CN1140530A - 具有电子变压器的可调电源单元 - Google Patents

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Abstract

具有“电子变压器”的可调电源单元，该变压器初级侧为变压器电源电压输入端，次级侧为具有较高频率分量的交流工作电压的输出端，用于一个负载和具有可变电阻元件的控制设备，用此可变电阻元件可以调节交流工作电压。具有感性或容性的耦合元件，用于耦合交流工作电压较高频率分量。此交流工作电压作为输入电压分别引入第一整流电路和第二整流电路。在一个放大器—比较器—电路上第一整流电路的输出电压作为其电源电压。额定值发生器电路与第一整流电路和放大器—比较器—电路相连。用此额定值发生器电路可以调节交流工作电压的额定值。由第二整流电路的输出电压导出一个实际值并且送入放大器—比较器—电路，在其输出端可以取出误差信号，一个晶体管构成可变电阻元件并且用放大器—比较器—电路的误差信号加以控制。

Description

具有电子变压器的可调电源单元
本发明涉及一种具有电子变压器的可调电源单元，如权利要求1的总构思所述。
电子变压器近几年来已有市售。一个“电子变压器”主要包括如下部件。第一个部件，具有全波整流器的形式，其输入端例如为50Hz、2230V通常的电网交流电压，其输出端给出100Hz、约230V的电压。第二个部件是自激振荡器，其振荡频率在各电子变压器制作厂家略有出入，通常约为40KHz。然后对40KHz、约230V的交流电压采用100Hz进行调制。第三个部件包括一个普通的变压器。由于是高频输入电压，此变压器与50Hz变压器相比只有很小的体积，但却以很高的效率提供比较大的功率。在变压器的输出端例如交流电压为40Hz、12V，此电压已用100Hz进行调制。一个相位部分控制电路(Phasenanschnittsteuerschaltung)构成第四个部件。此电路确定在电网振荡周期内振荡器的振荡持续时间，从而确定变换了的有效功率。为了控制振荡器的振荡持续时间，此相位部分控制电路与一个电位器连接，在电位器上可以调节振荡电压的有效值从而可以调节电子变压器的输出电压。
电子变压器输出电压的峰值是由较高频率交流电压的幅度决定的。在相位切割控制方面此峰值变化较小。然而在至较低电压的调节范围内会出现电子变压器未控制的初级电源电压波动的困难。
如果一个这样的电子变压器应用于照明设备的供电，例如此照明设备包含一个卤灯，则可以藉助于与相位部分控制电路连接的电位器调节照明设备的亮度。实践表明，在亮度的低衰减范围内将出现电网电压波动以更大的比例转变到负荷电流上的现象。这一点对于照明设备的较严格的应用、例如在显微镜上的应用来说是缺点。
也可以获得具有很好的稳流和稳压性能的电源设备，然而这些电源设备比较复杂并且造价较高。
本发明的任务在于进一步发展权利要求1的总构思所述类别的可调电源单元，使得其输出量在整个调节范围内几乎与用于电源单元的电源电压波动不相关而尽可能地保持恒定。
此项任务在权利要求1的总构思所述类别的电源单元中是采用权利要求1所述特征加以解决的。
采用本发明电源单元可以优先采用市售电子变压器，在此电子变压器上输出电压幅度的控制是通过改变电阻值而进行的。就目前技术水平而言，通常调节电阻值是藉助电位器实现的。
本发明的基本构思在于，采用一个晶体管作为可变电阻并由一个调节器控制，使得电源单元的输出量与电网电压波动不相关而尽可能地保持恒定。按照本发明将同时获得此调节器的实际值、调节器有源器件的电源电压以及通过在本发明可调电源单元负载侧较高频率交流电压分量的耦合而形成额定值。
一个特殊的优点在于，不必嵌入电子变压器电流装置的内部，就现有形式它即可应用。
本发明设备的优异的进一步开发在各项从属权利要求中作了阐述。
在本发明设备的一个特别优异的进一步发展中，耦合元件是一个具有一个铁芯，一个与负载串联的初级绕组和一个为第一和第二整流电路提供输入电压的次级绕组的变压器。
以此方式可以非常容易地得到实际值和电源电压。另一个优点是在此情况下将实现一种类型的稳流，从而也可以部分地调节不同的导线长度和直径及在插接部位和端子上接触电阻的影响。此外，在此实施方案中也可以获得调节器与低压负载回路的电位隔离，正如安全标准往往要求的那样。此外如无负载电流，则调节器上也无电压。
如果初级绕组是由负载导线中的某一芯线构成的，则上述本发明的优异的进一步发展可以特别有益地构成。如果导线芯线没有反复缠绕而直接通过变压器的磁芯，则可以实现一个特别简易的实施方案。从结构简单的角度出发，此磁芯如为环状磁芯则特别有利。
