直流分压器制造技术

本发明专利技术公开了一种用电容器、二极管和开关组成的电能变换器－直流分压器，它是一个单向传输的器件，它在输入、输出交替进行的工作条件下，能够将输入的高电压实行分压，以直流低电压输出，它的输入、输出阻抗传输比为Ｎ↑［２］，“Ｎ”表示它包含电容的个数。本发明专利技术和传统的交流变压器相比，在特性上呈现互补对应的关系，在电源设备中可以替代变压器的降压功用。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电能变换器，尤其涉及一种由电容器、二极管和开关组成的、用以将输入的高电压变换成直流低电压输出的直流分压器。交流变压器是用电感线圈和铁芯组成的电能变换器，自它被专利技术以来的一百几十年时间里，在电力、电子工程中得到广泛的应用，几乎独立担当着电能变换的任务。然而，由于受到其本身性能、特点的限制，它已不能完全适应现代电气设备的小型化、省材料、能耗低的发展要求。交流变压器是双向传输的器件，它的输入、输出都是交流，这一特性决定了绝大多数电力输电线都是以交流电方式供电的，交流供电方式虽然为动力系统的用电带来了许多方便，但同时也产生了交流电网并网困难，输电线路利用率不高，损耗大，以及制式不统一的问题;另外还在用电系统中造成了相位损耗和交、直流的变换损耗等。长期以来，寻求一种新的，能够在性能、体积、效率等综合指标上优于变压器的电能变换器一向是人们在努力探索的课题。在用电系统中，随着现代微电子技术的发展，迫切需要为计算机、现代通信设备及其它自动化设备解决低电压、大电流、小体积、高可靠电源设备，为此，人们采用高频控制技术对变压器进行了改造，产生了开关电源，经过多年的努力，伴随着高频功率器件的发展，终于使几瓦、几十瓦乃至数千瓦功率的开关电源得到日益广泛的应用。但是，目前的开关电源仍须依靠变压器进行电压变换，在高频状态下工作的变压器又带来了反峰电压高、存在辐射干扰、大功率制作困难等问题。尤其是高频变压器还存在一个功率极限问题。用提高变压器工作频率的办法可以减少变压器初、次级线圈的匝数，从而达到缩小变压器体积的目的，但是，随着变压器工作频率的提高它的感抗也随之增大，这又限制了它的输出功率，也就是说，提高变压器的工作频率和增大变压器的输出功率之间是矛盾的，两者难以兼顾，这就是开关电源发展了二三十年而其实用功率只能局限在几瓦至几千瓦范围内的原因。开关电源技术可以提高设备的效率，是节约电能的有效途径，但是在一些用电量大、效率低的低压大电流设备如电解、电镀、电焊等电源设备上实际应用开关电源仍存在一定困难，而这一部分设备所消耗的电能占工业用电的比例极大，对这些设备进行技术改造，达到大幅度节能的目的，是电力电子工程技术亟待突破的应用领域。电源技术革命的关键在于解决电能变换器问题。我们知道，电感和电容是电工学中两个基本的储能元件，它们的电特性呈完全对应的关系，变压器是用电感做成的电能变换器，那么，是否可以用电容做出电能变换器呢？它的性能又会是怎样的呢？先请对比两组公式电感中储存的能量＝LI2/2(J)电容中储存的能量＝CV2/2(J)令两式相等并代入一定的量1mH×1002A/2(J)＝100μf×1002V/2(J)上式表明1毫亨的电感通过100安电流所储存的能量与1000微法的电容充电至100伏电压所储存的能量相等。经验告诉我们，在工程实践中以上电感和电容的体积会有相当的悬殊，后者的体积可以做得很小，且很容易实现，而前者只要看通过100安电流的导线的截面积就能想像出它所需要的体积了。毫无疑问，就储能的性能来说，电容要比电感优越得多，这一优势在用电容做成的电能变换器上也会得到肯定的体现。再如感抗＝2πfL(Ω)容抗＝1/2πfC(Ω)感抗是电感量与频率的乘积，它随频率的提高而增大;容抗是电容量与频率的乘积的倒数，它随频率的提高而减小。电容的这一特性恰恰是我们所需要的，它意味着人们可以采取改变电容工作频率的办法，得到不同的输出功率;用提高工作频率的办法得到大的功率输出。本专利技术的目的在于提供一种输出功率大、效率高、节能的直流分压器;本专利技术的另一目的在于提供一种体积小、造价低且适合于集成化和系列化生产的直流分压器;本专利技术的又一目的在于提供一种对其输出适用调频控制的直流分压器。