CN103516035B - 一种电源变压器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电源变压器及其控制方法，该电源变压器包括：与输入端连接的整流滤波电路，用于对输入电源进行整流滤波，获得直流源；与所述整流滤波电路的第一路输出端连接的脉冲自动控制电路，用于对向多级段充电路输入的直流源进行开关控制；与所述整流滤波电路的第二路输出端连接的采样信号处理电路，用于控制所述多级段充放电电路的充放电；与所述整流滤波电路的第三路输出端连接的多级段充放电电路，用于根据所述采样信号处理电路的控制向负载提供所需的电源。该电源变压器具有价格低、体积小、无电磁干扰、电网无污染、功率因数高、大功率输出易实现、升压降压输出设计容易、寿命长等优点。

Description

一种电源变压器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电源领域，尤其涉及一种电源变压器及其控制方法。

背景技术

目前电源变压器主要有三种类型。一种是电磁感应式线圈变压器（简称电感式变压器），它的工作原理是利用电磁场感应产生的感应电动势原理，根据感应电动势初级和次级线圈绕在同一磁体上，电势的大小由线圈匝数多少和频率高低这一原理，计算线圈匝数电压的比值来实现交流电压变压。但是其缺点也很明显：体积大、电能转换效能低（磁涡流损耗大）、电磁污染、功率因数低、噪声大、制造成本高、安装使用不方便、寿命短、工作温度高、过压过流保护差、不能稳压等。

第二种为高频电子开关式电源变压器（简称开关电源变压器），它的基本工作原理是利用超声波频率设计而成，众所周知产生电动势的大小由初级频率高低和匝数比来决定的，根据这一原理可实现小体积输出功率大的电源变压器，一般在1-3000瓦以下使用，它的缺点是：电磁波干扰大、生产工艺复杂、工作可靠性差、电转换效能一般70-80%、制造成本高、工作温度高、寿命短（开关采用半导体开关管，工作时产生的反峰电压和电流容易击穿开关晶体管）、纹波大（非正弦波脉宽调制工作方式）、电源污染大、大功率输出不易设计、电路结构设计复杂、安装使用不方便等。

第三种是压电陶瓷变压器（陶瓷式电源变压器），该产品工作原理是石英晶振方法，由于石英体制成有压电效应，当晶体两端加上一定的电压时，晶体内部会产生一定的机械应力变化，同时在晶体另一端会产生一定的电能变化，它是把电能转换成机械能，再有机械能变换成电能来实现电源变压的一种方式，也是一种用高频振荡原理来完成，根据这一原理设计出不同升压和降压的一种变压器。它的缺点是：制造晶振工艺高、配套设计工艺复杂、生产成本高、有电磁干扰和电磁污染、使用中抗击性能差、寿命短、大功率输出很难制造、价格高、降压输出很难实现等，目前在市场普及率很低。

综上所述可知，在现有技术中的电源变压器存在造价高、大功率输出难实现、使用寿命短、工作可靠性差、电能转换效率低、功率因数低、电磁污染大、配套工艺设计难、使用不方便等缺点。

为了克服现有的电源变压器，本发明提供一种新型结导式电子电源变压器，该结导式变压器是一种自动调压和稳压、自动过流过压保护及能恒压恒流的电子控制电路，它没有电磁振荡电能转换过程、也没有电能和机机械能交换，它具有价格低、体积小、无电磁干扰、电网无污染、功率因数高90以上、节能明显（电转换效率90%以上）、工作温度低、重量轻、设计配套容易、大功率输出易实现、升压降压输出设计容易、寿命长（50000小时以上）是目前LED配套电源变压的理想产品、特别是LED电源提供难的一大突破、安全性能高、自动恒压恒流性能高、噪声低、操作简单等优点。

