專利名稱：具有電子變壓器的可調(diào)電源單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有電子變壓器的可調(diào)電源單元，如權(quán)利要求1的總構(gòu)思所述。
電子變壓器近幾年來已有市售。一個“電子變壓器”主要包括如下部件。第一個部件，具有全波整流器的形式，其輸入端例如為50Hz、2230V通常的電網(wǎng)交流電壓，其輸出端給出100Hz、約230V的電壓。第二個部件是自激振蕩器，其振蕩頻率在各電子變壓器制作廠家略有出入，通常約為40KHz。然后對40KHz、約230V的交流電壓采用100Hz進行調(diào)制。第三個部件包括一個普通的變壓器。由于是高頻輸入電壓，此變壓器與50Hz變壓器相比只有很小的體積，但卻以很高的效率提供比較大的功率。在變壓器的輸出端例如交流電壓為40Hz、12V，此電壓已用100Hz進行調(diào)制。一個相位部分控制電路(Phasenanschnittsteuerschaltung)構(gòu)成第四個部件。此電路確定在電網(wǎng)振蕩周期內(nèi)振蕩器的振蕩持續(xù)時間，從而確定變換了的有效功率。為了控制振蕩器的振蕩持續(xù)時間，此相位部分控制電路與一個電位器連接，在電位器上可以調(diào)節(jié)振蕩電壓的有效值從而可以調(diào)節(jié)電子變壓器的輸出電壓。
電子變壓器輸出電壓的峰值是由較高頻率交流電壓的幅度決定的。在相位切割控制方面此峰值變化較小。然而在至較低電壓的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)會出現(xiàn)電子變壓器未控制的初級電源電壓波動的困難。
如果一個這樣的電子變壓器應(yīng)用于照明設(shè)備的供電，例如此照明設(shè)備包含一個鹵燈，則可以藉助于與相位部分控制電路連接的電位器調(diào)節(jié)照明設(shè)備的亮度。實踐表明，在亮度的低衰減范圍內(nèi)將出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動以更大的比例轉(zhuǎn)變到負荷電流上的現(xiàn)象。這一點對于照明設(shè)備的較嚴格的應(yīng)用、例如在顯微鏡上的應(yīng)用來說是缺點。
也可以獲得具有很好的穩(wěn)流和穩(wěn)壓性能的電源設(shè)備，然而這些電源設(shè)備比較復雜并且造價較高。
本發(fā)明的任務(wù)在于進一步發(fā)展權(quán)利要求1的總構(gòu)思所述類別的可調(diào)電源單元，使得其輸出量在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)幾乎與用于電源單元的電源電壓波動不相關(guān)而盡可能地保持恒定。
此項任務(wù)在權(quán)利要求1的總構(gòu)思所述類別的電源單元中是采用權(quán)利要求1所述特征加以解決的。
采用本發(fā)明電源單元可以優(yōu)先采用市售電子變壓器，在此電子變壓器上輸出電壓幅度的控制是通過改變電阻值而進行的。就目前技術(shù)水平而言，通常調(diào)節(jié)電阻值是藉助電位器實現(xiàn)的。
本發(fā)明的基本構(gòu)思在于，采用一個晶體管作為可變電阻并由一個調(diào)節(jié)器控制，使得電源單元的輸出量與電網(wǎng)電壓波動不相關(guān)而盡可能地保持恒定。按照本發(fā)明將同時獲得此調(diào)節(jié)器的實際值、調(diào)節(jié)器有源器件的電源電壓以及通過在本發(fā)明可調(diào)電源單元負載側(cè)較高頻率交流電壓分量的耦合而形成額定值。
一個特殊的優(yōu)點在于，不必嵌入電子變壓器電流裝置的內(nèi)部，就現(xiàn)有形式它即可應(yīng)用。
本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)異的進一步開發(fā)在各項從屬權(quán)利要求中作了闡述。
在本發(fā)明設(shè)備的一個特別優(yōu)異的進一步發(fā)展中，耦合元件是一個具有一個鐵芯，一個與負載串聯(lián)的初級繞組和一個為第一和第二整流電路提供輸入電壓的次級繞組的變壓器。
以此方式可以非常容易地得到實際值和電源電壓。另一個優(yōu)點是在此情況下將實現(xiàn)一種類型的穩(wěn)流，從而也可以部分地調(diào)節(jié)不同的導線長度和直徑及在插接部位和端子上接觸電阻的影響。此外，在此實施方案中也可以獲得調(diào)節(jié)器與低壓負載回路的電位隔離，正如安全標準往往要求的那樣。此外如無負載電流，則調(diào)節(jié)器上也無電壓。
如果初級繞組是由負載導線中的某一芯線構(gòu)成的，則上述本發(fā)明的優(yōu)異的進一步發(fā)展可以特別有益地構(gòu)成。如果導線芯線沒有反復纏繞而直接通過變壓器的磁芯，則可以實現(xiàn)一個特別簡易的實施方案。從結(jié)構(gòu)簡單的角度出發(fā)，此磁芯如為環(huán)狀磁芯則特別有利。
