專利名稱：脈沖變壓的電容技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是交直流電路中一項完全新型的變壓技術(shù)，同時又是一項大功率脈沖的產(chǎn)生技術(shù)。
現(xiàn)有的帶工頻變壓器的開關(guān)電源電路，可稱之為脈沖變壓的互感技術(shù)，其線路結(jié)構(gòu)如附圖
(1)所示。其缺點是一.工頻變壓器的結(jié)構(gòu)隨頻率而變，工藝要求苛刻，體積和重量隨頻率的降低而加大；二.高次諧波的輻射不可避免，功率越大頻率越高，此種輻射越厲害，損人健康。
本發(fā)明利用多個電容器，配以開關(guān)元件和開關(guān)電路，組成了電容轉(zhuǎn)換器，用以代替互感技術(shù)中的互感變壓器，再加上專有的開關(guān)信號處理技術(shù)，構(gòu)成了脈沖變壓的電容技術(shù)。電容技術(shù)的實施成形物的整體，可稱為電容變壓器。電容變壓器與互感變壓器都遵從相同的變壓公式V1I1＝V2I2因為電容變壓器輸出的是足夠純潔的工頻電流，因此電容變壓器，也是一個大功率脈沖電流發(fā)生器。
附圖(2)和(3)是電容技術(shù)的方框圖，分為升壓技術(shù)和降壓技術(shù)。圖中，W1為降壓轉(zhuǎn)換器，W2為升壓轉(zhuǎn)換器，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，示于圖(4)和圖(5)。
從圖中可以看出W2W2的核心是電容器。W1中有n+1個，n+1是所降電壓的倍數(shù)；W2中有n個，n是所升電壓的倍數(shù)。
W1的功能是當(dāng)向它充電時，AB兩點間等于充電電壓V，當(dāng)充完電并去除充電電壓后，AB兩點間的電壓立即降為V/(n+1)。為什么會這樣？因為充電時，D11，D12……D1n；D21，D22……D2n等n個D1n和n個D2n均處于截止?fàn)顟B(tài)，D1，D2……Dn等n個Dn均處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此，n+1個電容便呈現(xiàn)串聯(lián)狀態(tài)。而當(dāng)充完電并除去充電電壓，則n個D1n和n個D2n即變截止為導(dǎo)通，而n個Dn則變導(dǎo)通為截止。因此，n+1個電容便立即改串聯(lián)為并聯(lián)。串聯(lián)充電后并聯(lián)放電，那么，充放電電壓電流的關(guān)系不言而喻。
W2的功能是當(dāng)向它充電時，AB兩點和CD兩點間均是輸入電壓V(略去D11和D2n的管壓降)。當(dāng)除去充電電源時，AB間電壓化為零，CD間電壓則升高到接近nV。為了實現(xiàn)這種升壓，可令n-1個Qn，于充電時截止，于放電時導(dǎo)通。W2中的電容器于充電時并聯(lián)，于放電時串聯(lián)。
W1和W2中所有的D為單向?qū)щ娦栽琎為晶體管或真空管，C為電容器。
方框圖中的K1和K2是電子開關(guān)，為實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換器的連續(xù)工作而設(shè)。因此，當(dāng)K1打開，K2應(yīng)關(guān)閉。相反，當(dāng)K1關(guān)閉，K2應(yīng)打開。在升壓技術(shù)中，還要求W2中的n-1個Q的開關(guān)動作與K2同步。
脈沖變壓的電容技術(shù)有如下優(yōu)點一.由電容器把輸入端的能量轉(zhuǎn)送到輸出端，除開關(guān)元件消耗小部份能量外，別無其它損耗，因此較之利用互感變壓器更節(jié)能；二.變壓過程不產(chǎn)生任何高次諧波，堪稱為高效高靈敏度的脈沖功率放大器，因此，脈沖變壓的電容技術(shù)有極其廣泛的應(yīng)用，包括種種家電、工業(yè)裝置、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)施等等，均可以利用它來更新產(chǎn)品，使產(chǎn)品微型化；三.體積小、重量輕、工藝簡單、安全可靠。
