專利名稱：一種變壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種電子變電方法。
目前，使用直流供電的用電器，幾乎都是采用鐵芯式變壓器把電網(wǎng)電壓降到需要的低電壓，再經(jīng)整流、濾波后供用電器使用。由于變壓器是由矽鋼片及漆包線制成，因此體積重量都較大，這給用電器的使用，特別是給那些體積小、重量輕的用電器帶來很大的不便。這種變壓器在使用中還有輸出電壓不能隨意改變、穩(wěn)壓困難、工作效率低等缺點，因此人們一直在設(shè)法研制一種體積小、重量輕和效率高的電源來適應(yīng)各種用電器的需要，近幾年一種新電源-開關(guān)電源已在電視機上得到廣泛應(yīng)用。這種電源核心是用開關(guān)管將整流濾波后的電網(wǎng)電壓變成高頻脈沖電壓，經(jīng)脈沖變壓器變成所需電壓值，再經(jīng)整流濾波后供用電器使用，由于脈沖電壓頻率很高，所以脈沖變壓器的體積和重量都可以做得較小，這給用電器帶來很大方便，但這種開關(guān)電源還存在如下缺點1、和電子元件相比脈沖變壓器的體積和重量還是較大;2、由于脈沖變壓器對絕緣強度、漏感等要求嚴(yán)格，因此制造工藝復(fù)雜;3、由于脈沖變壓器的存在，給電源集成化帶來困難。
本發(fā)明的目的，是用一種具有電源變壓器功能的電子線路，代替這種鐵芯式變壓器，從而解決由于鐵芯式變壓器存在而造成的各種問題。
本發(fā)明的要點，是提供這種具有變壓器功能的電子線路的設(shè)計方法，電源變壓器在用電器中的功能只有兩個，即隔離功能和降壓功能。隔離功能是將用電器與電網(wǎng)完全隔離，以防止使用人員觸電。降壓功能是將電網(wǎng)電壓降到用電器需要值，使用電器正常工作。本發(fā)明就是針對這兩個功能的特點，采用兩種設(shè)計方法來實現(xiàn)本發(fā)明目的的。
將用電器與電網(wǎng)電壓相互隔離的方法是在用電器與電網(wǎng)電壓之間按入四個開關(guān)管T1、T2、T3、T4與一個電容器C1，聯(lián)接方式如

圖1。用周期方波控制開關(guān)管T1、T2導(dǎo)通T3、T4截止，或T1、T2截止T3、T4導(dǎo)通，開關(guān)管這樣工作的結(jié)果，一方面使用電器與電網(wǎng)電壓之間始終有兩只開關(guān)管截止，保證了隔離作用，另一方面使電容器C1不停地充電放電從而將電網(wǎng)電能傳遞到用電器。
將高電壓降為低電壓的方法是，用二個以上電容器與相應(yīng)的二極管及兩只開關(guān)管組成一種特殊電路。各元件聯(lián)接方式如圖2，用周期方波信號控制開關(guān)管T5、T6交替導(dǎo)通與截止，開關(guān)管這樣工作的結(jié)果便使這些電容器在充電時串聯(lián)，放電時并聯(lián)。因為串聯(lián)充電時各個電容器上的電壓之和等于充電電壓，并聯(lián)放電時的放電電壓為一個電容上電壓，所以該電路能把充電時的高電壓變成放電時的低電壓，完成降壓功能。
將隔離方法設(shè)計的電路與降壓方法設(shè)計的電路組合在一起就構(gòu)一個電子變壓器。在周期方波信號的控制下，電子變壓器具有鐵芯式變壓器的隔離功能和降壓功能，所以它可以代替鐵芯式電源變壓器。
圖1是隔離電路的實施方案電路圖，圖2是降壓電路實施方案電路圖，圖3是電子變壓器實施方案電路圖，現(xiàn)結(jié)合附圖，分別做進一步說明。
圖1所示電路是隔離電路，圖中二極管D1、D2、D3、D4與電容器C0起整流，濾波作用;開關(guān)管T1、T2、T3、T4起隔離作用和對電容器C1充放電作用;電容器C1的作用是將電網(wǎng)電能通過充、放電過程傳送到用電器W1;二極管D5、電阻R1是保證開關(guān)管T1導(dǎo)通時開關(guān)管T2也導(dǎo)通，開關(guān)管T1截止時開關(guān)管T2也截止;二極管D6與電阻R2作用是保證開關(guān)管T4隨開關(guān)管T3導(dǎo)通或截止而導(dǎo)通或截止;控頻緶紛饔檬強刂瓶毓躎1、T3周期性地交替導(dǎo)通與截止。
