一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器的製作方法
2023-05-30 22:25:41
專利名稱：一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變壓器，具體地說是一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器。
背景技術：
現有的變壓器有兩種電磁變壓器和壓電陶瓷變壓器。前者基於電磁感應現象，是比較成熟的技術，其原理是從電能到磁能再到電能的轉化過程，不可避免的存在轉換效率低、容易發熱、有電磁噪聲等問題；後者1956年由C. A. Rosen發明，它具有重量輕、能量密度高、效率高、外形小、運行過程無電磁噪聲以及不易燃性等優點，應用範圍越來越廣。現在壓電陶瓷變壓器的應用分為兩種，一種是由低壓變成高壓的升壓變壓器，用於液晶顯示 器、靜電除塵器和高壓電源中，國內外都已形成規模生產，使用範圍比較有限。另一種是由高壓變成低壓的降壓變壓器，現在仍處於研究開發階段，據最新報導，日本富士通公司利用LiNb03單晶製成了 15 mmX15 mmXO. 5mm的壓電陶瓷變壓器樣機，該樣機工作頻率4 MHz、輸出功率為3(T40W，可用於降壓型開關電源。但由於鈮酸鋰晶體的成本很高，不適於大規模工業生產應用，不利於產品推廣；本發明的設計人之前發明了一種基於多層高介電材料的超小型介電陶瓷變壓器，工作頻率為50Hz，可以實現11:1的變壓比，利用市電可以獲得交流20V，IOmA的電源，但是其缺點是輸出功率僅為毫瓦級別的，距離實用有一定的距離。在現代電子技術領域中，變壓器是一個必備的組件，一種價格低廉，發熱量小，轉化效率高的壓變壓器一直是一個技術難題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器，其轉換效率高，電損耗非常少，發熱量小。本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器，包括微處理器、串並聯轉換電路、分壓比較電路和全波整流電路，變壓器的交流輸入端與全波整流電路連接，全波整流電路的正向輸出端分別接分壓比較電路和串並聯轉換電路，所述的串並聯轉換電路包括多個分壓電容器，多個分壓電容器之間通過由微處理器控制的光電耦合開關電路串接，上述串接的分壓電容器中，第一個分壓電容器通過一個由微處理器控制的光電耦合開關電路與全波整流電路的正向輸出端連接，最後一個分壓電容器接地，串並聯轉換電路中每個分壓電容器的兩端分別通過二極體與變壓器直流輸出端的正極和負極連接，二極體在分壓電容器向變壓器直流輸出端放電時導通，反向則關斷；變壓器直流輸出端的正極還串接有一個由微處理器控制的光電耦合開關電路；所述的分壓比較電路包括一個電壓比較器和兩條與全波整流電路正向輸出端連接的電阻分壓電路，其中一條電阻分壓電路與穩壓電路連接，電壓比較器的兩個輸入端分別與兩條電阻分壓電路連接，電壓比較器的輸出端與微處理器連接；微處理器根據從分壓比較電路採集到的信息，控制各光電耦合開關電路的通斷，從而控制分壓電容器的串並聯轉換，分壓電容器串聯時由輸入端充電，並聯時向輸出端放電，從而實現電壓變換。所述的電阻分壓電路由兩個串聯的電阻構成，電阻分壓電路的一端與全波整流電路正向輸出端連接，另一端接地，兩個電阻之間的線路與電壓比較器連接。所述的穩壓電路由二極體和電容器構成，二極體串接在電阻分壓電路與全波整流電路正向輸出端的連接線路中，並且二極體的正極與全波整流電路正向輸出端連接；電容器的一端接地，另一端與二極體的負極連接。所述的全波整流電路為橋式整流電路。本發明的工作原理是所設計的變壓器由多個分壓電容器串並聯組成，其本質是通過微處理器編程控制對多個分壓電容器的串聯充電和並聯放電。通過分壓比較電路使得充、放電電壓維持在峰值電壓附近10%左右。
