一种工频变压器的制作方法

文档序号:7425462阅读:215来源:国知局
专利名称:一种工频变压器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种电源变压器,即工频变压器,具体的是涉及输入与输出端在电气方 面是完全隔离,输入与输出端电源频率相同,传递功率的变压器装置。
背景技术
电源变压器是一常见的、应用广泛的电气设备。又称其为工频变压器。其主要特征有 四个方面(1)输入端与输出端不直接连接,在电气方面是完全隔离的,实现电网电源与 用电设备之间的电气安全隔离;(2)将电网电压转换成用电设备所需的电压值;(3)输入 端和输出端的电流、电压的乘积基本不变,即传递功率;(4)它还应该具有输入端和输出 端的频率是一致的特性。本领域已知的工频变压器是直接依据法拉第电磁感应原理来运行 的。它由初级线圈、次级线圈和硅钢铁心构成。对于本领域的技术人员,工频变压器工作 原理应该是了解和熟悉的,在这里不再详细描述其工作过程。这种传统变压器需要大量的 铜线和硅钢铁心,功率愈大其所消耗的原材料越多,体积大,质量大,原材料成本高,不 能小型化等。在许多的电子电器产品中,工频变压器已经占据其整个产品大部分的成本、 体积和重量。正因为如此,有些电器产品,譬如电热水器、电热毯等对用电的安全要求很 高,也没有采用工频变压器来实现电气安全隔离。其应用范围因成本、体积和重量而受到 制约。
本领域已知的还有一种称为开关电源的装置,它是利用半导体功率器件作为开关,将 一种电源形态转换成另一种电源形态的电路。这种开关电源装置存在如下问题(1)这种 现行的开关变换电路还没有实现工频变压器的功能。譬如,其输入端和输出端的频率是不 一致的,即电源的形态发生了变化。现有开关电源输入端需要有整流电路和平滑滤波电路, 需要平滑用高压电解电容,所述整流和滤波是现有技术中所必需的;且在现行的开关电源 中,输入电源经整流和平滑滤波电路后,其电源性质发生了变化,由输入时的交流变成了 直流;(2)现有开关电源需要使用功率因数校正电路才能保证输入功率因数较大。(3)现 行的开关电源装置,其输出端的基本形式为整流电路和平滑滤波电路构成,将高频电源变 成了直流电源。由上述可知,现有开关电源的装置,不构成本发明所讨论的范畴。因此,希望提供一种输入与输出端在电气方面是完全隔离,输入与输出端电源频率相 同,传递功率,且能够完全取消硅钢铁心,减少铜线使用量,体积小,重量轻,小型化, 低成本的新型工频变压器装置。

发明内容
为克服现有工频变压器的不足,本发明提供了一种能实现了传统工频变压器的全部功 能,同时又取消了硅钢铁心,铜线使用量极少,縮小了体积,减轻了重量,实现了小型化, 低成本的目标。其应用范围愈加广泛,为社会节约了大量的自然资源。
本发明是利用半导体器件、电容和电感元件所构成的变换电路来实现的上述目标的。 首先将网电源转换、调制为高频电波,利用高频变压器实现电气隔离、电压转换和能量传 递。然后将经隔离后的高频电波恢复为与输入网电源频率一致的同态电源。
本发明由三部分组成,包括网电源输入部分、电源变换部分、工频恢复电路。 所述的网电源输入部份,即网电源输入部份变道开关101,能根据网电源所在的周期
单独为其中某一电源变换器供电;其网电源输入部份变道开关101输入端IOIA、输入端 IOIB与网电源N、 L连接,输入端101A、输入端101B能同步转换到对应输出端,输入端 101A连接输出端101C或输出端101D,且随网电源周期性转换单独连接输出端101C或输 出端101D;输入端101B连接输出端101E或输出端101F,且随网电源周期性转换单独连 接输出端101E或输出端101F;变道开关101 —组输出端IOIC、 101E与第一电源变换器 连接,另一组输出端101D、 IOIF与第二电源变换器连接;
变道开关101包括由两只二极管提供的二极管232、 二极管233组合而成单刀式变道 开关;二极管232的P端与二极管233的N端连接,并被连接到网电源的L端,二极管 232的N端与第一电源变换器的电源端210C连接,二极管233的P端与第二电源变换器 的电源端20D连接,第一电源变换器的电源端20N与第二电源变换器的电源端211C连接, 并被连接到网电源的N端。