當(dāng)控制信號使開關(guān)管T1、T2導(dǎo)通T3、T4截止時，經(jīng)整流濾波后的電網(wǎng)電壓，通過開關(guān)管T1、T2及二極管D5開始對電容器C1充電。此時由于開關(guān)管T3、T4截止，電網(wǎng)電壓不能到達(dá)用電器W1，所以用電器W1與電網(wǎng)電壓相互隔離;當(dāng)控制信號使開關(guān)管T1、T2截止T3、T4導(dǎo)通時，貯存于電容器C1中電能便通過開關(guān)管T3、T4、二極管D6向用電器W1放電，此時由于開關(guān)管T1、T2截止，所以用電器W1與電網(wǎng)電壓還是隔離著，當(dāng)控制信號又重新使開關(guān)管T1、T2導(dǎo)通、T3、T4截止時，電容器C1又開始充電……重復(fù)前面過程。可見，隔離電路正常工作時，周期控制信號不論使開關(guān)管T1、T2導(dǎo)通T3、T4截止，還是使T1、T2截止T3、T4導(dǎo)通，在用電器與電網(wǎng)之間總有兩只開關(guān)管截止。因此，用電器W1與電網(wǎng)電壓之間是“完全隔離”，起到了鐵芯式電源變壓器的隔離作用。
圖2所示電路為降壓電路。圖中電容器C2、C3、C4起降壓作用，開關(guān)管T5、T6與二極管D7、D8、D9、D10、D11、D12起著充電時使電容器C2、C3、C4串聯(lián)，放電時使C2C3C4并聯(lián)的作用。
當(dāng)控制信號使開關(guān)管T5導(dǎo)通T6截止時，電壓U1通過開關(guān)管T5開始對電容器C2、C3、C4充電，由于此時二極管D7、D9、D10、D12處于反向，D8、D11處于正向，所以電容器C2、C3、C4為串聯(lián)充電，各個電容器上的電壓之和等于充電電壓U1，充電過程中開關(guān)管T6截止，所以充電過程中電容器中電能不能釋放。當(dāng)控制信號使開關(guān)管T5截止、T6導(dǎo)通時，電容器C2、C3、C4停止充電，開始放電，由于二極管D8、D11對每個電容器放電電流都處于反向狀態(tài)，所以三個電容器形成了三個放電回路，電容器C2的放電回路由開關(guān)管T6，用電器W2，二極管D7組成;電容器C3的放電路由二極管D9、開關(guān)管T6，用電器W2、二極管D10組成;電容器C4放電回路由二極管D12、開關(guān)管T6、用電器W2組成。由于對用電器W2而言，這三個電容器是并聯(lián)放電，放電結(jié)果使這三個電容器上的電壓趨近相等，所以用電器W2得到電壓為一個電容器上的電壓即等充電電壓U1的三分之一，可見此降壓電路具有降壓功能。
圖2中是三個電容器，如果是四個、五個、N個電容器也可以算出降壓電路的輸出電壓，N個電容器串聯(lián)充電時，各個電容器上的電壓Uc1、Uc2……UcN之和等于充電電壓U1即UC1+UC2+…+UCN＝U1(1)并聯(lián)放電時，由于這N個電容器對同一個用電器放電，所以使各個電容器上電壓都相等即UC1＝UC2＝…＝UCN(2)將式(2)代入式(1)得NUC1＝U1或UC1＝ 1/(N) U1(3)式中UC1就是降壓電路的輸出電壓，由式(3)可以知道，選擇電容器個數(shù)不同，就能達(dá)到選擇不同輸出電壓的目的。
圖3所示電路是電子變壓器一種實施例，它能將220V交流電壓涑 5V左右的脈沖電壓輸出，它由整流，濾波電路、隔離電路、降壓電路和控制電路組成，其中整流濾波電路、隔離電路和降壓電路的組成與前述相同，控制電路G為已有技術(shù)，它可發(fā)出周期方波信號，用以控制開關(guān)管導(dǎo)通或截止。