发明内容

为了克服现有的电源变压器的缺点，本发明实施例提供了一种新型的电源变压器。

本发明实施例公开了一种电源变压器，包括：与输入端连接的整流滤波电路，用于对输入电源进行整流滤波，获得直流源；与所述整流滤波电路的第一路输出端连接的脉冲自动控制电路，用于对向多级段充放电电路输入的直流源进行开关控制；与所述整流滤波电路的第二路输出端连接的采样信号处理电路，用于控制所述多级段充放电电路的充放电；与所述整流滤波电路的第三路输出端连接的多级段充放电电路，用于根据所述采样信号处理电路的控制向负载提供所需的电力。

其中，所述脉冲自动控制电路包括可控硅开关和所述可控硅开关的控制电路，所述可控硅开关连接在所述整流滤波电路与所述多级段充放电电路之间。

所述多级段充放电电路包括由电容和二极管串联组成的多级回路。

所述采样信号处理电路还包括调压电路，所述调压电路与所述多级段充放电电路连接，用于调整所述多级段充放电电路的输出电压。。

所述电源变压器还包括与所述整流滤波电路的第四路输出端连接的低压调整电路，用于为所述采样信号处理电路提供工作电源。

本发明实施例还提供了一种电源变压器控制方法，用于如上所述的电源变压器中，所述方法包括：

输入端输入电流源，所述电流源通过所述整流滤波电路整流后输出直流源；

所述脉冲自动控制电路控制所述直流源导通，向所述多级段充放电电路进行充电，并当所述多级段充放电电路充满电后，控制所述直流源断开从而结束向所述多级段充放电电路充电；

所述采样信号处理电路根据采集信号获得所述多级段充放电电路的充放电状态，并根据所述充放电状态控制所述多级段充放电电路向所述负载放电，并在放电结束后通过脉冲自动控制电路控制所述直流源的导通以便向所述多级段充放电电路进行充电，形成周而复始的充放电循环。

其中，所述采样信号处理电路还包括调压电路，所述调压电路与所述多级段充放电电路连接，所述方法还包括：

当所述输入电流源过低时，所述调压电路调整所述多级段充放电电路的级数，以降低所述多级段充放电电路的输出电压。

所述调压电路包括与所述多级段充放电电路中的一级或多级充电回路并联的三极管，所述调压电路调整所述多级段充放电电路的级数，以降低所述多级段充放电电路的输出电压包括：

控制所述三极管饱和导通，以短路其并联的一级或多级充电回路。

本发明实施例中的电源变压器采用一个多级充电电路实现电压转换，没有电磁振荡电能转换过程、也没有电能和机械能交换，因而具有价格低、体积小、无电磁干扰、电网无污染、功率因数高、大功率输出易实现、升压降压输出设计容易、寿命长等优点。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1是本发明实施例中的电源变压器的一个具体组成示意图；

图2是本发明实施例中的电源变压器的第二个具体组成示意图；

图3是本发明实施例中的电源变压器的第三个具体组成示意图；

图4是本发明实施例中的电源变压器控制方法的一个具体流程示意图；

图5是本发明实施例中的电源变压器的一个具体电路示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中提出电源变压器是一种新型结导式电子电源变压器，是一种自动调压和稳压、自动过流过压保护及能恒压恒流的电子控制电路，它没有电磁振荡电能转换过程、也没有电能和机机械能交换，因而其价格低、体积小、无电磁干扰、电网无污染、功率因数高（可达90以上）、节能明显（电转换效率90%以上）、工作温度低、重量轻、设计配套容易、大功率输出易实现、升压降压输出设计容易、寿命长（50000小时以上）。非常适用于作为LED（Light-Emitting Diode，发光二极管）配套电源变压，是LED电源提供的一大突破。

