變壓器以及包括該變壓器的裝置的製作方法

2023-05-01 14:47:11 1

專利名稱：變壓器以及包括該變壓器的裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及電子領域，尤其涉及一種變壓器和包括該變壓器的裝置，更具體而言，涉及一種可以抑制變壓器初級側的大電流的變壓器以及包括該變壓器的裝置。
背景技 術隨著電子技術的發展，變壓器在各個領域得到了廣泛的應用。在變壓器實際應用中，在變壓器的初級側提供輸入電壓，而在變壓器的次級側感應出期望的電壓並將感應出的電壓輸出給負載網絡。在常見的變壓器應用中，在變壓器的次級側的負載網絡可以包括電容器等器件。例如，如圖1所示，常見的高壓點火器裝置100包括電壓源102 ；包括初級線圈 104和次級線圈106的變壓器；以及包括至少一個電容器108和至少一個二極體110的負載網絡。其中，負載網絡中的至少一個電容器和至少一個二極體可以布置成Cocroft-Walton 網絡；電壓源102向初級線圈104提供輸入電壓，次級線圈106感應出的電壓用於給至少一個電容器108充電。在次級側存在電容器的情況下，在每次對電容器進行充電時，在次級側需要有大電流來進行充電，相應地，在變壓器的初級側也會出現大電流。在初級側出現的大電流會對變壓器本身造成一定的威脅。在電流過大的情況下， 存在損壞變壓器的風險。為了避免上述問題，在現有技術中，一種解決方案是在變壓器中採用較為昂貴的耐大電流的材料和元件。此外，在現有技術中，另一種解決方案是在變壓器的次級側設置電流測量裝置， 該電流測量裝置與變壓器的初級側的輸入電壓源相連。當電流測量裝置探測到電流過大時，通知初級側的輸入電壓源來降低輸入電壓，由此實現了對大電流的抑制和對變壓器的保護。

發明內容
在下文中給出了關於本發明的簡要概述，以便提供關於本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述並不是關於本發明的窮舉性概述。它並不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的範圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍後論述的更詳細描述的前序。本發明的一個目的是提供一種變壓器，其可以以較低的成本和較為簡單的方式來抑制變壓器初級側的大電流，由此實現對變壓器的保護。本發明的另一個目的是提供一種包括該變壓器的裝置，其可以以較低的成本和較為簡單的方式來抑制裝置中的變壓器初級側的大電流，由此實現對裝置的保護。根據本發明的一個方面，提供了一種變壓器，包括初級線圈、次級線圈和位於初級線圈側的電流抑制裝置。其中，電流抑制裝置可以抑制由於對負載網絡中的電容器進行充電而在變壓器初級側引起的大電流；初級線圈可以接收輸入電壓，而次級線圈可以向負載網絡提供輸出電壓。根據本發明的一個方面，提供了一種包括上述變壓器的裝置，包括根據本發明實施例的變壓器、電壓源和負載網絡。其中，電壓源可以產生輸入電壓，負載網絡可以接收輸出電壓並包括至少一個電容器。通過以下結合附圖對本發明的最佳實施例的詳細說明，本發明的這些以及其他優點將更加明顯。


本發明可以通過參考下文中結合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細說明一起包含在本說明書中並且形成本說明書的一部分，而且用來進一步舉例說明本發明的優選實施例和解釋本發明的原理和優點。在附圖中圖1示出了現有技術的包括變壓器的高壓點火器裝置的示意圖；圖2示出了根據本發明一個實施例的變壓器的示意圖。圖3示出了根據本發明一個具體實施例的變壓器的示意圖。圖4示出了根據本發明一個具體實施例的變壓器的示意圖。圖5示出了根據本發明另一個實施例的包括變壓器的裝置的示意圖。