所述的电源变换部份,由参数相同的两组电源变换器组成,包括第一电源变换器和第 二电源变换器;电源变换器包括转换调制部份及能量传递部份,所述的能量传递部份为高 频变压器;电源变换器将其转换、调制为高频波,利用高频变压器实现电气隔离、电压转 换和能量传递;第一电源变换器的电源端102A、电源端104B与变道开关101的一组输出 端连接,第二电源变换器的电源端103A、电源端105B与网电源输入部份变道开关101的另一组输出端连接。
所述的第一电源变换器,包括开关体216、开关体217,电容器212、电容器214, 二 极管230、 二极管201和高频变压器210,组成的自激式离线变换器;
所述的开关体216、开关体217至少有三个连接端子;包括第一端子,第二端子、第三 端子,其中第一端子为开关体控制端,第二端子和第三端子之间的导通或断开由第一端子 控制。
高频变压器210的初级线圈被中心抽头210C分为2101和2102两段,共有连接端 210A、连接端210B、连接端210C三个连接端;电容器212、 二极管230被串联在初级线 圈连接端210A端和第一变换器的公共端20N之间,电容器212、 二极管230之间中点被 连接到开关体216的第一端子,开关体216的第三端子连接到公共端20N, 二极管230反 向连接在开关体216第一端子、第三端子之间,即二极管230P端连接216第三端子,230N 端连接开关体216第一端子;开关体216的第二端子被连接到初级线圈的210B端;电容 器214、 二极管201被串联在初级线圈的210B端和第一变换器的公共端20N之间,电容 器214、 二极管201之间中点被连接到开关体217的第一端子,开关体217的第三端子连 接到公共端20N, 二极管201反向连接在217第一端子、第三端子之间,即二极管201P 端连接开关体217第三端子,230N端连接开关体217第一端子;开关体217的第二端子被 连接到初级线圈的210A端;初级线圈中心抽头210C与变道开关部份的二极管232 N端连 接;公共端20N与网电源的N端直接连接。
所述的第二电源变换器,开关体218、开关体219,电容器213、电容器215, 二极管 231、 二极管202和高频变压器2n,组成的自激式离线变换器;高频变压器211的初级线 圈被中心抽头211C分为2111和2112两段,共有连接端211A、连接端211B、连接端211C 三个连接端;其连接方式和各元件器的电器参数均与第一 电源变换器相同。
在的第一电源变换器中,有电容227与二极管201并联,有电容226与二极管230并联; 在第二电源变换器中,有电容229与二极管202并联,有电容228与二极管231并联。
所述的工频恢复部份,由工频恢复部份变道开关106及高频滤波电路组成,将经高频 变压器隔离后的高频电波恢复为网电源频率;工频恢复部份变道开关106输出端106A、 输出端106B能同步转换到对应输入端,输出端106A连接输入端106C或输入端106D, 且随网电源周期性转换单独连接输入端106C或输入端106D;输出端106B连接输入端106E 或输入端106F,且随网电源周期性转换单独连接输入端106E或输入端106F;变道开关第一组输入端106C、 106E与第一电源变换器输出端104D、输出端104E连接,第二组输入 端106D、 106F与第二电源变换器输出端105D、输出端105E连接;变道开关106的输出 端106A、输出端106B与高频滤波电路107并联,形成工频恢复电路输出端,工频恢复电 路输出端与负载108并联连接;所述高频滤波电路107具有低通滤波的性质。
工频恢复部份变道开关106,由开关体220、开关体221,以及二极管204、 二极管205、 二极管206、 二极管207组成组合而成单刀式变道开关;
所述的开关体220、开关体221至少有三个连接端子;包括第一端子,第二端子、第三端 子,其中第一端子为开关体控制端,第二端子和第三端子之间的导通或断开由第一端子控 制;