下面列舉種種應(yīng)用中的幾種一.電容電焊機用降壓技術(shù)把市電降至40-60伏，便可作為電焊機使用。因為改變輸出電壓和功率，只須改變轉(zhuǎn)換器中電容器的個數(shù)。因此，電容電焊機極易做到一機多能，適應(yīng)種種焊接要求。更何況小巧玲瓏、節(jié)能、不產(chǎn)生傷人的諧波輻射。
二.超聲波、電火花形成機因為電子開關(guān)K1K2的功率可任意設(shè)計，而即使是大功率，對開關(guān)信號的功率依然是低要求。因此，可隨意改變電容變壓器的輸出電流的頻率和頻率成份，適應(yīng)不同工業(yè)裝置的要求。
三.各種精度的直流電源只要按功率要求選用轉(zhuǎn)換器中電容器的容量，則可做到。在所需電流變化范圍內(nèi)，輸出電壓穩(wěn)定不變。因此，該控制的僅僅是輸入電壓的浮動。故極易實現(xiàn)高精度的穩(wěn)壓。
四.電磁灶與微波爐電磁灶若改用降壓的電容變壓器提供脈沖電流，微波爐若改用升壓的電容變壓器代替現(xiàn)有微波爐中的高壓變壓器，則不但可大大降低成本，而且工藝變得簡單易行。
五.調(diào)頻廣播電臺和微波發(fā)射裝置所有大功率發(fā)射裝置，為使有足夠發(fā)射功率，末級功放均采用丙類放大，這不但使功放管易損壞，且效率低，提高發(fā)射功率不容易。采用電容技術(shù)則不必丙類放大，發(fā)射功率只與電子開關(guān)的功率以及轉(zhuǎn)換器中電容器的容量有關(guān)，因此，大功率電臺可微型化。
六.高壓發(fā)生器例如X光機電源、臭氧發(fā)生器、靜電噴漆、…均需要功率較大的高壓電源。常規(guī)的產(chǎn)生高壓的方法除對所用元件極苛求外，工藝也麻煩。但使用電容技術(shù)的升壓技術(shù)則剛好相反，因轉(zhuǎn)換器中所有電容處于串聯(lián)放電狀態(tài)。且直流輸出時，K2只須用耐高壓的二極管就可以了。
實踐證明，脈沖變壓的電容技術(shù)存在最佳的實施方式。下面以電容電焊機作為降壓技術(shù)的實施例，直流倍壓器作為升壓技術(shù)的實施例，藉以顯示這種實施方式。
附圖(6)是電容電焊機電路原理圖。
在圖(6)中，D1D2D3D4組成橋式整流電路，D1和D3又充當(dāng)電子開關(guān)K1。此電路中用了二個電容變壓器，一個作用于交流電正半周，一個作用于負(fù)半周，其目的是把會引致觸電事故的火線與輸出端隔離開。正半周的K2由Q1Q2Q3組成，這三個晶體管按達(dá)林頓方式連接，故也可用一個PNP型達(dá)林頓代替。負(fù)半周的K2由Q4Q5組成，也可用一個NPN型的這林頓代替。W1和W2是兩個完全相同的n+1＝8的降壓轉(zhuǎn)換器，L1L2是二個電感線圈，繞在同一個鐵芯上。它們有共同的次級線圈L0用作風(fēng)冷電機的供電線圈。D9D10是Q1和Q4的保護(hù)二極管。因為正負(fù)半周這二個變壓器的輸出端，按正與正，負(fù)與負(fù)并接在一起，輸出電流難免互相倒灌。L3和L4用于限制放電時瞬間電流過大，也用于作輸出端短接時的交流負(fù)載。它們也繞在同一鐵芯上。
先說明正半周電容變壓器的工作過程。
當(dāng)交流電的正半周開始，電流便經(jīng)過D1W1D2使W1充電。因為還有電流從D5流向L1，故通過D1后進(jìn)入Q3的發(fā)射結(jié)，再通過D7D1的電流不能發(fā)生，因此，Q3得不到偏流，故整個PNP型達(dá)林頓處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)負(fù)半周到來，通過D1和D5的電流沒有了，于是，W1上大約40V的直流電，立即穿越Q3的發(fā)射結(jié)，通過D7R1流向L1，即Q3已經(jīng)獲得偏置電流，于是PNP型達(dá)林頓隨之飽和導(dǎo)通，即K2已被打開。因此，正半周這個電容變壓器，于正半周時充電，于負(fù)半周時放電。K1(即D1)和K2(即Q1Q2Q3)按前述方式打開和關(guān)閉。
負(fù)半周的電容變壓器工作過程與正半周完全相同。所不同的只是于負(fù)半周充電，于正半周放電。其中的L2，于正半周時作為Q5的上偏置使用。