按照另一个优异的实施方案，第一个整流电路优先采用峰值整流电路，其后连接一个具有一个稳压器的滤波元件，其中稳压器优先采用齐纳二极管并且滤波元件具有大时间常数，使得其输出电压基本上与变化着的负载电流不相关。其结果是采用此方法的调节器电路可以获得非常恒定的电源电压。
按照另一个优异的实施方案在第二个整流电路后面连接一个滤波器，此滤波器作为平均值分析器用于各个流过的较高频率的负载电流。
本发明设备的又一个另外的实施方案在于耦合元件是一个变压器，其初级绕组与输出端和负载并联，并且其次级绕组为第一和第二整流电路提供输入电压。耦合可以藉助于较小几何尺寸的两个绕组均具有较少圈数的变压器进行。在以这种类型连接的变压器上只进行电压变换，并不包括稳流的功能。尽管如此，总体上讲仍然可以实现输出量的稳定。如果去掉负载，即没有负载电流流过，则用于调节器的电源电压保持不变，因为初级绕组与输出端并联。
按照本发明设备的另一个实施方案的耦合元件采用电容器。由于容性耦合与输出端并联，则在此实施方案中没有稳流作用。但是仍然可以实现输出量的良好的保持恒定。
在本发明范围内基本上也可以用一段导线作为耦合元件，此段导线仅与负载导线的一段芯线平行。在此实施方案中耦合效率很低。有必要注意此线段的几何结构，所耦合的电压大小与其相关。必须避免第二芯线在负载回路中与耦合线段平行，以避免耦合作用被抵消。然而不必过于追求耦合的简便性。
下面藉助于几个实施例并参考附图对本发明设备加以阐述，这些示意框图分别为：
图1采用环状铁芯进行耦合的总框图；
图2采用与负载并联的变压器进行耦合；
图3采用与负载并联的电容器进行耦合；
图4通过一段导线进行耦合。
一个电子变压器1在其次级一侧与负载2相连，此负载例如可以是一个灯泡。负载导线的一根芯线穿过环状磁芯3。
环状磁芯3具有一个次级绕组，此绕组与第一整流电路4的输入端和第二整流电路5的输入端并联连接。第一整流电路4具有峰值整流器结构。第一整流电路4的输出端与具有稳压器6的滤波元件的输入端相连，其中稳压器6选用一个大时间常数。这样，输出电压基本上与变化着的负载电流不相关。
具有稳压器6的滤波元件的输出电压用于放大器-比较器-电路9的电源电压。此外，具有稳压器6的滤波器的输出电压送入额定值发生器8，用它可以对可调电源单元负载侧的输出电压进行调节。
额定值发生器8的输出端与放大器-比较器-电路9的第一接线端相连。
第二整流电路5后面连接一个滤波元件7，此滤波元件用作当时所流过的较高频率负载电流的平均值分析器。
电网电压的波动导致负载电流以及与此相关的检波平均值的变化。滤波器7的输出端与放大器-比较器-电路9的第二输入端相连。
在放大器-比较器-电路9中，在额定值发生器8输出端获得的额定值与由滤波元件7获得的实际值之间进行比较。在放大器-比较器-电路9的输出端，根据额定值与实际值之间的差别将获得一个与电网电压波动相应的误差信号。
电子变压器1具有两个接线端a和b，它们通常根据目前技术水平是与一个可调节的电阻的接线端子(如一个电位器的接线端子)相连。电子变压器1的输出电压随可调节电阻的阻值进行调节。
在这里所叙述的实施例中，具有可变阻值的电阻是一个晶体管10，此晶体管经电子变压器1的接线端a和b获得其电源电压。放大器-比较器-电路9的输出信号，也就是说误差信号用于这样地来控制晶体管的阻值，即使德误差信号为最小值(P-调节器)。
第一和第二整流电路4和5，具有稳压器6的滤波元件和滤波元件7以及额定值发生器8可以由无源元件构成。于是只是放大器-比较器-电路9作为有源器件，其工作需要电源电压。晶体管10的电源电压经电子变压器1的接线端a和b引入，这两个接线端通常与一个电位器相连。
在图2至图4中起同样作用的部件采用与图1相同的符合表示。
从图2中可以看出，用于电压变换的、与电子变压器1输出端并联的耦合变压器3要比上述环状磁芯需要更多的绕组，因此造价较高。因为它与负载相比阻值高很多，因此失去了稳流作用。
这一点同样适用于图3所示的与电子变压器1输出端并联的电容器。此电路造价也比较高，因为对负载导线中的每一条导线均需要一个电容器，而且由于电位隔离的原因这些电容器应具有特殊的构造。
在图4中所示的与一个负载导线平行排列的结构以及与其绞连的导线线段展示了上述耦合电路的简易性。值得注意的是另外一个负载导线应足够远或采取沿耦合线段屏蔽地引入。
本发明设备与一个作为负载而采用的照明设备、即一个灯泡一起作了阐述。显然不限于这样一种负载元件，也可以用于其它负载。
作为可变电阻优先提到了晶体管。在一个造价比较高的装置中例如也可以用调节器改变发光二极管的亮度、并将其光线照射在位于电子变压器输入端a和b的光敏电阻上。与环状磁芯一起，此电路有可能具有调节器回路至光敏电阻的全电位隔离的优点。只是它有可能还具有电网电位。