其中,二极管204、 二极管205和高频变压器210的带中心抽头的次级线圈2103构成 了第一全波整流电路;2103的中心抽头成为第一全波整流电路的输出负端,二极管204、 二极管205N极被连接在一起,形成第一全波整流电路的输出正端;二极管206、 二极管 207和变压器211的带中心抽头的次级线圈2113构成了第二全波整流电路;2113的中心抽 头成为第二全波整流电路的输出负端,二极管206、 二极管207N极被连接在一起,形成第 二全波整流电路的输出正端;两个整流电路的负端被连接在一起,形成公共端20G;开关 体220、开关体221的第三端子被连接到公共端20G;第一整流电路的输出正端被连接到 开关体221的第一端子,第二整流电路的输出正端被连接到开关体220的第一端子,开关 体220的第二端子和开关体221的第二端子之间被并联有高频滤波电容203;在其两端之 间并联负载234。
所述的第一整流电路的输出正端与开关体220的第二端子之间正向跨接一个二极管 208;第二整流电路的输出正端与开关体221的第二端子之间正向跨接一个二极管209。
所述开关体可以由MOSFET提供,MOSFET栅极、漏极、源极分别对应开关体第一端 子、第二端子、第三端子;所述的开关体也可以使用其它元件提供,包括SCR、 GTO、 IGBT、 晶体管类,实现开关体功能。
网电源输入部份变道开关101和工频恢复部份变道开关106,其转换频率为网电源频 的两倍。
由于本发明采用了高频变压器实现电气隔离、电压转换和能量传递,且实现了传统工 频变压器的全部功能。
高频变压器中通过的是频率超过lOKHz的电源,不必采用硅钢铁心,铜线使用量极少,因而大大縮小了体积,减轻了重量。
本发明成功利用高频变压器作为能量传递,因而工频变压器能够实现小型化,低成本。 其应用范围愈加广泛,为社会节约了大量的自然资源。
附困说明
图l是本发明各部分联接关系及工作原理图; 图2是本发明各元器件联接关系及工作原理图; 图3是本发明龟路主体结构图示意具体实施例方式
将参考附图详细描述本发明。 本发明由三部分组成,包括网电源输入部分、电源变换部分、工频恢复电路。下面 结合

图1来描述本发明是如何实现工频变压器的全部功能的。
1、网电源输入部分。主要由变道开关101构成。变道开关101有两个输入端101A 和101B,四个输出端101C、 IOID、 101E和101F。输入端101A和101B分别与网电源的 L端子和N端子连接;输出端101C与高频变压器104的初级线圈中心抽头104B连接,输 出端101D与变换电路103的103A连接。输出端101E与变换电路102的102A连接,输 出端101F与高频变压器105的初级线圈中心抽头105B连接。
变道开关101实现的目标是,根据网电源所在周期,控制第一电源变换器和第二电源 变换器与网电源之间的连接状态。也就是,当输入电压在上半周时,变道开关101的输入 端101A和101B分别与其输出端101C和101E导通。此时,网电源只为第一电源变换器 供电,有且只有第一电源变换器工作;当输入电压在下半周时,变道开关101的输入端与 分别与其输出端101D和101F导通。此时,网电源只为第二电源变换器供电,有且只有第 二电源变换器工作。变道开关101的交替变换电路通道的作用,可以被外部信号所控,也 可依赖自身自动完成。本发明的实施例子20中,变道开关101是由二极管232和233实现 的,并且是自动完成的。2、电源变换部分。主要由两个变换电路和两个高频变压器组成。其中变换电路102和 高频变压器104构成第一电源变换器,变换电路103和高频变压器105构成第二电源变换 器,两个电源变换器的电气参数是完全一样的。
电源变换部分实现的目标是,将网电源直接转换为高频电波,利用高频变压器实现电 气隔离、电压转换和能量传递。更具体的是,变道开关101的作用下,变换电路102将网 电源上半周转换为高频电源,利用高频变压器104实现电气隔离、电压转换和能量传递; 而在网电源下半周时,变换电路103开始工作,将网电源转换为高频电源,利用高频变压 器105实现电气隔离、电压转换和能量传递。当网电源又进入上半周时,变换电路102 又开始工作,而变换电路102停止工作。如此交替循环,实现电气隔离、电压转换和能量 传递。
