CN101192806B - 一种变压器激磁周期的控制方法及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器激磁周期的控制方法及其控制电路，通过调整激磁电流上升与下降的激磁周期与放磁周期来防止线圈饱和，从变压器线圈中的激磁电流中获取检测电流，并设定放磁回归基准值，通过该检测电流判断激磁电流在放磁周期内是否下降至该放磁回归基准值，并通过该周期修正电路修正脉波控制单元的工作周期信号，直到激磁电流下降至预设的位准。

Description

一种变压器激磁周期的控制方法及其控制电路

技术领域

本发明涉及一种变压器激磁周期的控制方法及其控制电路，尤其是涉及用于调整线圈上激磁电流的激磁与放磁周期，使得激磁电流最大值无法到达线圈的激磁饱和值，以防止线圈饱和的方法及其实施电路。

背景技术

变压器与电源供应器等电力转换装置是现今社会不可或缺的产品，用途广泛且种类繁多，而其电力转换的原理其实就是变压与整流，这些虽然已经是比较成熟的技术，但利用半导体元件控制的电力转换装置仍具有进一步改进的空间。

电源供应器中也具有变压器是将市内用交流电转换为电压稳定的直流电，该变压器利用两线圈电磁感应转换电能，线圈在电路理论上相当于电感，电流经过变压器的线圈时将产生感应电流，而由楞次定律知道感应电流流经线圈时将产生外加磁场，而线圈上也会产生反向的感应磁场以抵抗该外加磁场，因而线圈上的电流变化也产生反向的感应电流，故从客观效果来看，电感线圈有阻止线圈中电流变化的特性，换言之，线圈上的电流具有“不容易改变大小的惯性”。上述的线圈特性也对现今的变压器造成困扰，请参照图1与图2，现有的电源供应器皆具有至少一脉波控制单元3来控制开关单元4，并通过控制该开关单元4的导通周期来调整流经变压器一次侧的电流，使变压器二次侧输出端(Vout)可向负载提供稳定的电压，另外，负载端通过电压反馈单元5向该脉波控制单元3提供反馈信号，当负载增加时，下降的输出电压将使脉波控制单元3延长开关单元4的导通周期，增加变压器一次侧上的电流以使二次测提供更多的电能，使大负载时线圈的平衡电流向上攀升，又因为线圈上的电流增加的速度比下降的速度快，且由于线圈上电流的“惯性”，使平均电流不易下降到原来的大小，若负载在一段时间内持续变动，突然变大的负载就会使激磁电流Im过大，超过该线圈的激磁饱和值7而造成变压器饱和，产生突波电流8，虽然现有的脉波控制单元3使用的集成电路芯片(IC)皆具有过电流保护的功能，当突波电流8一出现即关闭该开关单元4以消除突波电流8，但在那一瞬间出现的突波经过变压器线圈两端相互的感应，将在该开关单元4上产生非常高的突波电压81，对电源供应器的破坏极大。现有电源供应器的波形如图2中所示，并请同时参照图1的电路，I_Lo是二次侧输出端的电流，I_Lo平均电流向下降时代表负载减小，降到零以下代表正在回收多余能量，而向上升就代表负载变大，Vds是开关单元4中开关元件SW1两端的电位差，线圈上的激磁电流Im为流经线圈一次侧的电流，而工作周期信号Va为脉波控制单元3的输出。该脉波控制单元3输出的工作周期信号Va控制该开关单元4的两开关元件SW1、SW2交替导通，使激磁电流Im分为电流上升的激磁周期与电流下降的放磁周期，负载不断变化时，因为上述的线圈特性会产生激磁电流Im直流准位不断上升，并且因为线圈反抗电流变化导致激磁电流Im下降非常缓慢，又因为现有的电源供应器没有使该激磁电流Im下降至原先准位的机构，使得激磁电流Im在负载变动较大的几个周期内接近饱和临界，因而容易到达饱和，从而产生突波电压81，造成电源供应器中的元件损坏。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种防止激磁电流过度上升至饱和的方法，通过控制激磁电流的周期来确保激磁电流的电流最大值无法到达线圈饱和值，避免线圈饱和。

