CN202142986U - 节能电子变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能电子变压器。该节能电子变压器包括：电源模块，外接市电，并将市电转换为变压器所需的直流驱动电信号和交流控制电信号输出；变压模块，将所述电源模块输出的直流驱动电信号转换为驱动曝光灯所需的大功率高频方波交流电信号；以及控制模块，包括脉宽调制控制单元，控制所述变压模块进行变压动作，并对所述变压模块进行过流保护和过热保护。与漏磁变压器相比，该节能电子变压器可以精确地控制占空比，调节输出的电压，提高稳压精度，大幅度降低驱动曝光灯所需的能耗。

Description

节能电子变压器

技术领域

本实用新型涉及一种节能电子变压器，特别涉及一种用于大功率PCB曝光灯的节能电子变压器及其操作方法。

背景技术

现使用的PCB曝光灯电源均是采用漏磁变压器供电。漏磁变压器属于漏磁升压干式变压器的范畴，用于负载急剧变化而又要求逐步趋于稳定状态的电子设备中，如曝光灯电源等设备。这一类负载表现为开始工作时阻抗较大，需要较高的瞬间电压；而当稳定工作时，负载阻抗较小，需将负载电流限制在允许值内，以使其能正常工作。

但是这种漏磁变压器由于响应速度慢、精度不够高，并且工作中受电源波动和负载设备电气特性的影响较大，会造成不必要的能耗。

实用新型内容

本实用新型是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种采用脉宽调制(PWM)技术的大功率PCB曝光灯节能电子变压器。与漏磁变压器相比，该节能电子变压器可以精确地控制占空比，调节输出的电压，提高稳压精度，大幅度降低驱动曝光灯所需的能耗。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

该节能电子变压器包括：电源模块，外接市电，并将市电转换为变压器所需的直流驱动电信号和交流控制电信号输出；变压模块，将所述电源模块输出的直流驱动电信号转换为驱动曝光灯所需的大功率高频方波交流电信号；以及控制模块，包括脉宽调制(PWM)控制单元，按照脉宽调制技术原理控制所述变压模块进行变压动作，并对所述变压模块进行过流保护和过热保护。

进一步地，所述电源模块包括滤波器、辅助电源、整流单元和滤波单元，其中：所述滤波器包括三个星形连接的滤波电容，该滤波器外接380V交流工频市电并进行滤波；所述辅助电源为一个变压器，其原边连接在所述滤波器的两根相线上，其副边向所述控制模块提供控制电信号；所述整流单元为桥式整流电路，将所述滤波器输出的三相交流电信号转换为直流电信号；所述滤波单元为RC滤波电路，对所述整流单元输出的直流电信号进行滤波。

进一步地，所述滤波单元包括：串接在所述整流单元的两个输出端之间的第一电容和第二电容，该两个电容的公共端接地；一个串联在所述整流单元的两个输出端之间的第三电容；一个与上述第三电容并联的第一电阻；以及，串联在所述整流单元的两个输出端之间的第四电容和第五电容。

进一步地，所述变压模块包括逆变单元、升压单元和镇流滤波单元；其中，所述逆变单元接收所述电源模块输出的直流驱动电信号，并在所述PWM控制单元的控制下将该直流驱动电信号转换为交流方波电压信号；所述升压单元是一个高频变压器，将所述逆变单元输出的交流方波电压信号进行升压；所述镇流滤波单元对所述升压单元输出的电信号进行镇流滤波处理，并将处理后的电信号输出给用电负载。

进一步地，所述逆变单元是半桥式逆变电路，其中一个桥臂由第一开关管和第二开关管串联组成，所述第一开关和第二开关均是功率不小于5KW的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块，所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极串联；另一个桥臂由第四电阻、第六电容、第五电阻和第七电容依次串联形成，第四电阻的另一端和所述第一开关管的集电极连接，第七电容的另一端和所述第二开关管的发射极连接；并且，所述第一开关的栅极串联有第二电阻，该第二电阻的另一端和所述第一开关的发射极分别连接在所述PWM控制单元上；所述第二开关的栅极串联有第三电阻，该第三电阻的另一端和所述第二开关的发射极分别连接在所述PWM控制单元上。

