专利名称：一种变流装置的制作方法
技术领域：
一种变流装置，是属半导体变流技术领域，它主要包括整流电路(1)、有源滤波电路(2)、变流开关(7)、驱动电路、启动电路(6)、谐振电感L和负载电路(5)组成，可应用于开关电源、高频感应加热、高功率因整流滤波电源、电子镇流器、超声波发生器、UPS电源，交流一交流频率变换器、交流一交流电压变换器，交流一直流电压变换器等。
现有技术的自激谐振变流，还有自激方波逆变器的振荡开始需要靠设置的一个较复杂的专门启动电路，且要消耗一部分功率，有的甚至突出，考虑进一步简化电路和降低成本，有必要研究解决；另外上述两类变流(实质可称一类，当谐振变流器的谐振电容取值较大时，就成方波逆变器)相对实用存在一个软启动和驱动与调整不能兼容统一的问题，现有技术多为降压软启，还有延时软启，而驱动与导电角的调整控制是不同的电路完成，这些有的是线路复杂，有的是性能欠佳，为了达到高性价格比，也有必要研究；另外上述变流对许多应用需要有过流、过压和短路保护功能，已有技术有的是使用可控硅且需设置维持电路，使状态维持，也造成电路复杂，特别是小价格产品不允许；另外上述变流的整流滤波部分，已有技术有的采用有源滤波，但需要复杂或昂贵的控制电路，这特别是对许多小价格产品难承受，故也需研究。
为此本实用新型技术是争对上述诸问题而提出的，主要实现了自激振荡谐振变流和自激振荡方波变流的启动，对变流开关的驱动和导电角调整统一、软启动、过流、过压保护和提高功率因数和降低电流谐波的新方法和新方法所至的结构，可适用于开关电源、高频感应加热、高功率因数整流滤波电源，日光灯或气体放电灯电子镇流器、超声波发生器、UPS电源，交流一交流频率变换器、交流一交流电压变换器、交流一直流电压变换器等。
以下结合附图对本技术作原理、结构、实施说明。
附
图1是半桥式自激振荡谐振变流为例的电路原理图。
附图2是图1的调整驱动和软启动控制部分的电路图。
附图3是图1的过流、过压保护控制的电路图。
附图4是图1的简易软启动电路图。
在附图1中启动电路(6)是传统方法的一种，当然还有别的方法，特别是自激振荡方波变流，这里仅以此为例说明，电路(6)是把电阻22与电容21串联并接在电源B、D两端，其串接点分别接一个二极24到变流开关11与12的串接点S，接一个触发二极管23到12的基极或控制极。本技术是去掉这个电路以及别的启动电路，而仅仅是把供电电源的一根或二根引线穿过或绕1匝或多匝于驱动变流开并的变压器磁芯或驱动兼控制变压器的控制磁芯(如下述)就可构成启电路，实施工艺则是把穿绕的引出线一部分排在印制板上。这样并不多增一分钱就行。其原理是利用开机时电源对电容充电产生的尖峰触发变流开关。那么另外的方法还有将电源对电容的充电回路的任意一点切断，用半匝或一匝或多匝穿绕在驱动变压器磁芯上的线圈接通被切断的两点作为启动电路。这个方法也适于自激振荡方波变流器或逆变器，不过有许多驱动变压器就是输出变压器，这时只要穿绕在输出变压器磁芯上就可。
再述叙驱动、调整驱动、软启动、保护的兼容器件。电路(7)是变流开关电路，由开关元件11和12串联而成，其串联点为S，是主振荡电流的输出端，11的电流输入为B，12的电流流出端为D，B、D是电源的正负极。这是半桥变流的半桥开关结构，以对开关元件11与12的驱动、软启动、保护控制为例说明从负载回路或反射负载回路取出一部分能量对变流开关驱动的方法特别是兼容了软启、保护和对变流开关导电角调整驱动控制方法的说明，也适于半桥方波自激振荡变流和全桥方波自激振荡变流和单管自激方波变流或推挽自激方波变流和全桥式谐振自激变流的驱动、输出电流、电压调整驱动即变流开关导电角的调整驱动、软启、保护。在一个三芯柱磁芯或铁芯称EI，它可由EI型、EE、双孔型和两个单环磁芯合并成双孔型和两个C型合并成双孔型构成，在它的公共磁路芯上或中芯柱磁芯上绕次级绕组N3和N4接入变流开关的输入回路构成分别对变流开关11和12的驱动，还在EI的一个令为甲独立磁路芯上绕一个初级绕组N1和一个控制绕组N6，还在EI的另一个令为乙独立磁路芯或控制磁芯上绕一个初级绕组N2和控制绕组N5，然后把N1和N2串联并使其在公共磁路芯上产生的磁通相反，这样就构成了一个驱动且能兼容启动、变流开关导电角调整驱动、软启动、保护的多种控制的变压器，其中N6可作为过流、过压的停振保护和选通控制和键控控制，而N5则可作为软启动或变流开关导电角调整控制或适用于日光灯或气体放电灯的电子镇流的预热启辉控制，而此结构的变压器初次级也可颠倒使用，原初级增加一组，选N3或N4作初级。