本发明包括一种变压器激磁周期的控制方法及其控制电路，通过调整激磁电流上升与下降的激磁周期与放磁周期防止线圈饱和，该控制方法包括设定变压器工作周期的手段、检测变压器变化激磁周期的手段及修正变压器放磁周期的手段，在负载增加时，电源供应器的脉波控制单元会根据负载的需要而调变出较长的变化激磁周期，而通过上述控制方法的手段可调变出接续该变化激磁周期的修正放磁周期，且该修正放磁周期持续至该激磁电流下降至预设的位准，以完全避免激磁电流过高使线圈达到饱和。

该控制电路包括电流检测电路与周期修正电路，该电流检测电路从激磁电流中获取检测电流，通过该检测电流来判断激磁电流在放磁周期内是否下降至预设的位准，并通过该周期修正电路来修正脉波控制单元的工作周期信号，直到激磁电流下降至预设的位准，进而产生修正放磁周期。

本发明通过上述变压器激磁周期的控制方法及其控制电路来调整线圈上激磁电流的激磁与放磁周期，使得激磁电流最大值无法到达线圈的激磁饱和值，从而防止线圈饱和。

附图说明

图1是现有电力驱动电路方块图。

图2是现有电力驱动电路的波形图。

图3是本发明的方块图。

图4是本发明的波形图。

具体实施方式

本发明的变压器激磁周期的控制方法用于防止变压器进入饱和状态，其实施例请参照图3的电路与图4的波形，本发明包括设定变压器工作周期的手段、检测变压器变化激磁周期的手段与修正变压器放磁周期的手段，该设定变压器工作周期的手段是用来定义该变压器的每一工作周期，该周期可分为前半周工作周期为激磁周期，可从图4中的波形得知此时激磁电流Im上升，下半周工作周期为放磁周期，此时激磁电流Im下降，每一工作周期宽度(DUTYWIDTH)相等，且每一激磁周期的激磁电流Im变化量相等，每一放磁周期的激磁电流Im变化量相等。该变压器在负载增加时，工作周期会经过脉波控制单元3调变，而延长原来的激磁周期产生变化激磁周期61，造成激磁电流Im上升较多，且放磁周期缩减以使激磁电流Im难以下降至原先位准，于是，该检测变压器改变激磁周期61的手段是根据变压器驱动后端负载的功率变化来获得该变压器的变化激磁周期61以及该变化激磁周期61的电流最大值。然后还包括修正变压器放磁周期的手段，其设定该变压器的激磁饱和值7以及放磁回归基准值9，其中该放磁回归基准值9可为0，或者在设计变压器时推算其激磁饱和值7，并在激磁电流Im最大值低于该激磁饱和值7的条件下设定该放磁回归基准值9，当负载增加导致该脉波控制单元3调变出变化激磁周期61时，利用前一步骤的变化激磁周期61的电流最大值与该放磁回归基准值9在相等常态放磁周期的激磁电流Im变化量下调变出修正放磁周期62，该修正放磁周期62用以迫使该变压器在该修正放磁周期62的电流最小值至少需达到该放磁回归基准值9时才可开始下一工作周期的激磁周期，使变压器的任一变化激磁周期61的电流最大值均未达到激磁饱和值7而确保变压器正常工作。