3、工频恢复电路。由图1可知, 一个基本的工频恢复电路是由变道开关106和高频滤 波器107构成。而负载108与滤波器107并联连接。变道开关106的输出端106A和106B 分别与高频滤波器107的两端连接,其输入端106C、 106E分别与高频变压器104次级线 圈的104D、 104E连接,而输入端106D、 106F分别与高频变压器105次级线圈的105D、 105E连接。
工频恢复电路实现的目标是,将经高频变压器隔离后的高频电波恢复为网电源频率。 更具体的是,当网电源处在上半周时,第一电源变换器开始工作,并将其转换为髙频波, 并且被耦合到高频变压器104次级线圈的104D、 104E两端;此时,变道开关106的输出 端106A、 106B与其输入端106C、 106E导通,滤波器107、负载108与高频变压器104 次级线圈的两端104D、 104E导通,滤波器107将高频成分滤掉(其本质是平滑高频脉冲 波)。经滤波器107平滑滤波后的电压施加在负载108两端,其电流流动方向为由负载 108A端流向108B端。而当网电源处在下半周时,第二电源变换器开始工作,并将其转换 为高频波,并且被耦合到高频变压器105次级线圈的105D、 105E两端;此时,变道开关 106的输出端106A、 106B与其输入端106D、 106F导通,滤波器107、负载108与高频变 压器105次级线圈的两端105D、 105E导通,滤波器107将高频成分滤掉(其本质是平滑 高频脉冲波)。经滤波器107平滑滤波后的电压施加在负载108两端,其电流流动方向为 由负载108B端流向108A端。如此周而复始,在负载108两端产生与输入网电源频率一致 的交流电压,实现输出电压的频率恢复到工频的目的。实施例二、
图2图解了工频变压器20的例子。工频变压器包括网电源输入部分、电源变换部分和 工频恢复电路,共计三大部分。
1、网电源输入部分,变道开关IOI由二极管器件提供的开关232和233组成。然而 应当理解,也可以使用其它的元器件或手段实现变道开关101的功能或预期目标。开关232 的P端与开关233的N端被共同连接在网电源的L端,232的N端与高频变压器210的初 级线圈的中心抽头210C连接,233的P端与变换电路的20D端连接。网电源的N端与变 换电路的20N端和高频变压器211的初级线圈的中心抽头211C连接。
在网电源上半周期内,开关232导通,网电源向第一电源变换器提供电压;在此期间, 开关233截止,第二电源变换器停止工作。在网电源下半周期内,开关233导通,网电源 转向第二电源变换器提供电压;在此期间,开关232截止,第一电源变换器停止工作。
由开关232和233构成的变道开关,起着交替变换电路通道的作用,其导通与截止可 以被外部信号所控,也可依赖自身自动完成。本发明的实施例子20中,开关232和233 的导通与截止的交替轮回,是网电源自动完成的。
2、电源变换部分。主要由两个相对独立的自激式离线变换器电路组成,其电气参数是 完全一样的。为了便于理解和描述,下面只对单个变换器电路进行较为详细地描述。参照 图2,第一示例性自激式离线变换器电路包括由MOSFET器件提供的开关体216、开关体 217,电容器212、 214、 226、 227, 二极管230、 201和变压器210。变压器210带中心抽 头的初级线圈被分为2101和2102两段,共有210A、 210B、 210C三个连接端。电容器212、 226被串联在初级线圈210A端和第一变换器的公共端20N之间,两个电容器之间中点被 连接到216的栅极,开关体216的源极连接到公共端20N,栅、源之间反向连接二极管230。 开关体216的漏极被连接到初级线圈210B端。电容器2M、 227被串联在初级线圈210C 端和第一变换器的公共端20N之间,两个电容器之间中点被连接到217的栅极,217的源 极连接到公共端20N,栅、源之间反向连接二极管201。 217的漏极被连接到初级线圈210A 端。初级线圈中心抽头210C与开关232的N极连接。公共端20N与网电源的N端直接连 接。(第二示例性自激式离线变换器电路包括由MOSFET器件提供的开关体218、 219,电 容器213、 215、 228、 229, 二极管231、 202和变压器211。其相互之间的连接,请参阅图 2)。