其原理为通过吸收N5上的能量就可相当于改变N1与N3、N4的匝数比，从而振荡的频率就会变化，即导电角得到调整控制，输出电流、电压就会随之变化，只要使吸收元件受输出电流或电压的取样比较误差信号控制就可以成为开关流、压电源或UPS电源或交流一交流频率或电压变换或限流、限压等多样控制；只要把吸收元件由一个渐变的电压(可由积分延时电路或积分放大器或具有峰值保持的锯齿扫描电压产生)控制就可实现软启动或适用于电子镇流的预热启辉。N1与N2串联可串入谐振电流主回路或方波逆变主振荡电流回路或负载电流回路或反射负载电流回路中，也可并接在谐振电感L的次级绕组上，或输出变压器的一组次级绕组上。上述驱动兼控制变压器实质是由两个变压器合并成的，那么可以分开就成了另外一种方法特征，此时，其中一个变压器的初级线圈N01和控制线圈N03(为驱动变压器的)代换原N1和N6，而次级线圈是N02，另外一个变压器的初级线N11和控制线圈N13(为控制变压器)代换原N2与N5，而次级线圈是N12，把N02与N12反相串联就可代换原N4或N3，构成对变流开关的驱动。对于全桥变流开关驱动，只须增绕两个次级线圈接至另一个半桥开关的输入回路即可。还可应用于三相变流。上述颠倒使用，还可将N3或N4与Nx串联作初级，Nx是绕在甲或乙磁路芯上的调整线圈。
S点串N1与N2再串谐振电感L到P点再串负载电路(5)到Q点构成谐振回路的一部分。负载电路(5)可以直接接阻性负载、感应加热线圈、日光灯管或气体放电灯和附属旁路电容、输出变压器其中之一。当应用于开关电源时只须将输出变压器次级整流滤波的直流电压或电流经取样比较放大控制N5或N13的吸收元件(下述的X端)就可；当应用于高功率因数整流滤波电源时，输出变压器也可是自耦变压器，其次级整流滤波输出，或其次级接在下述的Q、R间，在H、K点间输出直流；当应用于超声波发生器时，输出变压器可以用换能器代替，也可将换能器接在输出变压器的次级上；当应用于UPS电源与开关电源相同，只是比较信号为正弦波，而输出电压是把输出变压器次级进行变极整流滤波就行；当应用于交流一交流频率变换器时，与UPS电源同，但只须将比较信号的频率改变就行，当应用于交流一交流电压变换器时与UPS电源同，只须将比较信号的幅值改变就行，当应用于交流一直流电压变换时，与开关电源相同则，但可省去控制环节。这些应用中对变流开关的驱动方法还可参见谐振变流自应变控制方法的其它驱动控制方法。
下述有源滤波。与负载电路(5)串联的回路可以称负载回路或反射负载回路，将偶次二倍压整流滤波电路(4)的两交流输入端Q和R与电路(5)串联，H、K是电路(4)的直流输出端，分别接二极管13、14到有源滤波电路(2)输出B、D点，在B、D间接串联电容15、16，其串接点为M，然后在R与M间接互感器BP的初级线圈，BP的次级线圈为NP，从这个特定的电路结构中，NP可输出作为电路(2)输出电压的调整控制信号。
电路(1)是整流电路，a、b两点是电源的输入端C、D两点是直流输出端。电路(2)主要由单管间歇自激振荡器组成，也可以由推挽变换、半桥和全桥式方波变流或谐振变流组成(这里不详述)。在C点接电路(2)的直流输出滤波电容18到B点，电容17一端接D点一端接电路(2)的基极线圈，为输入回路耦合电容，将放大元件25并接在17的两端或串接在电路(2)的变流开关的基极回路，25的控制极接整流滤波电路3的直流输出端，而电路(3)的交流输入端接NP。原理为电路(1)经电路(2)的电感、整流元件到B，经11到S点，经N1、N2、L、电路(5)、到Q点，经电路(4)到R，经BP到M，经16到电路1的D点，完成1／2周期振荡，接着振荡电流从C到B经M、R、Q、P、S、到D点完成1／2周期振荡，这是电源峰值区的情况，电路(4)的滤波电路充电储能，NP有信号输出使电路(2)的频率极低，或其脉宽极窄，甚至停振，滤波电容18上的电压可略。当供电源电压下降和在谷值区，由于H、K间的电压比B、D间高，振荡电流不经BP，NP无信号，则电路2的频率或脉宽剧增，18上有电压并与C、D间电压串联，立即有B、D间电压比H、K间高，振荡电流又经BP，如此反复实现了有源滤波。去掉电路2，短接BP可构成简易的应用。
