CN2290149Y - 可调功率及过载短路保护电子变压器 - Google Patents

Abstract

该变压器是一种供低压卤钨灯和电加热器使用的自激式电子变压器。它是在原普通电子变压器的基础上设置一脉冲供电电路,且特殊设置一取样电路而构成的电子变压器,从而解决了普通电子变压器不能用可控硅调功器大范围调节其输出功率和只能短路保护、不能过载保护的问题。本实用新型电路简单、工作稳定可靠,其功率调节范围可达负载功率的5%～100%,当负载超过最大允许值的10%及负载短路时均可保护。

Description

可调功率及过载短路保护电子变压器

本发明涉及供低电压卤钨灯及低压电加热器稳定可靠地工作的电子变压器。

低压卤钨灯及低压电加热器采用市电供电时一定要通过一变压器降压才能正常工作。铁芯变压器虽然结构简单，但存在耗能、耗材、笨重、体积大、功率因数低等缺点，所以并不是理想的变压装置。近年来，电子变压器以其节能、节材、体积小、重量轻、功率因数高等优点正逐步取代铁芯变压器。目前使用的电子变压器电路原理如图3所示，滤波整流电路提供直流脉动电压，由脉冲电路产生触发脉冲使开关管T₂导通，电流通过脉冲变压器TR₁时，由于TR₁的正反馈作用，使电路起振，变压器工作，当输出变压器TR₂的次级被短路时，在兼作T₂负反馈电阻同时又作取样电阻的R₇上产生较大的取样电压，使保护电路动作，从而关断脉冲电路使变压器停止工作。这种电子变压器存在以下缺点及不足：

1.由于取样电阻R₇还兼作T₂的负反馈电阻，因此取值不能太大，一般只能小于1Ω，否则电路不能正常工作，因此输出过载不足以在R₇上产生足够高的压降使保护电路动作：以105W变压器为例，R₇取0.47Ω，当负载达400W时，R₇上产生的峰值电压约为1V，保护电路还不能动作，只有负载短路时才能保护，因此在使用中的可靠性和安全性将受到影响。

2.随着社会的发展，人们对照明的要求及家用电器安全性的要求越来越高，在照明上有时需要强光，有时需要弱光，因此现在的房间都装有可控硅调光器，家用电加热装置如电热毯等最好采用低压供电以保证安全且温度可调，而可控硅调功器以体积小、重量轻、节能、价格低等优点而成为理想的调温装置；普通电子变压器接入这种电路将产生闪烁和工作不稳定或调节范围极小的现象，不能满足人们的需要。

本发明的目的正是为了克服上述普通电子变压器存在的缺陷，提供一种既可大范围调节输出功率又具有过载及短路保护功能的电子变压器。本发明所要达到的目的是由以下措施实现的：在普通电子变压器的基础上设计一脉冲供电电路；单独设置一取样电路并置于整流电路与振荡器之间。

图1是现有普通电子变压器电路方框结构图。由滤波电路1、整流电路2、振荡器3、脉冲电路4、保护电路5、取样电路6、输出变压器回路7构成。

图2是本发明电路方框结构图。在普通电子变压器的基础上设置一脉冲供电电路8，独立设置取样电路6并置于整流电路与振荡器之间(即电路中除脉冲供电电路及脉冲电路之外的所有电流均流经取样电路并被取样)。

图3是普通电子变压器电路原理图。

图4是本发明电路原理图。

图5是本发明实施例电路原理图。

下面结合附图对本发明的工作原理及工作过程作进一步说明。

1.脉冲供电电路。根据图4，虚线框I内的D₁₀、C₈构成脉冲供电电路，而脉冲电路的电源取自C₈。电源接通后，C₈通过D₁₀被瞬时充电到电源电压峰值，C₈的储能向脉冲电路供电；当用可控硅调功器调节功率时，即使可控硅的导通角很小，C₈都可在可控硅导通瞬间就被充电到峰值并向脉冲电路提供持续稳定的电压，而脉冲电路则可产生连续多次脉冲，触发振荡器可靠地起振，产生连续多次脉冲在调功状态工作时非常重要，因为在可控硅导通角较小时，振荡器起振较难，有时一个脉冲不能触发起振，而需反复多次触发才能起振，而普通电子变压器的脉冲电路其电源直接取自整流电路，可控硅导通角较小时，脉冲电路得不到持续稳定的供电而不能产生连续多次脉冲，使得振荡器有时被触发起振，有时则不能被触发起振，从而表现为输出功率时断时续，若用于卤钨灯则表现为闪烁，下面对上述解释做推导证明。

首先推导普通电子变压器的脉冲电路产生一个触发脉冲所需要的可控硅导通角。

设可控硅在时间t₁时导通，电源通过R₁对C₂充电，在时间t₂时，C₂上的电压上升到触发二极管D₆的击穿电压30V，从而产生一个脉冲，根据电容充电公式并经数学推导可得： $\mathrm{Cos\ω}{t}_1+30t_1=\frac{30R_1{C}_2\mathrm{\ω}}{\sqrt{2}\×230}+\mathrm{Cos\ω}{t}_2+30t_2----\left(1\right)$ 显然当输入电压

时，继续对C₂充电已无意义，可算出此时t₂＝9.71mS，将t₂＝9.71mS代入(1)式得： $\mathrm{Cos\ω}{t}_1+30t_1=\frac{30R_1{C}_2\mathrm{\ω}}{\sqrt{2}\×230}-0.70437----\left(2\right)$ 为便于计算t₁，将实际中采用的典型数据R₁＝150K，C₂＝0.01μF代入(2)式得：