按照另一個優(yōu)異的實施方案，第一個整流電路優(yōu)先采用峰值整流電路，其后連接一個具有一個穩(wěn)壓器的濾波元件，其中穩(wěn)壓器優(yōu)先采用齊納二極管并且濾波元件具有大時間常數(shù)，使得其輸出電壓基本上與變化著的負載電流不相關(guān)。其結(jié)果是采用此方法的調(diào)節(jié)器電路可以獲得非常恒定的電源電壓。
按照另一個優(yōu)異的實施方案在第二個整流電路后面連接一個濾波器，此濾波器作為平均值分析器用于各個流過的較高頻率的負載電流。
本發(fā)明設(shè)備的又一個另外的實施方案在于耦合元件是一個變壓器，其初級繞組與輸出端和負載并聯(lián)，并且其次級繞組為第一和第二整流電路提供輸入電壓。耦合可以藉助于較小幾何尺寸的兩個繞組均具有較少圈數(shù)的變壓器進行。在以這種類型連接的變壓器上只進行電壓變換，并不包括穩(wěn)流的功能。盡管如此，總體上講仍然可以實現(xiàn)輸出量的穩(wěn)定。如果去掉負載，即沒有負載電流流過，則用于調(diào)節(jié)器的電源電壓保持不變，因為初級繞組與輸出端并聯(lián)。
按照本發(fā)明設(shè)備的另一個實施方案的耦合元件采用電容器。由于容性耦合與輸出端并聯(lián)，則在此實施方案中沒有穩(wěn)流作用。但是仍然可以實現(xiàn)輸出量的良好的保持恒定。
在本發(fā)明范圍內(nèi)基本上也可以用一段導線作為耦合元件，此段導線僅與負載導線的一段芯線平行。在此實施方案中耦合效率很低。有必要注意此線段的幾何結(jié)構(gòu)，所耦合的電壓大小與其相關(guān)。必須避免第二芯線在負載回路中與耦合線段平行，以避免耦合作用被抵消。然而不必過于追求耦合的簡便性。
下面藉助于幾個實施例并參考附圖對本發(fā)明設(shè)備加以闡述，這些示意框圖分別為

圖1采用環(huán)狀鐵芯進行耦合的總框圖；圖2采用與負載并聯(lián)的變壓器進行耦合；圖3采用與負載并聯(lián)的電容器進行耦合；圖4通過一段導線進行耦合。
一個電子變壓器1在其次級一側(cè)與負載2相連，此負載例如可以是一個燈泡。負載導線的一根芯線穿過環(huán)狀磁芯3。
環(huán)狀磁芯3具有一個次級繞組，此繞組與第一整流電路4的輸入端和第二整流電路5的輸入端并聯(lián)連接。第一整流電路4具有峰值整流器結(jié)構(gòu)。第一整流電路4的輸出端與具有穩(wěn)壓器6的濾波元件的輸入端相連，其中穩(wěn)壓器6選用一個大時間常數(shù)。這樣，輸出電壓基本上與變化著的負載電流不相關(guān)。
具有穩(wěn)壓器6的濾波元件的輸出電壓用于放大器-比較器-電路9的電源電壓。此外，具有穩(wěn)壓器6的濾波器的輸出電壓送入額定值發(fā)生器8，用它可以對可調(diào)電源單元負載側(cè)的輸出電壓進行調(diào)節(jié)。
額定值發(fā)生器8的輸出端與放大器-比較器-電路9的第一接線端相連。
第二整流電路5后面連接一個濾波元件7，此濾波元件用作當時所流過的較高頻率負載電流的平均值分析器。
電網(wǎng)電壓的波動導致負載電流以及與此相關(guān)的檢波平均值的變化。濾波器7的輸出端與放大器-比較器-電路9的第二輸入端相連。
在放大器-比較器-電路9中，在額定值發(fā)生器8輸出端獲得的額定值與由濾波元件7獲得的實際值之間進行比較。在放大器-比較器-電路9的輸出端，根據(jù)額定值與實際值之間的差別將獲得一個與電網(wǎng)電壓波動相應(yīng)的誤差信號。
電子變壓器1具有兩個接線端a和b，它們通常根據(jù)目前技術(shù)水平是與一個可調(diào)節(jié)的電阻的接線端子(如一個電位器的接線端子)相連。電子變壓器1的輸出電壓隨可調(diào)節(jié)電阻的阻值進行調(diào)節(jié)。
在這里所敘述的實施例中，具有可變阻值的電阻是一個晶體管10，此晶體管經(jīng)電子變壓器1的接線端a和b獲得其電源電壓。放大器-比較器-電路9的輸出信號，也就是說誤差信號用于這樣地來控制晶體管的阻值，即使德誤差信號為最小值(P-調(diào)節(jié)器)。
第一和第二整流電路4和5，具有穩(wěn)壓器6的濾波元件和濾波元件7以及額定值發(fā)生器8可以由無源元件構(gòu)成。于是只是放大器-比較器-電路9作為有源器件，其工作需要電源電壓。晶體管10的電源電壓經(jīng)電子變壓器1的接線端a和b引入，這兩個接線端通常與一個電位器相連。
在圖2至圖4中起同樣作用的部件采用與圖1相同的符合表示。
從圖2中可以看出，用于電壓變換的、與電子變壓器1輸出端并聯(lián)的耦合變壓器3要比上述環(huán)狀磁芯需要更多的繞組，因此造價較高。因為它與負載相比阻值高很多，因此失去了穩(wěn)流作用。
這一點同樣適用于圖3所示的與電子變壓器1輸出端并聯(lián)的電容器。此電路造價也比較高，因為對負載導線中的每一條導線均需要一個電容器，而且由于電位隔離的原因這些電容器應(yīng)具有特殊的構(gòu)造。