具體實施例方式在下文中將結合附圖對本發明的示範性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見， 在說明書中並未描述實際實施方式的所有特徵。然而，應該了解，在開發任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定於實施方式的決定，以便實現開發人員的具體目標，例如，符合與系統及業務相關的那些限制條件，並且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應該了解，雖然開發工作有可能是非常複雜和費時的，但對得益於本公開內容的本領域技術人員來說，這種開發工作僅僅是例行的任務。在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節而模糊了本發明，在附圖中僅僅示出了與根據本發明的方案密切相關的裝置結構和/或處理步驟，而省略了與本發明關係不大的其他細節。圖2示出了根據本發明一個實施例的變壓器的示意圖。如圖2所示，根據本發明實施例的變壓器200包括電流抑制裝置202，被配置成抑制由負載網絡中的電容器在變壓器初級側引起的大電流；初級線圈204，被配置成接收由電流抑制裝置202處理後的電壓作為輸入電壓；以及，次級線圈206，其被配置成根據輸入電壓來產生次級電壓，並將其提供給負載網絡。在根據本發明實施例的上述變壓器中，當負載網絡中的電容器在充電時，在初級線圈側引起的大電流通過電流抑制裝置204而得以抑制。由此可以保護變壓器不受損壞，因而，根據本發明實施例可以以簡單有效且成本較低的方式實現對變壓器的保護。此外，圖2所示的僅僅是示例，本發明不限於此，而是還可以以其它任意合適的方式進行改型。例如，在本發明的另一個實施例中，電流抑制裝置也可以與初級線圈串聯連接。電流抑制裝置可以通過各種合適的方式來實現對變壓器初級側大電流的抑制。例如 ，電流抑制裝置可以通過控制變壓器初級線圈側的輸入電壓或控制變壓器初級線圈側的電阻，來抑制初級線圈側的大電流並實現對變壓器的保護。 在本發明的一個實施例中，電流抑制裝置可以通過控制變壓器初級線圈側的輸入電壓來抑制由於對負載網絡中的電容器進行充電而在變壓器初級側引起的大電流。具體來說，電流抑制裝置可以通過調節初級線圈側的電壓源的輸入電壓的佔空比，來控制變壓器初級線圈側的大電流。在這種情況下，電流抑制裝置可以是能夠調節輸入電壓的佔空比的各種適當的裝置。在本發明的一個實施例中，電流抑制裝置可以是可編程邏輯編程(PLD)電路，其可以生成佔空比調節信號來調節輸入電壓的佔空比，進而控制變壓器初級線圈側的電流， 由此抑制了由負載網絡中的電容器在變壓器初級側引起的大電流。圖3示出了根據該實施例的變壓器的示意圖，其中作為電流抑制裝置的可編程邏輯編程電路302與電壓源並聯，向電壓源的電壓提供佔空比調節信號，由此可以調節初級線圈的輸入電壓的佔空比。此外，圖3中的電壓源、初級線圈、次級線圈、負載網絡可以分別對應於圖2中的電壓源、初級線圈、次級線圈、負載網絡，在此不再對它們進行重複描述以使說明書保持簡潔。可編程邏輯編程電路成本不高且編程方式簡單，因而根據本發明實施例可以以較低的成本和較簡單的方式來抑制變壓器初級線圈側的大電流並實現對變壓器的保護。此外，可編程邏輯電路還可以根據不同的情況來靈活地調節輸入電壓的佔空比， 因而對不同的應用場景具有靈活性。在通過調節輸入電壓的佔空比來控制變壓器初級線圈側的電流的情況下，可以採用各種合適的佔空比調節方式。在本發明的一個實施例中，可以逐級增加輸入電壓的佔空比。具體來說，可以在最低佔空比和額定佔空比之間分成若干水平，隨著充電的進行， 按從低到高的順序，逐級地升高佔空比的水平。例如，在高壓點火器的應用中，最低佔空比和額定佔空比優先地可以為10%和 50 %，並且可以將其分為5個等級，在充電過程中，逐級地提高佔空比。這樣，在充電開始時即在次級側存在大的充電電流的情況下，由於初級側輸入電壓的佔空比較低，初級線圈側的電流也較低，所以可以抑制此時變壓器初級線圈側出現的大電流。而隨著充電的進行，次級側電流逐漸減少，但初級側的佔空比在逐級增加，因而初級側的電流也可以保持穩定，由此實現了將初級側電流穩定在額定水平，使得可以在次級側充電過程中保持初級側電流的穩定。因而，根據本發明實施例的變壓器可以在次級側電容器的充電期間保持初級側電流的穩定，避免了大電流的衝擊，實現了對變壓器的保護。在本發明的另一個實施例中，也可以隨時間線性地增加輸入電壓的佔空比。