在电路(1)的交流输入端a或b分别接一个电容到其直流输出端C和D就构成了全波整流与偶次2倍压整流兼容，或者在B、D间接两个电容串联，其串接点与a或b连接构成的结构应适于110V－130V的供电电源。
下述软启动控制。如图2所示N5或N13还可抽出中心T1以适于两个半波整流构成的全波整流，本例电路(20)是桥式全波整流，两交流输入端接N5或N13，其两直流输出端接开关元件或放大元件30的主电流流入出端，30的控制端为X，构成把对N5或N13的终端控制转化为对30的控制必要结构。30可为三极管、场效应管、可控硅，光电耦合器等可做放大或开关的元件。简易应用时可是热敏电阻、模拟渐变电阻、积分放大器，延时放大器等。30对N5或N13的能量吸收。
在谐振电感L或负载电路(5)的输出变压器上绕取样次级线圈或者将主振荡电流回路或负载回路的电流传感信号加入整流滤波电路(50)的交流输入端E和F点，而50的两直流输出端接积分延时放大器40，其输出端接X构成产生对X端控制的渐变信号的电路结构，从而实现软启动或应用于电子镇流的预热启辉。积分放大器40的放大元件可以是三端半导体放大元件，也可以是集成运算放大器，它们的输入控制端可以另外与灯管状态识别变压器的输出信号整流直流信号连接，构成预热完毕工作电流加速进入稳定状态的加速电路，50的输出端经积分延时，还可与CN94206936.6所述的Ky的输入端对接。
如图4所示，实现上述性能还可把控制线圈N5或N13的引出端接全波整流器60的交流输入端，60的两直流输出端接一个电阻Rg与一个电容Cg构成积分电路，可控硅SCR的触发元件201和射极跟随放大元件BG的基极或栅极同接于Rg与Cg的连接点，Re为BG的射极或源极电阻，其一端与SCR的阴极连接于Cg的另一端即60的一直流端，BG的漏极或集电极与SCR的阳极同接于Rg的另一端即60的的另一直流端，构成软启动或预热启辉电路。必须指出为了建立一个初始振荡电流在图2中20和图4中的60两直流输出端必须并接一个电阻或阻容电路。应用于开关电源以及其它类似开关电源有控制环节的其它应用由于有自动控制功能，则可免去软启控制。
下述停振保护控制，如图3所示。控制线圈N6或N03的两引出端接整流器21，可以是全波整流，也可以是半波整流，N6或N03有中心轴头T2，便于接工管全波整流，21的直流输出两端分别接开关元件22的电流流入，流出端，g为22的控制极，把50的直流输出信号或其它取样过流过压信号经过电阻或阀值击穿元件与g连接就构成了实现过流、过压保护电路。用方波振荡器的输出信号或其它选通控制信号与g连接，就可构成键控或选通控制。其原理为22导通，N6或N03的能量被吸收，相当于驱动变压器被短路，无信号驱动导致停止振荡。开关元件22可以是三极管、场效应管、可控硅，还可以是继电器，热敏开关、光敏开关、、磁控开关等以适于多种自动控制。
权利要求1.一种变流装置主要由整流电路(1)、有源滤波电路(2)、变流开关(7)、驱流动电路、启动电路(6)、潜振电感L和负载电路(5)组成，其特征在于a.将变流装置的交流供电电源穿过或穿绕在驱动变压器磁芯，或驱动兼控制变压器的控制磁芯，构成启动电路；b.在一个三芯柱磁芯或铁芯E1的公共磁路芯柱上绕次级绕组N3和N4接入变流开关的输入回路构成分别对变流开关11和12的驱动，且在EI的甲独立磁路磁芯上绕一个初级绕组N1和一个控制绕组N6，还在乙独立磁路芯上绕一个初级绕组N2和控制绕组N5，然后把N1与N2串联并使其在公共磁路芯上产生的磁通相反，构成一个启动、驱动和对变流开关导电角调整驱动和软启动和保护相兼容的控制变压器，其中N6可作为过流，过压的停振保护和选通控制和键控控制，而N5则可作为软启动控制或变流开关导电角调整控制或用于电子镇流器的预热启辉控制，而此结构的变压器初次级也可颠倒使用，N3或N4串接Nx也可作初级；c.在负载回路或反射负载回路串接偶次二倍压整流滤波电路(4)的两交流输入端Q和R，H、K是电路(4)的直流输出端分别接二极管13、14到有源滤波电路(2)的输出端B、D点，在B、D间接串联电容15、16，其串接点为M，然后在R与M之间接互感器BP的初级线圈，BP的次级绕组为NP，从这个特定的电路结构中，NP可输出作为有源滤波输出电压的调整控制信号。