在圖4中所示的與一個負載導線平行排列的結(jié)構(gòu)以及與其絞連的導線線段展示了上述耦合電路的簡易性。值得注意的是另外一個負載導線應(yīng)足夠遠或采取沿耦合線段屏蔽地引入。
本發(fā)明設(shè)備與一個作為負載而采用的照明設(shè)備、即一個燈泡一起作了闡述。顯然不限于這樣一種負載元件，也可以用于其它負載。
作為可變電阻優(yōu)先提到了晶體管。在一個造價比較高的裝置中例如也可以用調(diào)節(jié)器改變發(fā)光二極管的亮度、并將其光線照射在位于電子變壓器輸入端a和b的光敏電阻上。與環(huán)狀磁芯一起，此電路有可能具有調(diào)節(jié)器回路至光敏電阻的全電位隔離的優(yōu)點。只是它有可能還具有電網(wǎng)電位。
權(quán)利要求
1.一種具有“電子變壓器”的可調(diào)電源單元，電子變壓器初級側(cè)有一個變壓器電源電壓輸入端，次級側(cè)有一個具有較高頻率成分的交流工作電壓的輸出端，用于負載和具有可變電阻元件的控制設(shè)備，用可變電阻調(diào)節(jié)交流工作電壓，其特征在于，具有一個感性或容性耦合元件(3)，用于耦合交流工作電壓的較高頻率分量，將其作為輸入電壓分別引入第一整流電路(4)和第二整流電路(5)，具有一個放大器-比較器-電路(9)，在此電路上第一整流電路(4)輸出電壓在濾波后作為其電源電壓，具有一個額定值發(fā)生器電路(8)，此電路與第一整流電路(4)和放大器-比較器-電路(9)相連并且用于調(diào)節(jié)交流工作電壓的額定值，并且其中由第二整流電路(5)的輸出電壓獲得一個實際值然后引入放大器-比較器-電路(9)，在其輸出端可以取出一個誤差信號，并且具有一個晶體管(10)，此晶體管構(gòu)成可變電阻元件并且用放大器-比較器-電路(9)的誤差信號進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源單元，其特征在于，耦合元件是一個具有一個磁芯(3)、一個與負載串聯(lián)的初級繞組和一個為第一(4)和第二(5)整流電路提供輸入電壓的次級繞組的變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述電源單元，其特征在于，變壓器的初級繞組由負載(2)的電源線的一個導線芯線構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3其中之一所述電源單元，其特征在于，磁芯是一個環(huán)狀磁芯(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述電源單元，其特征在于，用于負載(2)電源線的導線芯線構(gòu)成磁芯(3)的無反復纏繞的初級繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源單元，其特征在于，耦合元件是一個變壓器，其初級繞組與負載(2)并聯(lián)并且其次級繞組為第一(4)和第二(5)整流電路提供輸入電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源單元，其特征在于耦合元件是一個電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源單元，其特征在于，第一整流電路(4)后接一個具有穩(wěn)壓器(6)的濾波元件，其輸出端提供放大器-比較器-電路(9)的電源電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述電源單元，其特征在于，第二整流電路(5)后接一個濾波元件(7)作為平均值分析器，其輸出端與放大器-比較器-電路(9)的第二比較輸入端相連。
全文摘要
具有“電子變壓器”的可調(diào)電源單元，該變壓器初級側(cè)為變壓器電源電壓輸入端，次級側(cè)為具有較高頻率分量的交流工作電壓的輸出端，用于一個負載和具有可變電阻元件的控制設(shè)備，用此可變電阻元件可以調(diào)節(jié)交流工作電壓。具有感性或容性的耦合元件，用于耦合交流工作電壓較高頻率分量。此交流工作電壓作為輸入電壓分別引入第一整流電路和第二整流電路。在一個放大器—比較器—電路上第一整流電路的輸出電壓作為其電源電壓。額定值發(fā)生器電路與第一整流電路和放大器—比較器—電路相連。用此額定值發(fā)生器電路可以調(diào)節(jié)交流工作電壓的額定值。由第二整流電路的輸出電壓導出一個實際值并且送入放大器—比較器—電路，在其輸出端可以取出誤差信號，一個晶體管構(gòu)成可變電阻元件并且用放大器—比較器—電路的誤差信號加以控制。
文檔編號H02M5/293GK1140530SQ95191529
公開日1997年1月15日 申請日期1995年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月7日
發(fā)明者D·休斯曼 申請人:萊卡顯微及系統(tǒng)有限公司