具體來說，在電容器的充電過程中，可以在最低佔空比和額定佔空比之間線性地增加輸入電壓的佔空比。這樣，在充電開始時即在次級側存在大的充電電流的情況下，由於輸入電壓的佔空比較低，初級線圈側的電流也較低。所以可以抑制在變壓器次級側電容充電時在變壓器初級線圈側出現的大電流。而隨著充電的進行，次級側電流逐漸減少，但初級側的佔空比在逐漸增加，因而初級側的電流也可以保持穩定，由此實現了將初級側電流穩定在額定水平，使得可以在次級側充電過程中保持初級側電流的穩定。因而，根據本發明實施例的變壓器可以在次級側電容器的充電期間保持初級側電流的穩定，避免了大電流的衝擊，實現了對變壓器的保護。

在上述實施例中，通過調節輸入電壓的佔空比來控制變壓器初級線圈側的電流，其中，佔空比的調節方式包括逐級增加和線性增加，但是這兩種方式也僅僅作為示例而提出，本發明不限於此，還可以以其它合適的方式調節。例如也可以非線性地增加輸入電壓的佔空比。此外，電流抑制裝置抑制變壓器初級側的大電流的方式不限於以上的實施例，在本發明的另一個實施例中，電流抑制裝置還可以通過改變變壓器初級線圈側的電阻來抑制變壓器初級側的大電流。在本發明的一個實施例中，在變壓器初級側出現大電流時，電流抑制裝置可以呈現出較高的電阻，從而起到抑制大電流的作用。此外，在變壓器初級側電流迅速降低至額定值過程中，電流抑制裝置的電阻也可以逐漸降低，以實現變壓器初級側電流的穩定。在本發明的一個具體實施例中，能夠通過改變變壓器初級線圈側的電阻來抑制變壓器初級側大電流的電流抑制裝置例如可以包括與初級線圈串聯的阻值隨溫度變化的可變電阻器。圖4示出了根據該實施例的變壓器的示意圖。如圖4所示，作為電流抑制裝置的可變電阻器402與初級線圈404串聯連接，由此可以實現降流的作用。此外，圖4中的電壓源、初級線圈、次級線圈、負載網絡可以分別對應於圖2、3中的電壓源、初級線圈、次級線圈、負載網絡，在此不再對它們進行重複描述以使說明書保持簡潔。具體來說，該可變電阻器的阻值可以隨溫度而變化。當流過電阻器的電流較大 (即溫度較高)時，電阻器呈現出較高的電阻值以降低電流，而當流過電阻器的電流較小 (即溫度較低)時，電阻器呈現出較低的電阻值以使電流保持穩定。因而，根據本發明實施例的變壓器可以在次級側電容器的充電期間保持初級側電流的穩定，避免了大電流的衝擊，實現了對變壓器的保護。此外，以上描述的通過調節輸入電壓來抑制變壓器初級側大電流的方案和通過調節變壓器初級側電阻來抑制變壓器初級側大電流的方案僅僅是示例，本發明不限於此，而是還可以採用其它方式來抑制由負載網絡中的電容器在變壓器初級側引起的大電流。例如，在本發明的另一個實施例中，可以將上述的兩種方式組合起來，以抑制由負載網絡中的電容器在變壓器初級側引起的大電流。本發明實施例還提供了一種包括變壓器的裝置。在本發明的一個實施例中，包括變壓器的裝置包括根據任意上述實施例的變壓器；電壓源，被配置成產生輸入電壓；負載網絡，被配置成接收次級線圈的輸出電壓並包括至少一個電容器。在上述裝置中，在變壓器的初級側包括了電流抑制裝置，所以可以抑制在次級側電容充電期間在初級側出現的大電流，保持初級側電流的穩定，實現對變壓器的保護。其中，負載網絡可以是任何包括電容器的負載網絡。在本發明的 一個實施例中，負載網絡包括布置成考爾夫特沃爾頓 (Cocroft-Walton)網絡的至少一個電容器以及和至少一個二極體。在這種情況下，根據該實施例的包括變壓器的裝置可以是高壓點火器。圖5示出了根據本發明實施例的包括變壓器的裝置的示意圖。如圖5所示，該裝置包括電壓源510、電流抑制裝置502、初級線圈504、次級線圈 506、至少一個電容器508和至少一個二極體512。