本发明实施例中的电源变压器基于如下原理工作：采用集不同数量的电容和二极管来实现串联充电-并联放电或并联充电-串联放电输出，实现降电压或升电压的目的。

如图1所示为本发明实施例中的一种电源变压器的一个具体组成原理图。所述电源变压器包括：与输入端连接的整流滤波电路1，用于对输入电源进行整流滤波，获得直流源；与所述整流滤波电路1的第一路输出端连接的脉冲自动控制电路2，用于对向多级段充放电电路3输入的直流源进行开关控制；与所述整流滤波电路1的第二路输出端连接的采样信号处理电路4，用于控制所述多级段充放电电路3的充放电；与所述整流滤波电路1的第三路输出端连接的多级段充放电电路3，用于根据所述采样信号处理电路4的控制向负载提供所需的电力。

其中，所述脉冲自动控制电路2可包括可控硅开关和所述可控硅开关的控制电路，所述可控硅开关连接在所述整流滤波电路与所述多级段充放电电路之间。当然，所述可控硅开关也可以为开关三极管、场效应管。继电器等具有开关控制功能的元件。

所述多级段充放电电路3可包括由电容和二极管串联组成的多级回路。

所述采样信号处理电路4还可包括调压电路，所述调压电路与所述多级段充放电电路连接，用于调整所述多级段充放电电路的输出电压。具体的，所述调压电路包括与所述多级段充放电电路中的一级或多级充电回路并联的三极管。

进一步的，如图2所示，所述电源变压器还包括连接在所述多级段充放电电路3和负载之间的三端稳压器5；连接在所述整流滤波电路与输入端之间的过压过流保护电路（图中未示）。该过压过流保护电路可以为过流保险管等。

如图3所示，电源变压器还可包括与所述整流滤波电路1的第四路输出端连接的低压调整电路6，用于为所述采样信号处理电路4提供工作电源。

相应的，本发明实施例还提供了一种电源变压器控制方法，其用于如上述实施例所描述的电源变压器中。如图4所示，该方法包括：

101、输入端输入电流源，所述电流源通过所述整流滤波电路整流后输出直流源。所述输入电流源可以是交变电源,如220V市电,也可以是直流电源。

102、所述脉冲自动控制电路控制所述直流源导通，向所述多级段充放电电路进行充电，并当所述多级段充放电电路充满电后，控制所述直流源断开从而结束向所述多级段充放电电路充电。

103、所述采样信号处理电路根据采集信号获得所述多级段充放电电路的充放电状态，并根据所述充放电状态控制所述多级段充放电电路向所述负载放电，并在放电结束后通过脉冲自动控制电路控制所述直流源的导通以便向所述多级段充放电电路进行充电，形成周而复始的充放电循环。

其中，当采样信号处理电路包括与所述多级段充放电电路连接的调压电路时，所述方法还包括：

104、当所述输入电流源过低时，所述调压电路调整所述多级段充放电电路的级数，以降低所述多级段充放电电路的输出电压。具体的，若所述调压电路包括与所述多级段充放电电路中的一级或多级充电回路并联的三极管，则本步骤包括：当所述输入电流源过低时，控制所述调压电路的三极管饱和导通，以短路其并联的一级或多级充电回路。

以下通过具体电路结构进一步说明本发明实施例中公开的电源变压器原理及其工作方式。

如图5所示，为采用7级段串联充电电路的电源变压器原理图，该电路原理为一个降压型原理图。图中：R为电阻、D为二极管、Q为三极管，T1为可控硅（也可为开关三极管、场效应管、继电器等）、RT为负载（如，为LED灯泡）、C为无极电容、CPU为处理器、W7815为三端稳压器、W为稳压二极管、SA为过流保险管。

工作时，当电源电流通过整流后的直流经可控硅T1（或开关晶体管和电磁开关）向串联在一起的多级段电容组（即，由C1-D17-C2-D16-C3-D18-C4-D19-C5- D20-C6-D9-C7组成的7级段串联电容和二极管构成的回路）进行充电，通过一定的时间级段电容组充满电后，当可控硅阴、阳极两端电位达到平衡时可控硅自动关断，以上充电结束。当CPU处理器通过信号采集后，由CPU处理器第4脚输出一个高电平，因为CPU处理器第4脚连接在Q6三极管基极，Q6三极管发射极和集电极得电饱和导通，这时多级段电容组由并联放电输出二极管通过Q6三极管发射极和集电极向负载同时放电，当级段电容组并联放电输出二极管放完级段电容组的电能时，由CPU处理器第4脚输出一个低电平从而使Q6三极管关闭，此时放电结束。

