一種使用電場耦合變壓器構成的直流變換器制造技術

一種使用電場耦合變壓器構成的直流變換器，包括三個主要組成部分，分別為產生正負交變高頻脈沖電壓的橋電路，電場耦合變壓器和橋式整流電路。電場耦合變壓器兩個輸入端與橋電路高頻脈沖電壓兩個輸出端連接，電場耦合變壓器的兩個輸出端與橋式整流電路兩個輸入端相連接。本實用新型專利技術沒有銅損和鐵損，避免了漏磁通干擾，能大幅度減少變換器的體積，更好地實現開關電源的小型化和高效化。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術電場耦合變壓器構成的直流變換器屬電學，特別是基本電子電路。
技術介紹
開關電源是調整元件工作在開關狀態(tài)的一類電源，它與線性電源相比，具有體積小和效率高的優(yōu)點。開關電源已經應用到所有的電子設備上，逐步取代連續(xù)控制方式的電源。直流變換器是開關電源的核心部分，隔離型變換器使用了高頻變壓器，隔離型變換器又有反激式，正激式，半橋式，橋式，推挽式等等各式電路，還有隔離型的電流、電壓諧振等工作方式電路。隨著電子信息產業(yè)的飛速發(fā)展，電源技術發(fā)展也很快，開關電源也采用了很多新技術，比如輕、薄、小型化技術，諧波電流抑制技術，軟開關技術以及采用新型的元器件，使得開關電源的性能指標愈加優(yōu)良完善。目前，世界各國正在大力研制開發(fā)新型開關電源，包括新理論，新型電路方案與新型功率器件等，以適應各種電子設備小型化，高效率化等要求，但到目前為止，帶鐵芯線圈的電感或變壓器仍然是開關電源小型化，高效率化的重要障礙。
技術實現思路
本技術的目的是提出一種使用電場耦合變壓器構成的直流變換器，取消隔離型開關電源中的鐵芯線圈磁耦合變壓器。本技術由直流電源Vi，電容C′1、C′2和兩只開關器件Q1、Q2組成半橋式電路，Q1、Q2受驅動電路控制，半橋式電路可輸出正負交替的高頻脈沖電壓，將電場耦合變壓器EFCT兩個輸入端與半橋電路兩個輸出端相連接，電場耦合變壓器EFCT的兩個輸出端與橋式整流電路的兩個輸入端相連接，橋式整流電路的輸出端再接濾波電路，就可得到受控的穩(wěn)定直流電壓，實現開關電源中的直流變換。如圖1所示，這是使用電場耦合變壓器構成的新型半橋雙端直流變換器的基本電路。該電場耦合變壓器構成的新型半橋雙端直流變換器的特征是，電場耦合變壓器與半橋電路高頻脈沖電壓輸出端口相連接變壓輸出再接橋式整流電路。電場耦合變壓器EFCT也可以通過耦合電容CO再與半橋電路輸出端口相連接，如圖2所示。耦合電容CO是容量比電場耦合變壓器等效電容容量大得多的電容，它的存在不影響EFCT變壓傳輸特性。該新型半橋雙端直流變換器的特征是，電場耦合變壓器通過耦合電容與半橋電路高頻脈沖電壓輸出端口相連接變壓輸出再接橋式整流電路。圖3所示為電場耦合變壓器EFCT的符號圖及其等效電路，因為EFCT的等效電路為電容串聯(lián)，所以用電容串聯(lián)電路代替圖1、圖2中的電場耦合變壓器EFCT，仍然構成同樣性能的半橋雙端直流變換器，如圖4、圖5所示。圖中等效的兩個電容C1、C2可以由多個電容器通過串并聯(lián)構成，甚至耦合電容也可以歸并到串聯(lián)的兩個電容之中，最后成為兩個電容串聯(lián)分壓輸出形式，因此，圖4所示新型雙端直流變換器的特征是，兩個電容串聯(lián)以后與半橋電路高頻脈沖電壓輸出端口相連接分壓輸出再接橋式整流電路；圖5所示新型雙端直流變換器的特征是，兩個電容串聯(lián)以后通過耦合電容與半橋電路高頻脈沖電壓輸出端口相連接分壓輸出再接橋式整流電路。由直流電源Vi，四只開關器件Q1、Q2、Q3、Q4組成全橋電路，也可以提供正負交替的高頻脈沖電壓，如圖6所示。將全橋電路的正負交替高頻脈沖電壓輸出代替半橋電路的正負交替高頻脈沖電壓輸出，相應地就組成了使用電場耦合變壓器構成的新型全橋雙端直流變換器，其特征與電場耦合變壓器構成的新型半橋雙端直流變換器的特征相同；組成了電場耦合變壓器帶耦合電容的新型全橋雙端直流變換器，其特征與電場耦合變壓器帶耦合電容的新型半橋雙端直流變換器的特征相同；組成了兩個電容串聯(lián)構成的新型全橋雙端直流變換器，其特征與兩個電容串聯(lián)構成的新型半橋雙端直流變換器的特征相同；組成了兩個電容串聯(lián)帶耦合電容的新型全橋雙端直流變換器，其特征與兩個電容串聯(lián)帶耦合電容的新型半橋雙端直流變換器的特征相同。