因此，電容電焊機的輸出端出現(xiàn)大約40V100HZ的單向脈沖電壓。Q1Q4的功率越大，W1W2的電容器容量越大，輸出電流也越大。其實，圖(6)不只可作電焊機。上述的許多種應(yīng)用，均可使用這個電路。這個電路的特點，除采用電容轉(zhuǎn)換器外，就是K1K2開關(guān)信號的選取方法。實踐證明，最佳選取方法應(yīng)當(dāng)是1.K1的開關(guān)信號當(dāng)輸入為交流電時，取交流電的變化規(guī)律作為開關(guān)信號，所需的其它頻率信號，可加插在K2的開關(guān)信號中；當(dāng)輸入為直流電時，則所需的開關(guān)信號由另設(shè)的振蕩器或開關(guān)電路產(chǎn)生；2.K2的開關(guān)信號最好以轉(zhuǎn)換器上方的A點相對于B點的電位變化規(guī)律作為開關(guān)信號，其它頻率信號可加插在這個信號的包絡(luò)之中。圖(6)中K1K2的信號就是按這種方法選取的因輸入是交流電，故K1(即D1和D3)以50HZ作開關(guān)信號，當(dāng)A點或C點的電壓降至低于40伏，開關(guān)K2(即達(dá)林頓)便打開。
附圖(7)是直流倍壓器的原理圖。
圖中虛線方框中，就是n＝2的升壓轉(zhuǎn)換器，M1M2為二個光電耦合器，其中三極管部分用作Q4Q5的上偏置，發(fā)光管部分則串聯(lián)起來，由流過Q3的電流來點亮。Q1Q2組成多諧振蕩器。Q2還作為電子開關(guān)K1使用。開關(guān)K2則由Q5承擔(dān)。這個電路輸出的是脈沖電流，若需直流，可把Q5M2去掉，換為一個二極管，再在輸出端加接一個電解電容器。
這個電路中K1K2所需開關(guān)信號，按上述最佳選取方法選取。這表現(xiàn)在，A點相對于B點的電位變化規(guī)律，被二極管D1引用作Q3的開關(guān)信號。也表現(xiàn)在，K1的開關(guān)信號由多諧振蕩器提供。因輸入為直流電。
權(quán)利要求
1.脈沖變壓的電容技術(shù)包括二個可以分開單獨使用的內(nèi)容(1).用電容轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)交直流電壓電流的互相轉(zhuǎn)變，其變化關(guān)系遵從變壓公式，轉(zhuǎn)換器的功能的特點是串聯(lián)充電并聯(lián)放電(降壓技術(shù))和并聯(lián)充電串聯(lián)放電(升壓技術(shù))，轉(zhuǎn)換器中的元件D，是指一切具有單向?qū)щ娦缘脑?，轉(zhuǎn)換器中的Q，是指一切可以產(chǎn)生開關(guān)作用的元件。(2).用于特設(shè)的開關(guān)電路的特有開關(guān)信號處理方法，這種方法最主要之點是在轉(zhuǎn)換器A端取開關(guān)K2的開關(guān)信號，然后，別的需要加入而尚未加入的信號可包絡(luò)于這個信號之中。
2.利用權(quán)利要求1可以制作出種種新產(chǎn)品。新產(chǎn)品和傳統(tǒng)產(chǎn)品的區(qū)別是新產(chǎn)品中出現(xiàn)電容變壓器的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
脈沖變壓的電容技術(shù)是一種交直流電路中的變壓技術(shù)，同時又是一種簡便地產(chǎn)生高低壓大功率脈沖電流的技術(shù)。它由多個電容器配以開關(guān)元件和開關(guān)電路，以及開關(guān)信號的特有選擇方法而構(gòu)成。其實施成型物稱之為電容變壓器。電容變壓器體積小、重量輕、工藝簡單易行、節(jié)能，可用于種種家電、工業(yè)裝置、醫(yī)療設(shè)備和通訊設(shè)施，使這些產(chǎn)品更新?lián)Q代，具備高效化、微型化等特點而占據(jù)傳統(tǒng)產(chǎn)品的市場。
文檔編號H02M7/00GK1155180SQ95118818
公開日1997年7月23日 申請日期1995年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月27日
發(fā)明者林中才 申請人:林中才, 張轉(zhuǎn)如