由于各元器件的参数是有差异的,接通电源Vi时,总有一个开关体先导通,假设开关体216先导通的,其工作过程如下接通电源Vi时,Vi通过初级线圈2101,电容器212、 226以及216栅极和源极之间的输入电容,即第一LC被Vi充电,产生电流lA。当216的 栅极电压被充至开启电压值时,开关体216导通,Vi对初级线圈2102充电,产生电流lB。 初级线圈中有净电流(lB-k)X),初级线圈产生自感电势V"有210A为正极,210B为负 极。经过T-2n VLC的时间后,第一LC中的电流下降,216的栅极电压下降,当低于开 启电压值时,开关体216截止。自感电势V^极性反向,有210B为正极,210A为负极。 此时,第一LC中的能量和线圈2102中的能量被迅速释放到负载。电容器214、 227以及 217栅极和源极之间的输入电容被电压Vi充电,即第二LC被Vi充电,产生电流lB。开关 体217导通,Vi对初级线圈2101充电,产生电流IA。初级线圈中有净电流(lA-lB)X)。经 过T-2Ji VLC的时间后,第二LC中的电流下降,217的栅极电压下降,当低于开启电压 值时,开关体217截止。自感电势V^极性再次反向,即210A为正极,210B为负极。第 二 LC中的能量和线圈2101中的能量被迅速释放到负载。电容器212、 226以及216栅极 和源极之间的输入电容被电压Vi充电,即第一LC被Vi再次充电,产生电流k。开关体 216又导通。Vi对初级线圈2102又开始充电,产生电流fe。初级线圈中有净电流(lB-lA)X)。 于是,在经历与上述完全一样的过程以后,开关体216再次进入截止状态,而开关体217 却再次进入导通状态。如此周而复始,在变压器210初级线圈中产生交变净电流,次极线 圈两端获得交流电压,实现电压变换、功率传输和电气隔离。
第二示例性自激式离线变换器电路的工作过程,与上述第一示例变换器完全一样的。在 这里不再赘述。
3、工频恢复电路,变道开关106由MOSFET提供的开关220、 221,以及二极管器件 204、 205、 208、 206、 207、 209组成。其中,二极管204、 205和变压器210的带中心抽 头的次级线圈2103构成了第一全波整流电路。2103的中心抽头成为第一全波整流电路的 输出负端,二极管204、 205的N极被连接在一起,形成第一全波整流电路的输出正端。 二极管206、 207和变压器211的带中心抽头的次级线圈2113构成了第二全波整流电路。 2113的中心抽头成为第二全波整流电路的输出负端,二极管206、 207的N极被连接在一 起,形成第二全波整流电路的输出正端。两个整流电路的负端被连接在一起,形成公共端 20G。开关体220、 221的源极被连接到公共端20G。第一整流电路的输出正端被连接到开 关体221的栅极,该输出正端还与开关体220的漏极之间正向跨接一个二极管208。第二 整流电路的输出正端被连接到开关体220的栅极,该输出正端与开关体221的漏极之间正向跨接一个二极管209。开关体220的漏极和221的漏极之间被并联有高频滤波电容203。 在其两端之间并联负载234,可以获得所预期的工频交流电压(Vo)。当负载很轻或开路时, 二极管208、 209可以有效防止开关体220和221同时被导通。
工频恢复电路的目标实现过程如下当网电源处在上半周时,第一变换器工作,将其转 换、调制成频率为f的高频波,通过高频变压器210传递到第一全波整流电路,在其输出 正端和公共端20G之间获得与网电源频率一致的脉冲电压(包络线)。开关体221导通。 该脉冲电压通过正向连接的二极管208和处于导通状态的开关221施加于高频电容器203 和负载234两端。平滑用滤波器203将其中2f的高频脉冲电压滤除掉。负载234两端获得 与网电源同步的、干净的脉冲电压。其电流流动方向为由负载234A端流向234B端(在 此期间,由于第二变换器的工作被禁止,第二全波整流电路获得的能量为零,开关体220 处于截止状态)。