Claims (9)

1、一种具有“电子变压器”的可调电源单元，电子变压器初级侧有一个变压器电源电压输入端，次级侧有一个具有较高频率成分的交流工作电压的输出端，用于负载和具有可变电阻元件的控制设备，用可变电阻调节交流工作电压，其特征在于，
具有一个感性或容性耦合元件(3)，用于耦合交流工作电压的较高频率分量，将其作为输入电压分别引入第一整流电路(4)和第二整流电路(5)，具有一个放大器-比较器-电路(9)，在此电路上第一整流电路(4)输出电压在滤波后作为其电源电压，具有一个额定值发生器电路(8)，此电路与第一整流电路(4)和放大器-比较器-电路(9)相连并且用于调节交流工作电压的额定值，并且其中由第二整流电路(5)的输出电压获得一个实际值然后引入放大器-比较器-电路(9)，在其输出端可以取出一个误差信号，并且具有一个晶体管(10)，此晶体管构成可变电阻元件并且用放大器-比较器-电路(9)的误差信号进行控制。
2、根据权利要求1所述电源单元，其特征在于，耦合元件是一个具有一个磁芯(3)、一个与负载串联的初级绕组和一个为第一(4)和第二(5)整流电路提供输入电压的次级绕组的变压器。
3、根据权利要求2所述电源单元，其特征在于，变压器的初级绕组由负载(2)的电源线的一个导线芯线构成。
4、根据权利要求2或3其中之一所述电源单元，其特征在于，磁芯是一个环状磁芯(3)。
5、根据权利要求3所述电源单元，其特征在于，用于负载(2)电源线的导线芯线构成磁芯(3)的无反复缠绕的初级绕组。
6、根据权利要求1所述电源单元，其特征在于，耦合元件是一个变压器，其初级绕组与负载(2)并联并且其次级绕组为第一(4)和第二(5)整流电路提供输入电压。
7、根据权利要求1所述电源单元，其特征在于耦合元件是一个电容器。
8、根据权利要求1所述电源单元，其特征在于，第一整流电路(4)后接一个具有稳压器(6)的滤波元件，其输出端提供放大器-比较器-电路(9)的电源电压。
9、根据权利要求1所述电源单元，其特征在于，第二整流电路(5)后接一个滤波元件(7)作为平均值分析器，其输出端与放大器-比较器-电路(9)的第二比较输入端相连。
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