工作時，用控制電路G發(fā)出的方波分別控制開關(guān)管T1、T5與開關(guān)管T3交替導(dǎo)通與截止，使隔離電路與降壓電路正常工作，當(dāng)控制信號使開關(guān)管T1、T5導(dǎo)通開關(guān)管T3截止時，由于電阻R1、R2的作用，使開關(guān)管T2導(dǎo)通T4截止，220V交流電壓經(jīng)整流濾波后，通過開關(guān)管T1、T2和二極管D5開始向電容器C1充電，充電電壓為300V左右，在電容器C1充電過程中，由于開關(guān)管T3、T4截止，所以電網(wǎng)電壓不到達(dá)用電器W，即開關(guān)管T3、T4起降離作用;當(dāng)控制信號使開關(guān)管T1、T5截止，開關(guān)管T3導(dǎo)通時，由于電阻R1、R2與二極管D5作用，開關(guān)管T2隨之截止，開關(guān)管T4隨之導(dǎo)通。這時電容器C1通過開關(guān)管T3、T4，二極管D6、D8、D11、D14對電容器C2、C3、C4、C5串聯(lián)充電，充電電壓為電容器C1上電壓，約等于300V，電容器C1放電，在電容器C1放電過程中由于開關(guān)管T1、T2截止，所以電網(wǎng)電壓不能通過開關(guān)管T1、T2，因此用電器W與電網(wǎng)電壓隔離;當(dāng)控制信號再次使開關(guān)管T1、T2導(dǎo)通、T3、T4截止、T5導(dǎo)通時，電容器C1又開始充電，而電容器C2、C3、C4、C5開始通過開關(guān)管T5向用電器W并聯(lián)放電，由于每個電容器充電電壓峰值為75V左右，因此用電器W上得到的脈沖電壓為75V左右，此時由于開關(guān)管T3、T4截止，電網(wǎng)電壓還是不能通過開關(guān)管T3、T4，所以用電器W與電網(wǎng)還是相互隔離;當(dāng)控制信號又使開關(guān)管T1、T2截止，T3、T4、導(dǎo)通，T5截止，又重復(fù)以上工作過程。
當(dāng)周期控制信號不停地使開關(guān)管T1、T2、T5與開關(guān)管TT3、T4交替地導(dǎo)通與截止，電網(wǎng)電能便源源不斷地經(jīng)隔離電路分時傳遞，經(jīng)降壓電路降壓后，送到用電器，而隔離電路無論什么時刻都能把用電器W與電網(wǎng)相互隔離，所以本電子變壓器實現(xiàn)了鐵芯式變壓器的兩個功能，即隔離功能與降壓功能。
從前面的討論可知，不用矽鋼片及漆包線而用新方法設(shè)計的電子線路-電子變壓器，同樣能實現(xiàn)鐵芯式變壓器的隔離與降壓功能，而電子變壓器具有體積小，重量輕，效率高，輸出為直流電壓及便于集成化等優(yōu)點，這對于節(jié)約國家大量鋼材、銅材、電能，對于集成化后降低電源成本，對于方便產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸和使用都具有重要意義。
權(quán)利要求
一種變壓方法，由控制電路、整流濾波電路、隔離電路和降壓電路完成，其特征在于所說的隔離電路由四只開關(guān)管與一只電容器組成，其中兩只開關(guān)管與電容器串聯(lián)構(gòu)成充電電路，另外兩只開關(guān)管與電容器串聯(lián)構(gòu)成放電電路，在控制電路發(fā)出的周期方波控制下，使充電電路中的二只開關(guān)管與放電電路中的二只開關(guān)管交替導(dǎo)通與截止；所說的降壓電路由二只開關(guān)管，二只以上電容器和相應(yīng)的二極管組成，用控制電路發(fā)出的周期方波控制降壓電路中兩只開關(guān)管交替導(dǎo)通與截止，使該電路中的電容器充電時串聯(lián)，放電時并聯(lián)。
全文摘要
目前使用直流供電的用電器，大部都采用變壓器將電網(wǎng)電壓降到所需電壓值，由于變壓器是用矽鋼片和漆包線制成，因此體積和重量都較大。本發(fā)明是一種由電子元件組成的電子變壓器，它不用矽鋼片和漆包線，由控制電路、整流濾波電路、隔離電路和降壓電路等組成的具有電源變壓器功能的電子線路來代替鐵芯式的變壓器，因此電子變壓器體積小，重量輕。
文檔編號H02M7/12GK1031302SQ87105058
公開日1989年2月22日 申請日期1987年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月8日
發(fā)明者吳士龍 申請人:吳士龍