当网电源处在下半周时,第二变换器工作,将其转换、调制成频率为f的高频波,通 过高频变压器211传递到第二全波整流电路,在其输出正端和公共端20G之间获得与网电 源频率一致的脉冲电压(包络线)。开关体220导通。该脉冲电压通过正向连接的二极管 209和处于导通状态的开关220施加于高频电容器203和负载234两端。平滑用滤波器203 将其中2f的高频脉冲电压滤除掉。负载234两端获得与网电源同步的、干净的脉冲电压。 其电流流动方向为由负载234B端流向234A端(在此期间,由于第一变换器的工作被禁 止,第一全波整流电路获得的能量为0,开关体221处于截止状态)。如此周而复始,在负 载234两端产生与输入网电源频率一致的交流电压,实现输出电压的频率恢复到工频的目 的。
上述工频恢复电路的优选实施事例中需要补充说明的问题(1)带中心抽头的次级线圈 与两个二极管构成了高频用全波整流电路。然而应当理解,整流形式的多样性并不被限制, 也可以采用其它方式实现全波整流或半波整流,从而达到有意的效果。(2)开关体220、 221是有MOSFET器件提供的,然而应当理解,也可以使用其它的元器件,包括SCR、IGBT、 晶体管等,实现开关体216、 217的功能。(3)电容器203实现高频滤波功能,然而应当理 解,其他形式的滤波是不被限制的。
前面描述了电源变压器的优选实施事例,本领域的技术人员应当理解,已经实现了工 频变压器的全部功能以及额外优点。然而还应当理解(1)正如前面"发明内容"中讲述
的一样,只需要有网电源变道开关、电源变换器、工频恢复电路,便可以实现工频变压器的预期目标。对其类型的多样性并不被限制。譬如,网电源变道开关,也可以采用优选实 施事例以外的其它类型的开关来实现变道目标;电源变换器,也可以采用优选实施事例以 外的其它类型的变换器来实现电源形态转变;工频恢复电路,也可以采用优选实施事例以 外的其它类型的开关来实现高频电波恢复为网电源频率的目标。(2)在不超出本发明范围 和目的的前提下可以得出本发明的各种修改、改进和可选实施事例。(3)在不超出本发明 范围的前提下可以得出本发明的各种其它用途、目的。(4)优选实施事例中的某些电路可 以被分离出来,独立使用或与其他电路组合使用。
权利要求
1.一种工频变压器,其特征在于,它主要由网电源输入部份,电源变换部份,工频恢复部份联接构成;由网电源输入部份为电源变换部份提供电源,再由电源变换部份将电源转换调制为高频波和实现电气隔离、电压转换和能量传递,再由工频恢复部份将经高频变压器隔离后的高频电波恢复为网电源频率;所述的网电源输入部份,即网电源输入部份变道开关(101),能根据网电源所在的周期单独为其中某一电源变换器供电;其网电源输入部份变道开关(101)输入端(101A)、输入端(101B)与网电源(N、L)连接,输入端(101A)、输入端(101B)能同步转换到对应输出端,输入端(101A)连接输出端(101C)或输出端(101D),且随网电源周期性转换单独连接输出端(101C)或输出端(101D);输入端(101B)连接输出端(101E)或输出端(101F),且随网电源周期性转换单独连接输出端(101E)或输出端(101F);变道开关(101)一组输出端(101C)、(101E)与第一电源变换器连接,另一组输出端(101D)、(101F)与第二电源变换器连接;所述的电源变换部份,由参数相同的电源变换器组成,包括第一电源变换器和第二电源变换器;电源变换器包括转换调制部份及能量传递部份,所述的能量传递部份为高频变压器;电源变换器将其转换、调制为高频波,利用高频变压器实现电气隔离、电压转换和能量传递;第一电源变换器的电源端(102A)、电源端(104B)与变道开关(101)的一组输出端连接,第二电源变换器的电源端(103A)、电源端(105B)与网电源输入部份变道开关(101)的另一组输出端连接;所述的工频恢复部份,由工频恢复部份变道开关(106)及高频滤波电路组成,将经高频变压器隔离后的高频电波恢复为网电源频率;工频恢复部份变道开关(106)输出端(106A)、输出端(106B)能同步转换到对应输入端,输出端(106A)连接输入端(106C)或输入端(106D),且随网电源周期性转换单独连接输入端(106C)或输入端(106D);输出端(106B)连接输入端(106E)或输入端(106F),且随网电源周期性转换单独连接输入端(106E)或输入端(106F);变道开关第一组输入端(106C)、(106E)与第一电源变换器输出端(104D)、输出端(104E)连接,第二组输入端(106D)、(106F)与第二电源变换器输出端(105D)、输出端(105E)连接;变道开关(106)的输出端(106A)、输出端(106B)与高频滤波电路(107)并联,形成工频恢复电路输出端,工频恢复电路输出端与负载(108)并联连接;所述高频滤波电路(107)具有低通滤波的性质。