串聯時，切斷負載，如果輸入為交流電(峰值)電壓為Ul，分壓電容器電容為C，共有η個，每個分壓為U2，則Ul=nU2。切斷電源，使電容器並聯，輸出電壓U2=Ul/n。輸出電壓近於直流，實現了降壓變壓的目的。通過改變η的數值可實現對輸出電壓的自由調控輸出。通過提高電容值或改變輸入頻率，可以獲得大的輸出功率。本發明的有益效果是利用微處理器根據電壓比較器測得的輸入電壓峰值的變化控制光電耦合開關電路的通斷，從而控制分壓電容器的串並聯轉換。分壓電容器串聯時切斷輸出端，由輸入端對分壓電容器充電，分壓電容器並聯時切斷輸入端，由分壓電容器向輸出端放電。實現了串聯分壓充電後並聯放電的新型換能方式。與電磁變壓器相比，所用器件功耗非常小，因此這種變壓器的轉換效率非常高，發熱量也很小。
圖I是本發明的結構示意圖。
具體實施例方式結合
本發明的實施方式。一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器，包括微處理器CPU、串並聯轉換電路、分壓比較電路和全波整流電路。變壓器的交流輸入端AC與全波整流電路連接，通過全波整流電路將輸入的正弦波的負半周反向。全波整流電路的正向輸出端分別接分壓比較電路和串並聯轉換電路。所述的串並聯轉換電路包括多個分壓電容器，分壓電容器的設置數量決定了變壓器的變壓比，單一分壓電容器的容值大小決定了變壓器的負載能力。圖I所示的實施例中設有Cl、C2、C3、C4四個分壓電容器，可以實現4:1的變壓比。四個分壓電容器之間通過由微處理器控制的光電耦合開關電路串接。圖I中所示串接在四個分壓電容器之間的光電稱合開關電路分別為U2、U3、U4。每個分壓電容器之間利用光電稱合開關電路的輸出進行串接，便於接A(T220V，50Hz市電。上述串接的分壓電容器中，第一個分壓電容器Cl通過一個由微處理器控制的光電I禹合開關電路Ui與全波整流電路的正向輸出端連接，最後一個分壓電容器C4接地。串並聯轉換電路中每個分壓電容器的兩端分別通過二極體與變壓器直流輸出端DC的正極和負極連接。圖I中二極體D1、D2、D3、D4的負極接變壓器直流輸出端DC的正極，二極體D5、D6、D7、D8的正極接變壓器直流輸出端DC的負極。變壓器直流輸出端的正極還串接有一個由微處理器控制的光電耦合開關電路U5。微處理器CPU根據從分壓比較電路採集到的輸入電壓峰值信息，控制各光電耦合開關電路的通斷，從而控制分壓電容器的串並聯轉換。當光電耦合開關電路U1、U2、U3、U4導通，U5關閉時，四個分壓電容器串接，變壓器輸入電壓向四個分壓電容器充電，四個分壓電容器經過分壓後，每個電容的最大充電電壓為輸入電壓的1/4。當光電耦合開關電路U1、U2、U3、U4關閉，U5導通時，四個分壓電容器變為並接並向變壓器直流輸出端DC放電。所述的分壓比較電路用於判斷輸入電壓的峰值情況。圖I所示的實施例中，分壓比較電路包括一個電壓比較器(本實施例採用的是LM393晶片)，兩條與全波整流電路正向輸出端連接的電阻分壓電路。其中一條電阻分壓電路與穩壓電路連接，通過穩壓電路將該電阻分壓電路的壓降穩定在一個固定值，通過調整電阻分壓電路以及穩壓電路的參數，即可調整該固定值的大小。另一條電阻分壓電路的壓降則隨輸入電壓不斷變化。電壓比較器的兩個輸入端分別與兩條電阻分壓電路連接，電壓比較器的輸出端與微處理器連接，當兩條電阻分壓電路的壓降相等時，電壓比較器向微處理器輸出一個信號，微處理器根據設定的程序控制分壓電容器的串並聯轉換。 所述的電阻分壓電路由兩個串聯的電阻構成，如圖I所示，Rl和R2構成一條電阻分壓電路。R3和R4構成一條電阻分壓電路。電阻分壓電路的一端，即電阻Rl、R3端與全波整流電路正向輸出端連接，另一端接地。每條電阻分壓電路中兩個電阻之間的線路與電壓比較器連接。所述的穩壓電路由二極體D9和電容器C5構成，二極體串接在電阻分壓電路與全波整流電路正向輸出端的連接線路中，並且二極體的正極與全波整流電路正向輸出端連接；電容器的一端接地，另一端與二極體的負極連接。所述的全波整流電路為橋式整流電路。