无铁芯电子变压器制造技术

本实用新型专利技术涉及变压器技术。它提供一种由半导体器件和阻容元件组成的无铁芯、无绕组的电源变压器，包括正半波电路、负半波电路、电子开关和充电二极管，可用于降压、升压和三端、四端电路，可输出直流、交流。它免去笨重的铁芯和绕组，节约金属材料，减少重量和体积，减少空载耗电，实现电源变压器电子化，也可制成三相电源变压器和无铁芯电源变压器的轻便电焊机。（*该技术在1998年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及变压器技术。众所周知的电源变压器均由笨重的铁芯和线圈绕组组成，不仅笨重，需要大量的矽钢片、铜线和其它金属材料，而且空载耗电大。本技术的目的是提供一种由半导体器件和阻容元件组成的无铁芯、无绕组的电源变压器，以便实现变压器电子化。本技术所述的无铁芯电子变压器包括正半波电路、负半波电路、电子开关和充电二极管。正半波电路由两个以上(含两个)的正半波电路节串联组成，每一个正半波电路节包括正半波整流管与电容串联，电容两端有并联电阻，正半波整流管的正端为电子变压器的公共输入端。同理，负半波电路也由两个以上(含两个)的负半波电路节串联组成，每一个负半波电路节包括负半波整流管与电容串联，电容两端有并联电阻，负半波整流管的负端为电子变压器的公共输入端，即负半波整流管的负端与正半波整流管的正端相连作为电子变压器的公共输入端。电子开关即为电路控制开关，用于自动变换正、负半波电路中电容器充放电过程，该电子开关连接于正半波整流管的输出端和负半波整流管的输出端与电子变压器输出端之间。电子开关可采用配对的开关三极管，其b极与e极之间串接充电用的二极管，在充电时，它把开关三极管关闭，又不影响充电。正、负半波电路节中的电容器两端并联电阻为均压电阻。刀开关与充电二极管配合，当任一边的开关同时合上时，电容器就由串联状态变成并联状态而通过负载放电，此时充电二极管就起了并联隔离作用，使各电容器自成放电回路。无铁芯电子变压器的基本原理就是以电子开关为手段，自动变换电容器的并串联充、放电过程，达到降压和升压输出的目的。其中作为降压用的电子变压器要求电子开关将电容器串联充电变为并联放电，并联放电后又变为串联充电；作为升压用的电子变压器要求电子开关将电容器并联充电变换为串联放电，串联放电后又变换为并联充电。用于降压的无铁芯电子变压器首先把交流电源的正弦波分解为正半波和负半波，并分别输入正、负半波电路。正半波在0°～180°的时间内对其电路中的串联电容器充电(高正压输入)；在180°～360°的时间内，电容器自动变成并联放电(低正压输出)。负半波在180°～360°的时间内，对其电路中的串联电容器充电(高负压输入)；在360°～540°的时间内，电容器自动变成并联放电(低负压输出)。正、负半波在各自的电路中，在各自的半周时间内自动充放电，互不影响。低正压和低负压在公共负载上形成低压交流输出。如果电源频率为50HZ，那么降压工作在1／50秒内完成。降压后的频率和电源频率相同，但相位角落后180°。电容器串联充电时，联接电容器间的二极管是开通的，而作为放电用的开关二极管和开关三极管在电压作用下处于关闭。电容器之所以自动变成并联，是因为充电半波回到零电位(停止充电)电容器通过开关三极管的发射极——基极——均压电阻放电而打通开关三极管，各电容器通过各自的开关三极管——负载——二极管大量放电，即输出。正半波电路节之间、负半波电路节之间可均设有隔离二极管。用于升压的无铁芯电子变压器其原理与用于降压的类似。不同的是升压要求开关管在电源信号控制下，把各等值的电容器并联充电(低压输入)，充电半波过后电容器能自动变成串联放电(高压输出)。升压线路中的各电容器之间用开关三极管连接，而降压线路中则用开关二极管连接。本技术采用若干个电容器均压充放电原理，所以降压输出电压是输入电压的1／n，即Uout≤1／n Uin，升压输出电压是输入电压的n倍，即Uout≤nUin，其中n为半波充电的电容器个数。本技术可以用于多级变压，即把前级的输出作为后级的输入。例如输入电压为Ui1，第一级降压变压器输出为Uo1≤1／n1Ui1，第二级降压变压器的输出电压为Uo≤1／n1×1／n2Ui1。同理，输入电压为Ui1，第一级升压变压器输出为Uo1≤n1Ui1，第二级升压变压器的输出电压为Uo≤n1·n2Ui1。