其中，電流抑制裝置502、初級線圈504、 次級線圈506構成了變壓器；至少一個電容器508和至少一個二極體512被布置成考爾夫特沃爾頓網絡並構成了負載網絡。此外，圖5中的電壓源、電流抑制裝置、初級線圈、次級線圈可以分別對應於任意上述實施例中的電壓源、電流抑制裝置、初級線圈、次級線圈，在此不再對它們進行重複描述以使說明書保持簡潔。如上所述，當對變壓器次級側的至少一個電容器進行充電時，在變壓器初級側出現的大電流可以被電流抑制裝置502抑制。由此，在根據本發明實施例的裝置中，可以以簡單有效和成本較低的方式使變壓器初級側的電流保持穩定，減少對裝置中的變壓器的衝擊，實現了對裝置的保護。此外，圖5僅僅是示例，本發明也不限於此。圖5中的各個組成部件也可以以其它任何合適的方式構成。例如，圖5所示的電容器和二極體的數目不限於圖5中所示的兩個，也可以是其它任何合適的數目。再例如，圖5中所示電流抑制裝置不限於圖5所示的並聯連接的方式，而是也可以與初級線圈串聯連接。再例如，儘管圖5所示的初級線圈504為一個線圈，但本發明不限於此。在本發明的另一個實施例中，初級線圈504也可以包括兩個或更多個獨立的線圈，每個線圈由各自的MOS開關來開關使得該兩個或更多個線圈交替地作為初級線圈而工作。另外，應理解，本文所述的各種示例和實施例均是示例性的，本發明不限於此。各個實施例也可以進行相互的組合。因此，不應將實施例視為具有任何限定性的含義。最後，還需要說明的是，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。此外，在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。以上雖然結合附圖詳細描述了本發明的實施例，但是應當明白，上面所描述的實施方式只是用於說明本發明，而並不構成對本發明的限制。對於本領域的技術人員來說，可以對上述實施方式作出各種修改和變更而沒有背離本發明的實質和範圍。因此，本發明的範圍僅由所附的權利要求及其等效含義來限定。
權利要求
1.一種變壓器，包括電流抑制裝置，被配置成抑制由負載網絡中的電容器在變壓器初級側引起的大電流；初級線圈，被配置成接收輸入電壓；次級線圈，被配置成向負載網絡提供輸出電壓。
2.根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述電流抑制裝置被配置成通過控制輸入電壓來抑制由負載網絡中的電容器在變壓器初級側引起的大電流。
3.根據權利要求2所述的變壓器，其中，所述電流抑制裝置被配置成通過逐級增加來自電壓源的輸入電壓的佔空比來調節初級側的電流。
4.根據權利要求2所述的變壓器，其中，所述電流抑制裝置被配置成通過線性增加來自電壓源的輸入電壓的佔空比來調節初級側的電流。
5.根據權利要求1所述的變壓器，其中，所述電流抑制裝置被配置成通過改變初級線圈側的電阻來抑制由負載網絡中的電容器在變壓器初級側引起的大電流。
6.根據權利要求1所述的變壓器，所述電流抑制裝置包括可編程邏輯電路和可變電阻器中的至少一個。
7.一種包括變壓器的裝置，包括根據上述權利要求1-6中任一項的變壓器；電壓源，被配置成產生輸入電壓；負載網絡，被配置成接收輸出電壓並包括至少一個電容器。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述負載網絡包括布置成考爾夫特沃爾頓網絡的至少一個電容器以及和至少一個二極體。
全文摘要
本發明公開了一種變壓器以及包括該變壓器的裝置。所述變壓器包括電流抑制裝置，被配置成抑制由負載網絡中的電容器引起的大電流；初級線圈，被配置成接收輸入電壓；次級線圈，被配置成向負載網絡提供輸出電壓。因而可以實現變壓器初級側電流的穩定，實現對變壓器的保護。
文檔編號H01F27/34GK102385976SQ201010270650
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者何海翔, 江萬春, 馬丁·布呂克爾 申請人:奧斯蘭姆有限公司