將直流電源Vi與電感L和開關器件Q串聯(lián)，開關器件Q受驅動電路控制，電場耦合變壓器EFCT與電感L并聯(lián)，EFCT的輸出端與橋式整流電路的輸入端相連接，橋式整流電路的輸出端再接濾波電路，也可以得到受控的穩(wěn)定直流電壓，實現開關電源中直流轉換，如圖7所示，這是由電場耦合變壓器構成的新型單端直流變換器的基本電路。該新型單端直流變換器的特征是，電場耦合變壓器與產生高頻脈沖電壓的電感L并聯(lián)變壓輸出再接橋式整流電路。電場耦合變壓器EFCT可以通過耦合電容CO再與電感L并聯(lián)，耦合電容CO是容量比電場耦合變壓器等效電容容量大得多的電容，它的存在不影響EFCT變壓傳輸特性。該新型單端直流變換器的特征是，電場耦合變壓器通過耦合電容與產生高頻脈沖電壓的電感L并聯(lián)變壓輸出再接橋式整流電路。用電場耦合變壓器EFCT等效的兩個電容串聯(lián)取代圖7中的EFCT，仍然構成同樣性能的新型單端直流變換器，等效的兩個電容也可以由多個電容器通過串并聯(lián)構成，最后仍成為兩個電容串聯(lián)分壓輸出形式。兩個電容串聯(lián)構成的新型單端直流變換器的特征是，兩個電容串聯(lián)以后與產生高頻脈沖電壓的電感L并聯(lián)分壓輸出再接橋式整流電路；兩個電容串聯(lián)帶耦合電容構成的新型單端直流變換器的特征是，兩個電容串聯(lián)通過耦合電容與產生高頻脈沖電壓的電感L并聯(lián)分壓輸出再接橋式整流電路。本技術設計合理，結構簡單，能大幅度減小變換器的體積，更好地實現開關電源小型化和高效化。附圖說明圖1是EFCT構成的半橋雙端直流變換器基本電路圖2是EFCT帶耦合電容構成的半橋雙端直流變換器基本電路圖3是電場耦合變壓器的符號圖及等效電路圖4是電容串聯(lián)構成的半橋雙端直流變換器基本電路圖5是電容串聯(lián)帶耦合電容構成的半橋雙端直流變換器基本電路圖6是全橋電路輸出高頻脈沖電壓圖7是EFCT構成的單端直流變換器基本電路具體實施方式如圖1所示，這是使用電場耦合變壓器構成的新型半橋雙端直流變換器基本電路。基本電場耦合變壓器EFCT的結構是，兩個接電源或信號源的平行導體極板之間插入一個平行導體極板。每兩個導體極板之間的電場空間都充有絕緣介質，插入的平行導體極板是懸空的。利用插入的導體極板對原電場分割取出電場能量應該是電流能量形式才有實用意義，傳導電流是實體帶電粒子的定向移動形成，在一定時間里，有某種帶電粒子從插入的導體極板流出，形成了電流，也一定要有時間使等量的帶電粒子流入這個插入的導體極板，才會有下一時刻同樣大小電流從導體極板的流出，保證電場能量傳輸連續(xù)，這種現象不妨稱之為插入導體極板的電荷恢復。插入導體極板電荷恢復是電場耦合變壓器能夠向外傳輸電流能量的重要條件，由此推知，按插入導體極板電荷恢復的條件要求，電場耦合變壓器EFCT兩端的電壓或信號源就必須是正負交變的，才能以電流形式輸送電場能量。要得到正負交變的高頻脈沖電壓，可以用包括半橋、全橋的橋電路。由直流電源Vi，電容C′1、C′2和兩只開關器件Q1、Q2組成半橋式電路，Q1、Q2受驅動電路控制交替導通截止，半橋式電路即可輸出正負雙端交變的高頻脈沖電壓，將電場耦合變壓器EFCT兩個輸入端與半橋電路兩個輸出端相連接，EFCT即變壓輸出。再接入橋式整流和濾波電路，就可以得到受控的穩(wěn)定直流電壓輸出，如圖1所示。由直流電源Vi，四只開關器件Q1、Q2、Q3、Q4組成全橋電路，兩組對臂器件Q1、Q4和Q2、Q3受驅動電路控制交替導通截止，全橋電路也可輸出正負交替的高頻脈沖電壓，使用電場耦合變壓器EFCT及橋式整流和濾波電路，與半橋構成電路工作方式一樣，同樣可以得到受控的穩(wěn)定直流電壓輸出。輸本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種使用電場耦合變壓器構成的直流變換器，包括三個主要組成部分，分別為產生正負交變高頻脈沖電壓的橋電路，電場耦合變壓器和橋式整流電路，其特征是電場耦合變壓器與橋電路高頻脈沖電壓兩個輸出端相連接變壓輸出再接橋式整流電路。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：吳小樂，吳觀暉，
申請(專利權)人：吳觀暉，
類型：實用新型
國別省市：44[中國|廣東]