2. 根据权利要求1所述的一种工频变压器,其特征在于,所述的网电源输入部份变道开关(101)包括由两只二极管提供的二极管(232)、 二极管(233)组合而成单刀式变道开 关;二极管(232)的P端与二极管(233)的N端连接,并被连接到网电源的L端, 二极管(232)的N端与第一电源变换器的电源端(210C)连接,二极管(233)的P 端与第二电源变换器的电源端(20D)连接,第一电源变换器的电源端(20N)与第二 电源变换器的电源端(211C)连接,并被连接到网电源的N端。
3. 根据权利要求1所述一种工频变压器,其特征在于,所述的第一电源变换器,包括开关 体(216)、开关体(217),电容器(212)、电容器(214), 二极管(230)、 二极管(201) 和高频变压器(210),组成的自激式离线变换器;所述的开关体216、开关体217至少有三个连接端子;包括第一端子,第二端子、第 三端子,其中第一端子为开关体控制端,第二端子和第三端子之间的导通或断开由第一 端子控制;高频变压器210的初级线圈被中心抽头(210C)分为2101和2102两段,共有连 接端(210A)、连接端(210B)、连接端(210C)三个连接端;电容器(212)、 二极管(230)被串联在初级线圈连接端(210A)端和第一变换器的公共端(20N)之间,电 容器(212)、 二极管(230)之间中点被连接到开关体(216)的第一端子,开关体(216) 的第三端子连接到公共端(20N), 二极管(230)反向连接在开关体(216)第一端子、 第三端子之间,即二极管(230) P端连接开关体(216)第三端子,二极管(230) N 端连接开关体(216)第一端子;开关体(216)的第二端子被连接到初级线圈连接端(210B)端;电容器(214)、 二极管(201)被串联在初级线圈连接端(210B)端和第 一变换器的公共端(20N)之间,电容器(214)、 二极管(201)之间中点被连接到开 关体(217)的第一端子,开关体(217)的第三端子连接到公共端(20N), 二极管(201) 反向连接在开关体(217)第一端子、第三端子之间,即二极管(201) P端连接开关体(217)第三端子,二极管(201) N端连接开关体(217)第一端子;开关体(217)的 第二端子被连接到初级线圈连接端(210A)端;初级线圈中心抽头(210C)与变道开 关部份二极管(232 ) N端连接;公共端(20N)与网电源的N端直接连接;所述的第二电源变换器,开关体(218)、开关体(219),电容器(213)、电容器(215),二极管(231)、 二极管(202)和高频变压器(211),组成的自激式离线变换器;高频变 压器(211)的初级线圈被中心抽头(211C)分为(2111)和(2112)两段,共有连接端 (211A)、连接端(211B)、连接端(211C)三个连接端;电容器(213)、 二极管(231) 被串联在初级线圈连接端(211A)端和第二变换器的公共端(20D)之间,电容器(213)、 二极管(231)之间中点被连接到开关体(218)的第一端子,开关体(218)的第三端子 连接到公共端(20D), 二极管(231)反向连接在(218)第一端子、第三端子之间,即 二极管(231) P端连接(218)第三端子,二极管(231) N端连接开关体(218)第一 端子;开关体(218)的第二端子被连接到初级线圈连接端(211B)端;电容器(215)、 二极管(202)被串联在初级线圈连接端(211B)端和第二变换器的公共端(20D)之间, 电容器(215)、 二极管(202)之间中点被连接到开关体(219)的第一端子,开关体(219) 的第三端子连接到公共端(20D), 二极管(202)反向连接在(219)第一端子、第三端 子之间,即二极管(202)P端连接(219第三端子,二极管(202)N端连接开关体(219) 第一端子;开关体(219)的第二端子被连接到初级线圈连接端(211A)端;初级线圈 中心抽头(211C)与网电源N端连接;二极管(233) P极与公共端(20D)连接。
