專利名稱：電子變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不用鐵芯而采用電子在器件間轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)電源變壓的電子變壓器或稱為無鐵芯電子變壓器。
很多的電力應(yīng)用場合都要將380V或220V或110V交流電變?yōu)?V-42V直流電，如銅、鋁材生產(chǎn)中的電解銅、電解鋁的生產(chǎn)；電鍍；儀器儀表、電腦、家電、電器等的供電電源；直流電動機；工業(yè)生產(chǎn)中的低壓電加熱、工業(yè)電爐等等，凡是有低壓電子元件工作的場合都要用到變壓器。以往都是使用鐵芯變壓器變成交流低壓，再經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓而得到工作的直流電壓；鐵芯變壓器笨重、耗能，給運輸、安裝、使用、維修、安全帶來很大的不便和隱患；現(xiàn)在在國內(nèi)外市場上行銷的開關(guān)電源也是一種變壓器，它是先將交流電壓整流，變成直流電壓，再用電子開關(guān)通過調(diào)頻或調(diào)脈沖寬度來調(diào)節(jié)輸出的直流電壓，這種形式的開關(guān)電源，高壓端和低壓端不隔離，一旦電子開關(guān)損壞，高壓竄入低壓端，將燒毀低壓端的電子器件；為了將高、低壓隔離開，一般都要加一只小型磁芯變壓器，用電子開關(guān)將高壓直流變?yōu)楦邏焊哳l脈沖電流，通過磁芯變壓器變?yōu)楦哳l低電壓，再經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓而得到工作用直流電。開關(guān)變壓電源在重量上比鐵芯變壓器減輕了許多，但增加了成本，所以有不少產(chǎn)品仍然選用笨重的鐵芯變壓器；開關(guān)變壓電源需要使用一只大功率開關(guān)三極管，使開關(guān)變壓電源的工作功率受到限制，如用大功率可控硅替代，線路復(fù)雜，成本增加。
本發(fā)明的目的是要提供一種新的用于電源變壓的電子變壓器，它能低成本地實現(xiàn)電源變壓，高、低壓相互隔離，使用安全可靠，可以獲得從數(shù)毫安到數(shù)萬安培的工作電流，其電壓、電流、功率的工作范圍都很寬。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的附圖
(1)是單相交流變直流的無鐵芯電子變壓器的工作原理的基本電路圖，輸入為高壓交流，輸出為低壓直流，交流電壓由A、N端輸入，泵電容C2和積分電容C1、二極管D2和D1及負(fù)載FZ組成電子泵積分電路；隔離電容C3一頭連接高壓交流的A極，另一頭連接電子泵積分電路的泵電容C2，兩只電容的連接點通過電子開關(guān)KS連接到高壓交流的另一極N，電容C3有兩個作用，一是將高低壓隔離開，二是將電能從高壓交流端傳輸給電子泵積分電路，KZ是控制電子開關(guān)通斷的脈沖發(fā)生電路和控制電路，D是KZ的低壓工作電源，由A經(jīng)C4偶合提供；使KZ產(chǎn)生100HZ-10KHZ(n次/秒)使KS電子開關(guān)每秒通斷n次的控制觸發(fā)脈沖，將電源正弦波直接切割成頻率為n的高頻電脈沖，用電子泵積分電路對高頻電脈沖進行積分而得到低壓直流電或低壓交流電；在電源正玄波的正半周，A為正，N為負(fù)時，如KS閉合導(dǎo)通，C3是交流回路中的一只電力補償電容，它并不消耗能量，兩側(cè)被充到電源電壓值，上端與A同電位，被充正電荷，下端與N同電位，被充負(fù)電荷；當(dāng)KS被KZ切斷不導(dǎo)通時，C1、C2分配N、A端電壓，C2左側(cè)充正電荷，C2右側(cè)充負(fù)電荷，負(fù)電荷從C1上側(cè)面及從N通過FZ經(jīng)D1充入，C1被積分一正電壓值；當(dāng)KS又被KZ觸發(fā)導(dǎo)通時，C2兩側(cè)電荷通過D2及KS釋放，C2兩側(cè)與N同電位，C3兩側(cè)又被充到電源電壓值，C1通過FZ放電作功；在正弦波的正半周，C1將被積分n/2h次，h為交流電源的工作頻率；在電源正弦波的負(fù)半周，A為負(fù)，N為正，KS閉合導(dǎo)通時，C3兩側(cè)被充到電源電壓值，上端與A同電位，為負(fù)，下端與N同電位，為正；當(dāng)KS被KZ切斷不導(dǎo)通時，C1、C2分配N、A端電壓，C2左側(cè)充負(fù)電荷，C2右側(cè)通過D2充正電荷，同時正電荷通過D1充入C1上