如图3与图4所示，本发明的控制电路包括电流检测单元1与周期修正电路2，该脉波控制单元3输出的工作周期信号Va经过该周期修正电路2而输出Vc，进而控制开关单元4而控制激磁周期与放磁周期的长度，其中该开关单元4包括第一开关元件SW1与第二开关元件SW2，该开关单元4控制电源与变压器线圈之间是否导通，由此控制激磁电流Im，该周期修正电路2的输出Vc分为高准位与低准位，该周期修正电路2的输出Vc为高准位时将使第一开关元件SW1导通、第二开关元件SW2关闭，低准位时则相反，两开关元件SW1、SW2导通的时序错开，故产生第一开关元件SW1导通的激磁周期与第二开关元件SW2导通的放磁周期，而该周期修正电路2的调变动作由该电流检测单元1控制，该电流检测单元1从激磁电流Im中利用分流回路获取检测电流Is，并通过该检测电流Is判断是否进入放磁周期，该电流检测单元1分为进入放磁周期时的第一工作状态、以及放磁周期的电流最小值到达该放磁回归基准值9的第二工作状态。在初始的工作状态下，激磁电流Im在放磁周期皆已到达该放磁回归基准值9以下，该电流检测单元1在该放磁周期内已回到第二工作状态，故该周期修正电路2不调变该脉波控制单元3的输出，该周期修正电路2的输出Vc与该脉波控制单元3输出的工作周期信号Va相同；当负载突然增加，经过该电压反馈单元5的信号使该脉波控制单元3延长原来的激磁周期而产生变化激磁周期61时，激磁电流Im因较长的激磁周期而上升至较接近激磁饱和值7的位准，而在接续该变化激磁周期61的放磁周期激磁电流Im流经第二开关元件SW2，并且该电流检测单元1测得该检测电流Is，且该检测电流Is大于该放磁回归基准值9而进入第一工作状况，该电流检测单元1持续发出高准位的修正信号Vb命令该周期修正电路2调变该脉波控制单元3输出的工作周期信号Va(被修正处如图中虚线方块)，持续维持该放磁周期，使该放磁周期得以延长，直到该检测电流Is到达该放磁回归基准值9，则该电流检测单元1进入第二工作状态，使该周期修正电路2停止调变从脉波控制单元3输出的工作周期信号Va，形成接续前一变化激磁周期61的修正放磁周期62。由此则可在该脉波控制单元3产生的变化激磁周期61后接续修正放磁周期62，使该变化激磁周期61内提高的激磁电流Im得以在该修正放磁周期62内下降至该放磁回归基准值9以下，以确保变压器的线圈不会进入饱和状态。

虽然本发明已通过优选实施例进行了上述说明，但是并不用于限定本发明，在该修正变压器放磁周期的手段中，可使接续该修正放磁周期62的下一激磁周期与常态激磁周期的周期宽度相等，也可产生信号传送至该变压器的工作周期控制源，并调变下一工作周期内激磁周期与放磁周期宽度的比例而产生修正激磁周期，或者使用元件在激磁电流Im未下降至该放磁回归基准值9以下之前阻挡该工作周期信号Va，还可将该工作周期信号Va在该放磁周期的电流最小值尚未达到该放磁回归基准值9之前导引至其它回路中，使该工作周期信号Va无法控制该开关单元4；另外，该放磁回归基准值9可通过开关元件的导通电压设定参考电位，并由该参考电位设定放磁回归基准值9的电流值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。在上述实施例中，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变压器激磁周期的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

设定变压器工作周期的手段：定义所述变压器的每一工作周期，所述工作周期可分为前半周工作周期为激磁周期，下半周工作周期为放磁周期，每一工作周期宽度相等，且每一激磁周期的激磁电流变化量相等，每一放磁周期的激磁电流变化量相等；

检测变压器变化激磁周期(61)的手段：根据变压器驱动后端负载的功率变化获得所述变压器的变化激磁周期(61)以及所述变化激磁周期(61)的电流最大值；

修正变压器放磁周期的手段：设定所述变压器的激磁饱和值(7)以及放磁回归基准值(9)，所述放磁回归基准值(9)用以限定所述变压器任一放磁周期的电流最小值至少需达到所述放磁回归基准值(9)才可开始下一工作周期的激磁周期，并以前一步骤的变化激磁周期(61)的电流最大值与所述放磁回归基准值(9)在常态放磁周期中以相等的激磁电流变化量调变出修正放磁周期(62)，使得变压器的任一变化激磁周期(61)的电流最大值均未达到激磁饱和值(7)，从而确保变压器常态运作。

