辅助电感法的变压器偏磁检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一种用于监测开关电源中变压器偏磁的偏磁电流检测方法及装置。它采用一个辅助电感，以限定条件制作，并令其在相应的限定条件下工作，使其产生的励磁电流可以用高速取样转换电路，从中检测出代表被监测变压器偏磁与过励磁的电流，并把它转换为电压信号与开关量信号。该电压信号与开关量信号因延时很小，可以作为开关电源中脉宽调节电路与关断保护电路较理想的控制信号。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是一个监测开关电源中变压器偏磁的偏磁电流检测方法及装置，涉及开关电源，尤其是其中的功率开关管的过流检测技术。变压器作为开关电源中的中间传输负载，一当由磁偏进入磁饱和，立即造成功率开关管输出短路。功率开关管因输出短路而损坏，是开关电源的一个致命伤，且屡见不鲜。尤其是作为逆变式弧焊电源的开关电源，因其功率输出大且负载变化频繁，由是引发的变压器磁饱和现象更为常见。磁偏是磁饱和的先兆，若能对其进行快速检测与调节，就可以防止变压器进入磁饱和状态。偏磁时，励磁电流迅速增大，因此可以用检测励磁电流的方法来实现对偏磁的检测。但在正激式开关电源中，流经变压器初级回路的电流是由二种电流分量组成，除励磁电流外，还有一种是送往变压器次级的传输电流。因此，无法用单独检测初级回路电流的方法来实现对励磁电流的检测。现有技术中，用来检测励磁电流的是一种差值法。该方法有两个基本环节其一、用两组电流检测装置分别对变压器初级与次级回路进行电流检测，获取两个电流值；其二、用运算电路对两电流值进行差值运算。该差值是励磁电流值。运算模式是 式中n为初次级绕组匝比。次级回路电流除以匝比n后，得到初级送往次级的传输电流。从初级回路中减去该分量后，求取了励磁电流分量。由于磁芯损耗及电路中惯性元件的影响，尤其是次级回路中续流惯性元件的影响，以及运算误差的影响，运算结果所得的励磁电流值与实际值往往相差甚运。如要达到使用要求，必须要增加许多附加电路。但该方法的致命弱点在于经运算输出的信号有较大的时间延迟，无法用于偏磁调节及实现快速关断保护。故至今仍很少有人使用。本专利技术的目的，是提供一种无须经过运算，能快速进行偏磁电流检测的方法及装置，使检测所得的信号能满足偏磁调节与快速保护的要求。实现本专利技术的目的是下述一种方法。该方法有二个环节其一、采用一个辅助电感、令其与被监测的开关电源中变压器初级在同一个或近似同一个电压条件下或分别在二个脉宽相等或近似相等、同步或近似同步、而幅值之比不变或近似不变的电压条件下工作，使其产生与变压器偏磁、过励磁相对应的励磁电流；其二、用一个具有取样与信号转换功能的电路从辅助电感中检出励磁电流，把其中代表被监测变压器偏磁与过励磁的电流转换成电压信号或开关量信号，以用于开关电源中偏磁调节电路与开关电源关断保护电路的输入控制信号。实现本方法的关键，也即最主要特征是辅助电感的采用与绕制。在与被监测的变压器初级在同一个或近似同一个电压条件下工作的辅助电感，或与被监测变压器初级在脉宽相等或近似相等、同步或近似同步、而幅值不变或近似不变的电压条件下工作的另一个辅助电感，它们的相对磁通密度的时间变化率曲线与被测的变压器初级的相对磁通密度的时间变化率曲线应是相似的。其次是具有取样与信号转换功能的电路对于辅助电感中励磁电流取样与信号转换输出还应具有足够小的延时，以满足偏磁调节与关断保护快速响应的要求。根据本专利技术方法设计而成的装置(取名为《偏磁电流检测装置》)，提供了该辅助电感设计要领及制作方法，提供了具有取样与信号转换功能的检测电路(取名为《取样转换电路》)的基本结构及本装置实施例。附图说明图1为根据本专利技术方法设计的偏磁电流检测装置的电原理2为偏磁电流检测装置中用子推挽式开关电源的实施例3为偏磁电流检测装置中一个具有开关量输出的取样转换电路实施例4为偏磁电流检测装置中一个具有检测偏磁方向功能的取样转换电路实施例5为偏磁电流检测装置中一个用于检测脉动直流式励磁电流的取样转换电路实施例6为偏磁电流检测装置中一个可用于直接耦合的取样转换电路实施例7为偏磁电流检测装置中一个用于改善取样转换电路抗干扰特性的实施例8为偏磁电流检测装置中一个在不同电压条件下工作的实施例9为偏磁电流检测装置中一个与光电耦合器件并接使用的实施例10为偏磁电流检测装置中一个与脉冲变压器合并使用的实施例中凡标志相同的元器件，具有相同的作用，不作重复叙述。