本發明中，所用的分壓電容器可採用高介電陶瓷電容器，例如鈦酸鋇基陶瓷製成的電容器，這種介電材料在室溫附近的相對介電常數大於25000 ;損耗小於O. I,工作時無極化翻轉損耗。製成的電容器體積小，便於使用。以圖I所示設有四個分壓電容器的方式為例，採用IOyf的分壓電容器，變壓器交流輸入端輸入電壓為36V，頻率為50Hz，變壓器直流輸出端輸出電壓為為9V，可以實現4:1的變壓比，輸出功率約為4瓦。若用若干組這樣的裝置串聯起來，可以直接從市電220V, 50Hz降壓為我們需要的任何電壓。經反覆實驗驗證本發明所設計的變壓器具有價格低廉，發熱量小，轉化效率高的優點、且具備工藝簡單、結構緊湊、生產成本低廉等顯著特點。
權利要求
1.一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器，其特徵在於包括微處理器、串並聯轉換電路、分壓比較電路和全波整流電路，變壓器的交流輸入端與全波整流電路連接，全波整流電路的正向輸出端分別接分壓比較電路和串並聯轉換電路，所述的串並聯轉換電路包括多個分壓電容器，多個分壓電容器之間通過由微處理器控制的光電稱合開關電路串接，上述串接的分壓電容器中，第一個分壓電容器通過一個由微處理器控制的光電耦合開關電路與全波整流電路的正向輸出端連接，最後一個分壓電容器接地，串並聯轉換電路中每個分壓電容器的兩端分別通過二極體與變壓器直流輸出端的正極和負極連接，二極體在分壓電容器向變壓器直流輸出端放電時導通，反向則關斷；變壓器直流輸出端的正極還串接有一個由微處理器控制的光電耦合開關電路；所述的分壓比較電路包括一個電壓比較器和兩條與全波整流電路正向輸出端連接的電阻分壓電路，其中一條電阻分壓電路與穩壓電路連接，電壓比較器的兩個輸入端分別與兩條電阻分壓電路連接，電壓比較器的輸出端與微處理器連接；微處理器根據從分壓比較電路採集到的信息，控制各光電耦合開關電路的通斷，從而控制分壓電容器的串並聯轉換，分壓電容器串聯時由輸入端充電，並聯時向 輸出端放電，從而實現電壓變換。
2.如權利要求I所述的一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器，其特徵在於所述的電阻分壓電路由兩個串聯的電阻構成，電阻分壓電路的一端與全波整流電路正向輸出端連接，另一端接地，兩個電阻之間的線路與電壓比較器連接。
3.如權利要求I所述的一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器，其特徵在於所述的穩壓電路由二極體和電容器構成，二極體串接在電阻分壓電路與全波整流電路正向輸出端的連接線路中，並且二極體的正極與全波整流電路正向輸出端連接；電容器的一端接地，另一端與二極體的負極連接。
4.如權利要求I所述的一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器，其特徵在於所述的全波整流電路為橋式整流電路。
全文摘要
一種利用微處理器控制電容器串並聯轉換的變壓器，變壓器的交流輸入端與全波整流電路連接，全波整流電路的正向輸出端分別接分壓比較電路和串並聯轉換電路，串並聯轉換電路包括多個通過光電耦合開關電路串接的分壓電容器，串並聯轉換電路中每個分壓電容器的兩端分別通過二極體與變壓器直流輸出端的正極和負極連接；分壓比較電路包括一個電壓比較器和兩條與全波整流電路正向輸出端連接的電阻分壓電路，其中一條電阻分壓電路與穩壓電路連接，電壓比較器的兩個輸入端分別與兩條電阻分壓電路連接，輸出端與微處理器連接。實現了串聯分壓充電後並聯放電的新型換能方式。與電磁變壓器相比，所用器件功耗非常小，轉換效率非常高，發熱量也很小。
文檔編號H02M3/06GK102843047SQ20121028283
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者李立本, 周鋒子 申請人:河南科技大學