与现有的变压器相比，由于无铁芯电子变压器采用半导体器件和阻容元件组成，免去笨重的铁芯、绕组，节约了大量的金属材料，减少了变压器的重量和体积，减少了空载耗电，其功率和效率主要由电子元件的参数和性能决定。由此，可实现电源变压器的电子化，也可制成三相电源变压器，无铁芯电源变压器的轻便电焊机。以下附图和实施例对本技术将做进一步的说明。附图说明图1给出无铁芯电子变压器的电原理图。其中D11－D14，C11－C14，R11－R14组成正半波电路，D11′－D14′，C11′－C14′，R11′－R14′组成负半波电路，D21－D23，D21′－D23′为充电二极管与刀开关K1－K4，K1′－K4′配合。实施例1，1／4无铁芯电子变压器(三端)。图2为1／4无铁芯电子变压器电原理图。当电源的正半波对正半波电路充电时，全部PNP开关管Q被关闭；正半波过后，电容C通过e极——b极——均压电阻R微量放电，全部PNP管同时自动导通，各电容器通过PNP管——负载——二极管到电容器负极放电。当正半波电路在并联放电的时间内，正是负半波在对负半波电路充电。充电时把全部NPN开关三极管Q′关闭，负半波过后，电容通过均压电阻——b极——e极微量放电，全部NPN管导通，各电容器通过二极管——负载——NPN管到电容器负极放电。正半波电路和负半波电路在公共负载上放电的相位差180°，方向相反，一个周期的降压输出就此完成，紧接着下一个周波，不断循环，从而实现降压目的。元件参数的选择应根据负载所要求的电压和功率，计算出负载电流，求出各元件的参数。对于降压变压器，电容器串联充电时的电流相当一次电流，电容器并联放电输出相当于二次电流。设电源电压为220V，50HZ，要求输出电压为40V，功率为20W。由此可选择n＝5；负载电流I＝20W／40V＝0.5A，每节正、负半波电路负担的电流为I／n＝0.1A，可选择开关管的电流值大于100mA。对三端电路，靠近电源输入端的管子能承受的反向电压要求高于电源电压的 倍，而靠近输出端的管子耐压也应高于输出电压的 倍，中间节的管子耐压选择上述两电压值的阶梯数值。对电容器之间起串联充电和并联隔离的二极管耐压，则要求高于输出电压的 倍即可。均压电阻R＝输出电压／Ib，其中Ib是在特定电压下，使开关三极管饱和导通的基极电流。R不仅起均压作用，而且起饱和导通的偏置电阻作用。根据半波充电时间选为1／100秒，其电容值可选为25μf。由于充电时电容器串有二极管内阻，因此，可适当增加电容值，例如C＝47μf。电容器的耐压要求大于输出电压的 倍。适当增加二极管、三极管的电流值和电容器的容量，可增强变压器的过载能力。实施例2，4倍升压无铁芯电子变压器(三端)。图3为4倍升压无铁芯电子变压器原理图。在升压电路中，输入时并联充电，开关三极管集中起来由电源信号统一控制，输出时串联放电，电容间的开关三极管由各自的电容器放电自动打开。开关三极管的e、b极间串接充电用的二极管。元件的选择与实施例1相似。实施例3，四端无铁芯电子降压变压器。图4为输出低压的四端无铁芯电子变压器原理图。上述的三端无铁芯电子变压器有固定的零火线，对于四端无铁芯电子变压器，输入端的相线和零线可固定，但最好可以互换。输入为交流，输出可为交流，也可为直流。当要求输入端的相线和零线可互换输入时，为了因电源线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铁芯的电子变压器，其特征在于它包括正半波电路、负半波电路、电子开关和充电二极管，（１）所说的正半波电路由两个以上（含两个）的正半波电路节串联组成，每一个正半波电路节由正半波整流管与电容器串联，正半波整流管的正端为电子变压器的公共输入端；（２）所说的负半波电路由两个以上（含两个）的负半波电路节串联组成，每一个负半波电路节由负半波整流管与电容器串联，负半波整流管的负端为电子变压器的公共输入端，即负半波整流管的负端与正半波整流管的正端相连作为电子变压器的公共输入端；（３） 用于自动变换正、负半波电路中电容器充放电过程的电子开关连接于正半波整流管的输出端和负半波整流管的输出端与电子变压器输出端之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑祖钦，
申请(专利权)人：郑祖钦，郑天蓝，
类型：实用新型
国别省市：35[中国|福建]