当放电结束后，由CPU处理器第9脚输出一个低电平，因处理器第9脚连接的Q4三极管基极因失电而关断，当Q4三极管关断时可控硅触发极得电使可控硅阴、阳极触发导通向级段电容组再次充电，当级段电容组再次充满电关断后，CPU处理器第4脚再次输出高电平级段电容组得到再次进行放电，形成周而复始的充电—放电—充电循环。

具体的，参见图5，当将220V交流（AC）电源接入到电源变压器时，电源电流通过SA保险管提供向DX4（整流器）提供全桥整流电压和电流，由DX4全桥整流后得到一个+300V左右的脉动全波直流源，该直流源通过C-R组成的滤波电路简单滤波后，一路经D2到R6-R3，由R3另一端连接Q3集电极，R6的另一端通过R4流向Q3基极，使Q3得电导通，Q3导通后电流由发射极输出经R1给可控硅触发极（T1）提供一个触发脉冲电流，由于可控硅阳极是连接在DX4全桥整流后+300V接点上，当T1导通后电流从阳极由T1阴极流向D1，通过D1二极管电压电流向C1-D17-C2-D16-C3-D18-C4-D19-C5-D20-C6-D9-C7组成的7级段串联电容和二极管构成的回路进行充电。

DX4全桥整流后的第三路经R12到Q7，该部分电路为低压调整电路，可向CPU提供+5V。

DX4全桥整流后的第四路经R17到Q1基极和Q2集电极，由Q2-Q1-R17- R16-R18-R19和CPU第13脚组成隔离放电电路。

当T1向7级段电容充电时，由CPU第13脚输出高电平Q2基极得电导通，Q2集电极通过发射极对地，使Q1基极电为0，Q1关闭；当T1向7级段电容充满电关断时， CPU第13脚输出低电平和14脚输出高电平时，Q1和Q6同时打开后，由D15-D14-D13-D12-D11-D10并联输出端的二极管经C9-W7815-RT-Q6通过地到D3-D4-D5-D6-D7-D8进行放电回路放电，低压合并放出的电经C9正极端通过W7815稳压后向负载供电，第一周期7级段串联充电和并联输出放电结束 ，在C9 两端得到30~40V的低压电源，经W7815稳压后提供给负载RT。

当第一个充放电结束后，通过CPU确定充放电第一周期结束后，由CPU的第9脚提供一个低电平，Q4对地关闭，Q3基极得电，Q3打开，这时可控硅（T1）触发极触发导通，第二次周期充电开始，当7级段串联电容充满电后 ，T1关闭Q1和Q6再次打开进行第二周期并联放电，负载RT再次得电工作，从而形成周而复始不间断充放电工作。

同时，由Q5-R20和CPU第8脚构成的市电调压电路，当市电压（或称输入电压）过低时，由CPU处理器第8脚和R20-Q5三极管组成调压电路。Q5三极管集电极和发射极分别连接在未级段电容组两端形成并联方式。

它的工作原理是当市电压过低时由Q5三极管导通形成短路，使级段电容组有7段变成6段（或5段等，如，Q5三极管集电极和发射极分别连接在未2级段电容组两端）来实现自动调压结果。当市电压过低时CPU处理器采样处理后由第8脚输出高电平Q5三极管饱和导通进行短路跳级对地，从而有7级段电容组变成了6级段电容组充放电来达到调压目的。

进一步的，本发明实施例中的7级段充电电容的大小决定输出电流的功率大小，如果者需要更低的电压，可增加集容式7级段充电电容的级段数，比如8级段、9级段、10级段、……、n级段充电电容等等，反之减少级段数会升高电压输出。