偏磁电流检测装置(以下简称装置)由辅助电感L1与取样转换电路A1串联而成，若须对该装置提供自身过流保护的话，可再加接限流保护电阻R1，与上述串联电路再相串联。该装置跨接在被监测的开关电源变压器B1和初级N1N2两输入端连线上，与变压器初级并接使用，或与被监测变压器分别在二个脉宽相等或近似相等、同步或近似同步、而幅值之比不变或近似不变的电压条件下工作。从该装置输出的信号输往开关电源中的控制电路，用于控制电路实现偏磁调节或开关电源关断保护、或偏磁调节与开关电源关断保护的控制信号。辅助电感L1与取样转换电路A1串联，或与限流保护电阻R1再串联，二者或三者的相互位置可任意。也可以将取样转换电路A1串联在辅助电感L1的中间。当在高电压条件下工作时，装置应串联限流保护电阻R1，电阻阻值依5～20倍辅助电感L1中最大不偏磁励磁电流值(即最大正常励磁电流值)确定，电阻功率为1～10W或依实际使用值而定。限流保护电阻R1也可分为两只，或若干只、集中或分散串联在装置中。辅助电感L1是用绝缘导线在磁芯上绕制而成的。与被监测的变压器相比，它们的磁芯材料是相同的或不相同的，几何形状是相似的或不相似的。当辅助电感L1是使用在与被监测变压器并接的条件下，采用材料相同、几何形状相似的磁芯绕制，有利于提高监测的稳定性。磁通密度利用系数是绕制辅助电感L1的一个主要技术指标。所谓利用系数，是指磁芯在不偏磁工作条件下的最大磁通密度(以下简称最大磁密)与该磁芯的饱和磁通密度之比。该系数取值大小应参照变压器的磁通密度利用系数，可以相同、也可以相近。若将辅助电感L1的磁通密度利用系数取值大于变压器的利用系数的话，会使前者的相对磁通密度变化率曲线超前于后者。这不仅能提高偏磁电流检测稳定度，还能减小磁偏矫正与关断保护的延期时间。取样转换电路A1由取样电路A1-1、滤波电路A1-2与信号转换电路A1-3组成。取样电路A1-1中包含有至少一个取样器件，该器件是交流互感器B2、直流传感器、取样电阻器R2或隔离放大器等；滤波电路A1-2是RC或LRC式、或RC与电子开关式、或LRC与电子开关式；信号转换电路A1-3有两种，其中一种电路输出的是代表偏磁方向的不同电平电压信号，该电路中有二组贮存电路，贮存电路分别均由电子开关K1与贮存电容C2组成；另一种电路输出的是代表过励磁的开关信号，该电路中包含有一个或二个具有阀值鉴别功能的器件，该器件是三级管V3与V4、电压比较器IC1、IC2或可控硅等。取样电路A1-1的两输人端①与②将输入回路串接在装置回路中，把取样而得的电流信号转换成电压信号后送往滤波电路A1-2中，该电压信号经滤波电路A1-2滤除其中的干扰信号后，输往信号转换电路A1-3，信号转换电路将之转换成不同电平电压信号或开关量信号，输出至开关电源中的控制电路。实施例1、用于监测单相220V交流电压供电的全桥式逆变弧焊整流器的偏磁电流检测装置。该装置采用与被监测的变压器初级并联的方法实施。整个装置与被监测的变压器初级在同一个电压下工作，因而是同步、同脉宽。该逆变弧焊整流器也即是一种全桥式开关电源。作为弧焊电源使用，极易产生磁偏，因此更须加装偏磁电流检测装置，予以保护。实施时，先要进行辅助电感L1的工艺制作设计，按以下六个要领进行。叙述要领时，同时对本实施例中的辅助电感L1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关电源变压器偏磁的监测方法、其特征是该方法有以下两个环节：其一、采用一个辅助电感、令其与被监测的开关电源中变压器初级在同一个或近似同一个电压条件下或分别在二个脉宽相等或近似相等、同步或近似同步、而幅值之比不变或近似不变的电压条件下工作，使其产生与变压器偏磁、过励磁相对应的励磁电流；其二、用一个具有取样与信号转换功能的电路从辅助电感中检出励磁电流，把其中代表被监测变压器偏磁与过励磁的电流转换成电压信号或开关量信号，以用于开关电源中偏磁调节电路与开关电源关断保护电路的输入控制信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈大可，
申请(专利权)人：陈大可，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]