     Cosωt₁+30t₁＝-0.6609               (3)对(3)式计算得：

     t₁＝8.75mS即当可控硅导通角

时，普通电子变压器的脉冲电路刚好能产生一个触发脉冲。

下面证明θ＝22.5°时，本发明可使脉冲电路产生三个脉冲：当θ＝22.5°即t₁＝8.75mS时，输入电压

230Sin(180°-22.5°)＝124V，C₈通过D₁₀也被瞬时充电到124V，由于C₈容量较大，在向脉冲电路供电过程中电压近似不变，则C₂通过R₁充电到30V所需时间： $t=-R_1{C}_2\mathrm{Ln}(1-\frac{{\mathrm{Vc}}_2}{{\mathrm{Vc}}_8})----\left(4\right)$ 将Vc₈＝124V、Vc₂＝30V、R₁＝150K、C₂＝0.01μF代入(4)式得：t＝0.415mS由于输入电压半周期为10mS(频率为50Hz)，则可控硅从t₁导通至半周期之间的导通时间为：10mS-8.75mS＝1.25mS，在该段时间，脉冲电路可产生N个脉冲： $N=\frac{1.25}{0.415}\≈3$ 因而能可靠地触发电路起振。

2.取样电路。根据图4，虚线框II内的R₈、C₉、D₇、C₃构成取样电路。工作时，振荡电流流过R₈并在其上产生压降，C₉滤掉高频分量使R₈上的电压为脉动直流电压，该取样电压经D₇向储能电容C₃充电，适当选择R₈使输出过载时，C₃电压大于0.7V(即大于T₃发射结导通电压)，则C₃通过R₂向T₃缓慢放电，T₃饱和，C₂电压趋于零，无触发脉冲产生，振荡器在输入电压过零点后停振，电路得到保护；R₃为当负载恢复正常时，放掉C₃上的残存电压而使电路迅速恢复正常工作。为计算方便，暂不计电路本身损耗。设输入电压230V，输出功率P_o，则电路总电流：

，取样电压 ，C₃电压

由于R₈的选择不受电路的限制，因此，适当选择R₈可使输出过载时，V_c3＞0.7V而使电路得到保护，对于过载保护选定的R₈，负载短路时也能可靠地保护。

实施例：根据图5，为105W变压器数据。由上面计算可知，当可控硅导通角为22.5°即t₁＝8.75mS时，脉冲电路在其导通时间内可产生三个脉冲，为使振荡器可靠起振，我们设在第二个触发脉冲时电路起振，即在t_a＝t₁+0.415×2mS＝9.58mS时电路起振，则在t_a(9.58mS)至半周期t_b(10ms)期间电路工作并向负载输出功率，而在该期间电压平方的有效值为： ${V^2}_{\mathrm{eff}}=\frac{1}{t_b-t_a}{\∫}_{t_a}^{t_b}{V^2}_i\mathrm{dt}=\frac{1}{t_b-t_a}{\∫}_{t_a}^{t_b}(230\sqrt{2}\mathrm{Sin\ωt}{)}^2\mathrm{dt}$ $=\frac{2\×{230}^2}{(t_b-t_a)\mathrm{\ω}}[\frac{\mathrm{\ωt}}{2}-0.25\mathrm{Sin}2\mathrm{\ωt}{]}_{t_a}^{t_b}----\left(5\right)$ 将t_b＝10×10^-3S，t_a＝9.58×10^-3S，Ω＝2π×50代入(5)式得：

  V² _eff＝0.015×230²＝230²×1.5％根据电工原理，功率与电压的平方成正比，以上结果正好是全导通时输入电压平方的1.5％，即此时的功率是全功率的1.5％，则功率调节范围为1.5％～100％，但实际生产中由于元器件参数的离散性，调节范围会小于理论计算值。当负载为105W正常负载时，C₃上的电压： $V_{C3}=\frac{\sqrt{2}\×2.0\×105}{230}-0.7=0.6V$ 低于T₃的导通电压，保护电路不动作，当负载超过额定值的10％即负载为115W时， $V_{C3}=\frac{\sqrt{2}\×2.0\×115}{230}-0.7=0.714V$ T₃饱和，电路停振，变压器得到保护。

本发明与现有技术相比有如下优点：

  1.可大范围调节输出功率。

  2.具有过载保护功能。

Claims (3)

1.一种可调功率及过载、短路保护电子变压器，由滤波电路1、整流电路2、振荡器3、触发脉冲电路4、保护电路5、取样电路6、输出变压器回路7构成，其特征在于再增设一脉冲供电电路8，取样电路6单独置于整流电路2与振荡器3之间。

2.按照权利要求1所说的变压器，其特征在于脉冲供电电路由二极管D₁₀、电解电容C₈构成；二极管D₁₀的正极与整流电路输出的正极相连(即与二极管D₁、D₂的负极相连)；D₁₀的负极与C₈的正极相连；C₈的负极与整流电路输出的负极相连(即与二极管D₃、D₄的正极相连)；从C₈的两端向触发脉冲电路供电。

3.按照权利要求1或2所说的变压器，其特征在于取样电路由电阻R₈、电解电容C₉、C₃、二极管D₇构成；C₉的正极与R₈的一端及D₇的正极相连，此连接点与振荡器的负极端相连(即与电容C₅、C₇、二极管D₉的正极、电阻R₇、脉冲变压器TR₁的次级绕组相连)；C₉的负极与R₈的另一端及C₃的负极相连，此连接点与整流电路输出的负极端相连(即与二极管D₃、D₄的正极相连)；D₇的负极与C₃的正极相连；过载、短路保护的取样信号从C₃的两端取出。

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