通过上述实施例描述可知，本发明实施例中的电源变压器电路工作原理简单，通过多级段充放电电路实现变压，同时，通过设置调压电路还可以在工作过程中调整输出电压，提高了电路的灵活性。电路中没电解电容，没有电磁线圈不产生电磁干扰和浪涌电压和电流，大小功率输出设计容易实现（特别是大功率设计输出难的问题），功率因数高（它工作在正弦波分频充电式），它配套设计时可集成化，解决了多年来大体积的困扰，增加了使用性和可靠性，它比常规型电源变压器更节能因为它没磁涡流损耗，所以工作温度比较低又节能，同时增加它使用寿命和性价比，又因为它工作时不会产生内振荡和外内干扰，所以它使用寿命得到了很大的提高，

以上电路用电子器件简单而数量少，每个电子器件价格低市场又很普及和质量稳定，故而制造容易，生产成本比较低，电路工作时可靠性得到了很大的提高等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源变压器，其特征在于，所述电源变压器包括：

与输入端连接的整流滤波电路，用于对输入电源进行整流滤波，获得直流源；

与所述整流滤波电路的第一路输出端连接的脉冲自动控制电路，用于对向多级段充放电电路输入的直流源进行开关控制；

与所述整流滤波电路的第二路输出端连接的采样信号处理电路，用于控制所述多级段充放电电路的充放电；

与所述整流滤波电路的第三路输出端连接的多级段充放电电路，用于根据所述采样信号处理电路的控制向负载提供所需的电力；

所述采样信号处理电路还包括调压电路，所述调压电路与所述多级段充放电电路连接，用于调整所述多级段充放电电路的输出电压。

2.如权利要求1所述的电源变压器，其特征在于，所述脉冲自动控制电路包括可控硅开关和所述可控硅开关的控制电路，所述可控硅开关连接在所述整流滤波电路与所述多级段充放电电路之间。

3.如权利要求1所述的电源变压器，其特征在于，所述多级段充放电电路包括由电容和二极管串联组成的多级回路。

4.如权利要求1-3任一项所述的电源变压器，其特征在于，所述调压电路包括与所述多级段充放电电路中的一级或多级充电回路并联的三极管。

5.如权利要求4所述的电源变压器，其特征在于，所述电源变压器还包括与所述整流滤波电路的第四路输出端连接的低压调整电路，用于为所述采样信号处理电路提供工作电源。

6.如权利要求5所述的电源变压器，其特征在于，所述电源变压器还包括连接在所述多级段充放电电路和负载之间的三端稳压器。

7.如权利要求6所述的电源变压器，其特征在于，所述电源变压器还包括连接在所述整流滤波电路与输入端之间的过压过流保护电路。

8.一种电源变压器控制方法，其特征在于，用于如权利要求1至7中任一项所述的电源变压器中，所述方法包括：

输入端输入电流源，所述电流源通过所述整流滤波电路整流后输出直流源；

所述脉冲自动控制电路控制所述直流源导通，向所述多级段充放电电路进行充电，并当所述多级段充放电电路充满电后，控制所述直流源断开从而结束向所述多级段充放电电路充电；

所述采样信号处理电路根据采集信号获得所述多级段充放电电路的充放电状态，并根据所述充放电状态控制所述多级段充放电电路向所述负载放电，并在放电结束后通过脉冲自动控制电路控制所述直流源的导通以便向所述多级段充放电电路进行充电，形成周而复始的充放电循环。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述采样信号处理电路还包括调压电路，所述调压电路与所述多级段充放电电路连接，所述方法还包括：

当所述输入电流源过低时，所述调压电路调整所述多级段充放电电路的级数，以降低所述多级段充放电电路的输出电压。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调压电路包括与所述多级段充放电电路中的一级或多级充电回路并联的三极管，所述调压电路调整所述多级段充放电电路的级数，以降低所述多级段充放电电路的输出电压包括：

控制所述三极管饱和导通，以短路其并联的一级或多级充电回路。