根据本专利技术的一个方面，提供一种直流分压器，它包括由多个串联连接的储能电路与一隔离二极管串联组成的输入回路，以及由多个释能电路并联组成且与所述输入回路交替工作的输出回路;所述储能电路包括一输入二极管以及连接在该输入二极管负极的电容器，所述释能电路包括所述电容器以及与所述电容器串联连接的第一和第二输出二极管;所述第一输出二极管的正极连接到所述电容器的一个与所述输入二极管负极相连接的端点上，所述第二输出二极管的负极连接到所述电容器的另一端点上。根据本专利技术的另一方面，提供一种直流分压器，它包括由多个串联连接的储能电路与连接在各储能电路之间的隔离二极管组成的输入回路，以及由多个释能电路并联组成且与所述输入回路交替工作的输出回路;所述储能电路包括一电容器，所述释能电路包括所述电容器以及与所述电容器串联连接的至少一个输出二极管。根据本专利技术的直流分压器，由于它在输入、输出交替进行的工作条件下，可以对输入的高电压实行分压，变换成直流低电压输出，故在电气设备中可以替代变压器降压的功用，具有体积小、造价低、适合于集成化和系列化生产的特点。此外，本专利技术的直流分压器采用电容器作为基本储能元件，实现了低损耗、高效率的电能转换。而且，本专利技术的直流分压器，由于其工作频率与输出功率成正比关系，故其工作频率不受限制，可以采取调频的方式控制其输出功率，并可以调频方式得到稳定的功率输出。以下将结合附图和实施例对本专利技术的直流分压器作进一步的详细描述。附图说明图1是本专利技术直流分压器第一个实施例的电原理图;图2是本专利技术直流分压器第二个实施例的电原理图;图3是图1虚线内部所示一个直流分压器的简图;图4表示图3所示的直流分压器当用工频电源直接输入时的连接示意图;图5是表示图3所示的直流分压器当用工频电源经全波整流滤波后输入时的连接示意图;图6表示图3所示的直流分压器组合用于三相电源输入时的连接示意图;图7表示图3所示的直流分压器串联连接的示意图;图8表示图3所示的直流分压器用于多个电压输出的示意图。参见图1，本专利技术直流分压器(以下简称分压器)的第一个实施例包括多个电容器和二极管，其中，D1、C1;D2、C2;……DN、CN以及DD顺序串联组成输入回路;D1-2、C1、D1-1、D2-2、C2、D2-1……DN-2、CN、DN-1分别先串联后并联组成输出回路。其中，C1、C2……CN为输入输出回路所共有，且C1＝C2……CN，DD为隔离二极管。在分压器的输入、输出回路里各设置一只控制开关K1和K2，K1、K2交替地打开和闭合，以满足分压器的工作条件，这样就形成了分压器的工作电路。当一足够高的电源电压通过K1正向加于分压器的输入端时，电容被串联充电，同时将电源电压分为N个相等的电压，由于各电容上相对应的二极管的反向阻断作用，随在各电容上形成并保持住一个独立的具有一定能量的电场，这时分压器完成了储能和分压的过程;接下来，打开K1闭合输出开关K2，电容就以并联的形式放电输出，放电起始电压是各电容上的充电电压，即充电电源峰值电压的分压，以上是分压器实行电能变换的过程。分压器实行电能的变换由储能和释能两个过程组成，这两个过程不能在同一时间里进行，必须借助控制开关K1和K2来分开输入、输出的时间，分压器才能正常工作，这是分压器的工作条件。K1和K2不能同时处于闭合的状态，不然会使输入、输出短路，从而形成破坏性的后果，这是不允许的，我们把它称为“禁止状态”;只要避免禁止状态，则分压器的工作频率不受限制，可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流分压器，其特征在于包括由多个串联连接的储能电路与一隔离二极管串联组成的输入回路，以及由多个释能电路并联组成且与所述输入回路交替工作的输出回路；所述储能电路包括一输入二极管以及连接在该输入二极管负极的电容器；所述释能电路包括所述电容器以及与所述电容器串联连接的第一和第二输出二极管；所述第一输出二极管的正极连接到所述电容器的一个与所述输入二极管负极相连接的端点上，所述第二输出二极管的负极连接到所述电容器的另一端点上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：周符明，
申请(专利权)人：周符明，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]