4. 根据权利要求1所述一种工频变压器,其特征在于,所述的工频恢复部份变道开关(106), 由第一整流电路(2103、 204、 205),开关体(221),第二整流电路(2113、 206、 207), 开关体(220)组合而成单刀式变道开关;;所述的开关体(220)、开关体(221)至少有三个连接端子;包括第一端子,第二子、 第三端子,其中第一端子为开关体控制端,第二端子和第三端子之间的导通或断开由第 一端子控制;所述的第一整流电路和第二整流电路的输出负端被连接在一起,形成公共端(20G); 开关体(220)、开关体(221)的第三端子被连接到公共端(20G);第一整流电路的输 出正端被连接到开关体(221)的第一端子,第二整流电路的输出正端被连接到开关体 (220)的第一端子,开关体(220)的第二端子和开关体(221)的第二端子之间被并 联有高频滤波电容(203);在其两端之间并联负载(234)。
5. 根据权利要求1或4所述一种工频变压器,其特征在于,所述的第一整流电路由二极管 (204)、 二极管(205)和高频变压器(210)的带中心抽头的次级线圈(2103)构成了第一全波整流电路;次级线圈(2103)的中心抽头成为第一全波整流电路的输出负端, 二极管(204)、 二极管(205)的N极被连接在一起,形成第一全波整流电路的输出正端;所述的第二整流电路由二极管(206)、 二极管(207)和变压器(211)的带中心抽 头的次级线圈(2113)构成了第二全波整流电路;次级线圈(2113)的中心抽头成为第 二全波整流电路的输出负端,二极管(206)、 二极管(207)的N极被连接在一起,形 成第二全波整流电路的输出正端。
6. 根据权利要求3所述的一种工频变压器,其特征在于,在的第一电源变换器中,有电容(227)与二极管(201)并联,有电容(226)与二极管(230)并联;在第二电源变换 器中,有电容(229)与二极管(202)并联,有电容(228)与二极管(231)并联。
7. 根据权利要求4或5所述的一种工频变压器,其特征在于,所述的第一整流电路的输出 正端与开关体(220)的第二端子之间正向跨接一个二极管(208);第二整流电路的输 出正端与开关体(221)的第二端子之间正向跨接一个二极管(209)。
8. 根据权利要求3或4所述的一种工频变压器,其特征在于,所述开关体由MOSFET提 供,MOSFET栅极、漏极、源极分别对应开关体第一端子、第二端子、第三端子;所 述的开关体也可以使用其它元件提供,包括SCR、 IGBT、晶体管类,实现开关体功能。
9. 根据权利要求1所述的一种工频变压器,其特征在于,所述的电源变换部份,由参数 相同的两组电源变换器组成。
10. 根据权利要求1所述的一种工频变压器,其特征在于,所述的网电源输入部份变道开 关(101)和工频恢复部份变道开关(106),其转换频率为网电源频的两倍。
全文摘要
本发明涉及到一种工频变压器,它由三部分组成,包括网电源输入部分、电源变换部分、工频恢复电路,本发明是利用半导体器件、电容和电感元件所构成的变换电路来实现上述目标的。首先将网电源转换、调制为高频电波,利用高频变压器实现电气隔离、电压转换和能量传递。然后将经隔离后的高频电波恢复为与输入网电源频率一致的同态电源。本发明实现了传统工频变压器的全部功能,同时又取消了硅钢铁心,铜线使用量极少,缩小了体积,减轻了重量,实现了小型化,低成本的目标。其应用范围愈加广泛,为社会节约了大量的自然资源。
文档编号H02M5/16GK101577496SQ20091005868
公开日2009年11月11日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者刘罡麟, 虞茗畅, 富 马 申请人:成都大殷电器科技有限公司
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