、插座,这样不致于造成正负极性接反。

制作与调试

BG\(_{1}\)~BG8,R\(_{1}\)~R10、C\(_{1}\)、C2、C\(_{3}\)装于图2的印刷线路板上。电压表、指示灯、两个开关装在机壳正面板;BG9、BG\(_{1}\)0以及RD1、RD\(_{2}\)的保险管座和逆变输出插座、蓄电池引入插座装在机壳后面板;D1、D\(_{2}\)、D3、D\(_{4}\)装在机壳底板上。

图4
图4 🔍原图 (1264×888)

调试时先单独给印刷线路板加上12V直流电压,此时BG\(_{9}\)、BG10和变压器暂不通电。工作正常的印刷线路板应在BG\(_{7}\)、BG8和R\(_{9}\)、R10上得到幅度相等、上下对称的方波。如果方波上下不对称就要更换R\(_{1}\)或R2,更换C\(_{1}\)或C2也可。调整R\(_{12}\)可使方波的频率正好等于50Hz。印刷线路板调好后再和变压器,BG9、BG\(_{1}\)0连接起来进行统调。整机的空载电流<3A,当蓄电池电压正好等于12V时,KN3-2Z2D切换在高压绕组档时,变压器初级侧输出~210V左右电压,而它切换在低压绕组时,则输出~240V左右电压。

空载调好后再加负载调试,加负载时BG\(_{9}\)、BG10不应明显发热,明显发热则说明BG\(_{9}\)、BG10没有深度饱和和充分截止,要么减小R\(_{9}\)、R10的数值,要么更换β较大的管子。另外BG\(_{9}\)、BG10发热要均匀,不均匀则说明方波上下不对称或发热明显的这支三极管没有深度饱和和充分截止。

注意指示灯无论充电或者逆变都应发亮,不亮则应立即关机查找故障。(靳连生)