2.如权利要求1所述的变流装置，其特征在于还可将电源对电容的充电回路的任意一点切断，用半匝或一匝或多匝穿绕在驱动变压器磁芯上的线圈接通被切断的两点作为启动电路。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于N1与N2串联可串入主谐振电流回路或方波逆变主振荡电流回路或负载电流回路或反射负载电流回路中，也可并接在谐振电感L的次级绕级上或输出变压器的一组次级绕组上。
4.如权利要求1所述的变流装置，其特征在于在一个变压器磁芯上绕初级线圈N01和次级线圈N02和控制线圈N03构成驱动变压器，且在另一个压器磁芯上绕初级线圈N11和次级线圈N12和控制线圈N13构成控制变压器，然后把N01与N11串联再串入谐振变流或方波逆变的主振荡电流回路或负载电流回路或反射负载电流回路中，也可并接在谐振电感L的次级绕组上或输出变压器的一组次级绕上，然 把N02和N12反相串联所得的迭加信号接入变流开关的输入回路构成对变流开关的驱动，这样所构成的结构中，N03就可作为过流、过压停振保护控制或选通控制线圈，而N13就可作为软启动控制或限流限压控制或用于电子镇流的预热启辉控制。
5.如权利要求1和4所述的变流装置，其特征在于控制线圈N5和N13的输出端接全波整流器20的交流输入端，20的直流两直流输出端接开关元件或放大元件30的主电流流入流出端，30的控制端为X，构成把对N5或N13的控制转化为对30的控制的必要结构。
6.如权利要求1所述的变流装置，其特征在于在谐振电感L或负载电路(5)的输出变压器上绕取样次级线圈加入整流滤波电路(50)的交流输入端e和f，而50的两直流输出端接积分延时放大器40，其输出端接30的控制端X构成产生对X端控制的渐变信号的电路结构，50的输出信号经积分延时还可与Ky的输入端对接，从而实现软启动或应用于电子镇流的预热启辉。
7.如权利要求1和4所述的变流装置，其特征在于控制线圈N5或N13的引出端接全波整流器60的交流输入端，60的直流两输出端接一个电阻Rg与一个电容Cg构成积分电路，可控硅SCR的触发元件201和放大元件BG的基极或栅极同接于Rg与Cg的连接点，Re为BG射极或源极电阻，其一端与SCR阴极连接于Cg的另一端即60的一直流端，BG的漏极或集电极与SCR的阳极同接于Rg的另一端即60的另一直流端，构成软启动或预热启辉电路。
8.如权利要求1所述的变流装置，其特征在于在整流电路(1)的交流输入端a或b分别接一个电容到其直流输出端C和D，或者在有源滤波电路2的直流输出端B、D间接两电容串联，其串联点与a或b连接构成的结构就适于110－130V的供电电源。
9.如权利要求1和4所述的变流装置，其特征在于控制线圈N6或N03的两端接整流器21的两交流输入端，21的直流输出两端分别接开关元件22的电流流入、流出端，g为22的控制极，把50的直流输出信号或变流装置的其它取样过流过压信号经过电阻或阀值击穿元件与g连接，或用方波振荡器的输出信号与g连接，就可构成实现过流、过压保护或键控选通变流。
10.如权利要求6所述的变流装置，其特征在于积分延时放大器40的放大元件可以是分立三端放大元件，也可以是集成运算放大器，它们的输入控制可另外与灯管状态识别变压器的输出信号的整流直流信号连接，构成预热完毕工作电流加速进入稳定状态的加速电路。
专利摘要一种变流装置，属半导体变流技术领域，主要解决变流振荡的启动、软启动、变流开关的驱动与导电角的调整统一、过流过压保护、和功率因数和电流谐波的问题，可应用开关电源、高频感应加热、高功率因数整流滤波电源、电子镇流器、超声波发生器、UPS电源、交流-交流频率变换器、交流-交流电压变换器、交流-直流电压变换器。
文档编号H02M7/538GK2199636SQ9420582
公开日1995年5月31日 申请日期1994年3月29日 优先权日1994年3月29日
发明者许天昀 申请人:许天昀