側(cè)并通過FZ流入N，C1被積分一正電壓值；當(dāng)KS又被KZ觸發(fā)導(dǎo)通時，C2兩側(cè)電荷通過D2及KS釋放，C2兩側(cè)與N同電位，C3兩側(cè)又被充到電源電壓值，C1通過FZ放電作功；在正弦n次波的負(fù)半周，C1將被積分n/2h次；在一個正弦波整周期中，C1將被積分n/h次，C1每秒被積分n次，C1每秒積分的電荷量等于C2每秒的充電量減去FZ的電流量，C2每次的充電量為q＝vc，v為C2的充電電壓，c為C2的電容量，在C1遠(yuǎn)大于C2、C3的情況下，當(dāng)C2＝C3時，v＝1/2V，V為電源電壓值，C2每秒的充電量Q＝nVc/2＝V0C1+I，I為FZ的電流值，V0為直流輸出電壓V0＝(nVc/2-I)/C1；直流輸出電壓V0是觸發(fā)脈沖數(shù)n、電源電壓V、負(fù)載電流I、輸電電容C2和積分電容C1的函數(shù)。附圖(1)中，RD為熔斷器，用作短路保護，R2是電壓采樣電阻，Rw2是電壓采樣電位器，采取電壓信號通過KZ改變KS的通斷頻率以控制輸出電壓的穩(wěn)定性，R1是電流采樣分流電阻，Rw1是電流采樣電位器，采取電流信號通過KZ改變KS的通斷以控制輸出電流的穩(wěn)定性，或作過流保護。附圖(3)是三相交流變直流的無鐵芯電子變壓器的工作原理電路圖，由三組單相交流變直流的無鐵芯電子變壓器組合而成，輸入為三相交流高壓，輸出為一組直流低壓，交流電壓由A、B、C三相及中相N端輸入，JZB-B，JZB-C與附圖(1)虛匡中的JZB-A相同，三相的電壓和電流控制分別通過隔離二極管D8-D14反饋到各相的控制器中，三相交流電壓分別通過電子變壓后，在RD的前端匯集于一組直流輸出。
附圖(2)是單相交流變交流的無鐵芯電子變壓器的工作原理電路圖，輸入為單相高壓交流，輸出為單相低壓交流，以N線為界，上下兩側(cè)的電路及工作原理與附圖(1)的電路相同，上側(cè)工作于電源正弦波的正半周，因為在KS的兩端并聯(lián)了二極管DF，在負(fù)半周時DF導(dǎo)通，C3下端與N同電位，無電能通過C2，在正弦波正半周，上側(cè)工作正常；下側(cè)工作于電源正弦波的負(fù)半周，因為在KS’的兩端并聯(lián)了二極管DF’，在正半周時DF’導(dǎo)通，C3’上端與N同電位，無電能通過C2’，在正玄波的負(fù)半周，下側(cè)工作正常，調(diào)整C1和C1’的電容量，在A’和N之間即可得到低壓的正弦波交流電壓和電流。附圖(4)是三相交流變交流的無鐵芯電子變壓器的工作原理電路圖，由三組單相交流變交流的無鐵芯電子變壓器組合而成，由與附圖(2)虛匡中的JJB-A相同的電路JJB-A，JJB-B，JJB-C組合而成，輸入為三相高壓交流，輸出為三相低壓交流，交流高壓由A、B、C三相及中相N端輸入，三相低壓交流輸出端的三根N線相互連接，按SJ虛線匡連接，得到星形工作方式，按JJ虛線匡連接，得到角形工作方式。
作為單相交流變直流的無鐵芯電子變壓器的一則實施例，附圖(5)是用于電烙鐵變壓供電和溫度控制的工作原理電路圖，輸入電壓為交流220V，工作電壓為直流24V，輸出功率為100W。C3及KS右側(cè)各元件的作用及電路工作原理與附圖(1)相同，F(xiàn)Z為電烙鐵加熱絲，DO為探溫?zé)犭娕迹唤涣?20V由A、N輸入，C8、C9、D6、D7組成電子泵積分電路，獲得9V直流電源，經(jīng)R19限流和C7濾波，給穩(wěn)壓管DW2提供穩(wěn)壓電流，G5是6V電源三極管，發(fā)射極電壓穩(wěn)定于6V，C6是濾波電容。啟動時C1上端電壓為零，A1的反相端輸入為零，6V電壓經(jīng)R13限流降壓，在DW1上端得到2V穩(wěn)定電壓，經(jīng)輸入電阻R12加到運放A1的同相端，A1輸出高電位，加到倒相管G4的基極電阻R10的上，G4導(dǎo)通，RW3上有壓降，R8是發(fā)射極電阻，用于調(diào)G4的放大倍數(shù)，R9是分壓電阻，RW3是調(diào)頻電位器，G3、R7、C5、R5、G2、R6組成雙基極脈沖發(fā)生器，G3和R7是C5的充電電阻，調(diào)節(jié)RW3，改變G3的基極電壓，改變G3的內(nèi)阻，可改變脈沖發(fā)生頻率，可調(diào)節(jié)輸出電壓高低，R5上產(chǎn)生的正脈沖通過C4加到G1的基極電阻R4上，G1導(dǎo)通，觸發(fā)KS導(dǎo)通，C2兩端放電，R3是KS的觸發(fā)極回路電阻，脈沖過后，G1不通，KS關(guān)斷，C2對C1充電積分，當(dāng)電壓采樣電位