2.根据权利要求1所述的变压器激磁周期的控制方法，其特征在于，接续所述修正放磁周期(62)的下一激磁周期与常态激磁周期的周期宽度相等。

3.根据权利要求1所述的变压器激磁周期的控制方法，其特征在于，接续所述修正放磁周期(62)的下一激磁周期为修正激磁周期，所述修正激磁周期的手段是产生信号传送至所述变压器的工作周期控制源，并调变下一工作周期中激磁周期与放磁周期宽度的比例。

4.根据权利要求1所述的变压器激磁周期的控制方法，其特征在于，接续所述修正放磁周期(62)的下一激磁周期为修正激磁周期，所述修正激磁周期的手段是在所述变压器的工作周期控制源后端输送工作周期信号的途中阻挡下一工作周期的信号，直到所述放磁周期的电流最小值至少达到所述放磁回归基准值(9)。

5.根据权利要求1所述的变压器激磁周期的控制方法，其特征在于，接续所述修正放磁周期(62)的下一激磁周期为修正激磁周期，所述修正激磁周期的手段是利用回路使线圈上的所述放磁周期的电流最小值尚未达到所述放磁回归基准值(9)之前不受其它电流影响。

6.一种用以实施根据权利要求1所述的变压器激磁周期的控制方法的变压器激磁周期控制电路，其特征在于，所述变压器激磁周期控制电路用于变压器一端的电力驱动电路中，所述电力驱动电路是包括电源、脉波控制单元(3)及开关单元(4)，通过所述脉波控制单元(3)及所述开关单元(4)控制所述电源的输出，以提供电流使变压器转换电能至变压器另一端线圈，利用所述变压器激磁周期的控制电路来避免所述变压器进入饱和状态，所述变压器激磁周期的控制电路是包括：

电流检测单元(1)，设定放磁回归基准值(9)，并判断变压器是否进入放磁周期与放磁周期的电流最小值是否到达所述放磁回归基准值(9)，所述电流检测单元(1)分为进入放磁周期时的第一工作状态、以及放磁周期的电流最小值达到所述放磁回归基准值(9)的第二工作状态，从激磁电流经过的途中设置分流回路获取衰减信号，以判断所述变压器是否进入放磁周期，并在放磁周期中根据所述获取的信号判断是否大于所述放磁回归基准值(9)；

周期修正电路(2)，由所述电流检测单元(1)控制其动作，且控制所述变压器的工作周期信号需经过所述周期修正电路(2)，当所述电流检测单元(1)进入放磁周期的第一工作状态时，所述周期修正电路(2)使所述变压器保持在放磁周期，直到放磁周期的电流最小值达到所述放磁回归基准值(9)，使所述电流检测单元(1)进入第二工作状态，所述周期修正电路(2)才使接续传来的剩余工作周期传送至所述变压器。

7.根据权利要求6所述的变压器激磁周期控制电路，其特征在于，所述放磁回归基准值(9)设定参考电位，且所述变压器的电流经过电阻转换为电压差与所述参考电位比较。

8.根据权利要求7所述的变压器激磁周期控制电路，其特征在于，所述放磁回归基准值(9)是通过开关元件导通的电压位准设定参考电位，且由所述参考电位转换为所述放磁回归基准值(9)。

9.根据权利要求6所述的变压器激磁周期控制电路，其特征在于，所述周期修正电路(2)在放磁周期的电流最小值尚未达到所述放磁回归基准值(9)时，使用开关元件阻挡下一激磁周期的周期信号。

10.根据权利要求6所述的变压器激磁周期控制电路，其特征在于，所述周期修正电路(2)在放磁周期的电流最小值尚未到达所述放磁回归基准值(9)时，将激磁周期的周期信号导引至其它回路。

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