器RW2滑動頭的采樣電壓高于DW1上端的電壓時，A1輸出電位反相，電位變低，G4電流減小，G3內(nèi)阻增大，脈沖頻率降低，C1上的輸出電壓回落，輸出電壓被控制恒定在一個穩(wěn)定值附近；A2是溫度控制放大器，DO探溫?zé)犭娕嫉臏囟刃盘柾ㄟ^輸入電阻R15加到A2的同相輸入端，通過R17、R18、和RW4分壓，在R17上獲得溫度給定值，通過輸入電阻R16加到A2的反相輸入端，啟動時DO為零，A2輸出低電位，二極管D3不通，不影響G1的工作狀態(tài)，當(dāng)溫度升高，DO的輸出值超過溫度給定值時，A2輸出反相，輸出高電位，D3導(dǎo)通，G1導(dǎo)通，KS導(dǎo)通，C3下端被嵌在N電位上，C1輸出電位為零；當(dāng)溫度下降底于給定值時，A2輸出反相，輸出低電位，G1恢復(fù)脈沖工作狀態(tài)，C1輸出工作電壓，溫度被恒定在溫度給定值附近。
電子變壓器比鐵芯變壓器重量輕，體積小，成本低，節(jié)能；比開關(guān)變壓電源結(jié)構(gòu)簡單，成本低，元件少，故障少，高壓端和低壓端完全隔離，使用安全可靠，電壓、電流、功率的工作范圍寬。
權(quán)利要求
1.一種電子變壓器，其主要特征是一只隔離電容一頭連接高壓交流的一極，另一頭連接電子泵積分電路的泵電容，在兩只電容的連接點通過電子開關(guān)連接到高壓交流的另一極，控制電子開關(guān)通斷的脈沖發(fā)生電路和控制電路產(chǎn)生100HZ-10KHZ的控制觸發(fā)脈沖將電源正弦波直接切割成高頻電脈沖，用電子泵積分電路對高頻電脈沖進行積分而得到低壓直流電或低壓交流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1說述的電子變壓器，其特征在于電子變壓器分為單相交流變直流電子變壓器、三相交流變直流的電子變壓器、單相交流變交流電子變壓器、三相交流變交流電子變壓器四種類型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2說述的單相交流變直流電子變壓器類型，其特征在于它主要由隔離電容、電子開關(guān)、脈沖發(fā)生電路和控制電路、電子泵積分電路等部件組成，隔離電容與泵電容的電容量相等，積分電容的電容量遠(yuǎn)大于隔離電容與泵電容的電容量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2說述的三相交流變直流電子變壓器類型，其特征在于它由三組單相交流變直流的電子變壓器組合而成，輸入為三相交流高壓，輸出為一組直流低壓，三相的電壓和電流控制分別通過隔離二極管D8-D14反饋到各相的控制器中，三相交流電壓分別通過電子變壓后，在RD的前端匯集于一組直流輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求2說述的單相交流變交流電子變壓器類型，其特征在于它以中相N線為界，上下兩側(cè)的電路及工作原理與單相交流變直流電子變壓器相同，上側(cè)工作于電源正弦波的正半周，在KS的兩端并聯(lián)了二極管DF；下側(cè)工作于電源正弦波的負(fù)半周，在KS’的兩端并聯(lián)了二極管DF’，調(diào)整C1和C1’的電容量，在A’和N之間得到低壓的正弦波交流電壓和電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求2說述的三相交流變交流電子變壓器類型，其特征在于它由三組單相交流變交流的電子變壓器組合而成，三相低壓交流輸出端的三根N線相互連接，按SJ虛線匡連接，得到星形工作方式，按JJ虛線匡連接，得到角形工作方式。
全文摘要
一種無鐵芯電子變壓器，脈沖發(fā)生電路和控制電路產(chǎn)生100Hz－10KHz的控制觸發(fā)脈沖將電源正弦波直接切割成高頻電脈沖，用電子泵積分電路對高頻電脈沖進行積分而得到低壓直流電或低壓交流電。分為單相交流變直流、三相交流變直流、單相交流變交流、三相交流變交流四種類型。電子變壓器比鐵芯變壓器重量輕，體積小，成本低，節(jié)能；比開關(guān)變壓電源結(jié)構(gòu)簡單，成本低，元件少，故障少，高低壓完全隔離，使用安全可靠，電壓、電流、功率的工作范圍寬，輸出電流數(shù)毫安到數(shù)萬安培。
文檔編號H02M7/155GK1870403SQ20051007103
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月23日
發(fā)明者徐國漢 申請人:徐國漢