进一步地，所述高频变压器的原边的一端既接在第五电阻和第六电容的公共端，又连接在第一开关管和第二开关管的公共端，而所述高频变压器的原边的另一端则连接在第四电容和第五电容的公共端。

进一步地，所述镇流滤波单元包括分别对所述升压单元的两路输出进行滤波的两个电容和一个对所述升压单元的输出回路进行镇流的第一电感。

进一步地，所述控制模块还包括一个检测单元，检测所述变压模块的输出回路中的电流大小，并输出对应的检测信号给所述PWM控制单元；一个过热检测单元，检测所述变压模块的输入回路中的电流大小，并输出对应的检测信号给所述PWM控制单元；并且，所述PWM控制单元在所述检测单元的检测信号超过一定阈值时，调整所述变压模块减小脉冲宽度占空比；所述PWM控制单元在所述过热检测单元的检测信号超过一定阈值时，切断所述变压模块的电压输出。

进一步地，所述PWM控制单元的控制核心是SG3525芯片，该脉宽调制控制单元上连接有全功/半功转换开关、点灯开关、电源指示灯、故障指示灯、电压表和电流表；其中，所述全功/半功转换开关控制所述SG3525芯片对所述变压模块占空比的输出信号；所述点灯开关控制所述SG3525芯片打开/关断所述变压模块输出驱动电压的输出信号；所述电源指示灯在所述PWM控制单元处于通电状态时点亮；所述故障指示灯在所述PWM控制单元处于故障状态时点亮；所述电压表指示工作状态的输出电压值；所述电流表指示工作状态的输出电流值。

一种操作所述节能电子变压器的操作方法，包括如下步骤：

1)打开变压器的电源开关；

2)调整变压器的输出功率为额定值的一半；

3)打开曝光灯的开关；

4)待变压器的输出电流上升至额定电流后，将变压器的输出功率调整到额定值的满额。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、采用了具有脉宽调制(PWM)功能的SG3525芯片作为控制单元的核心，可以根据检测到的反馈信号迅速准确地调整变压器的输出电压，其稳压精度高，10％的电源电压变动对于用电负载的供电不会产生任何影响；

2、选用大功率IGBT，即功率为5KW以上的IGBT，作为半桥式逆变电路的开关管，具有驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及安全工作区大等优点；

3、半桥式逆变电路中的两个IGBT开关管在断态时承受的峰值电压均为输入电压，由于电容的隔直作用，半桥式逆变电路对由于两个开关管导通时间不对称而造成的变压器原边电压的直流分量具有自动平衡作用，不易发生变压器偏磁和直流磁饱和的问题，无须另加隔直电容，能够简化电路；

4、高频变压器的原边并联的电阻和电容组成RC吸收电路，可以吸收高频尖峰；

5、与曝光灯管串联的电感器可以把灯管产生的驻波滤掉；

6、因为选用了体积小、功能强、精度高的SG3525芯片、I GBT开关管等元件，并针对这些元件优化了电路，所以该节能电子变压器的整体体积和重量均小于同规格的漏磁变压器，而其节能效果提高约40％，受该变压器驱动的曝光灯的光波强度则提高约5％、寿命提高至少20％；

7、用高频变压器的输出电压来驱动负载，可以在加载的瞬间提供较高的瞬间电压，起到和传统的漏磁变压器相近似的输出效果，非常适用于驱动曝光灯一类的设备。

附图说明

图1是实施例一节能电子变压器的原理框图；

图2是实施例一节能电子变压器的电路图；

图3是实施例一节能电子变压器的机壳正面视图；

图4是实施例一节能电子变压器的机壳背面视图；

图5是实施例一节能电子变压器的操作方法流程图。

图2中的各方框标记定义如下：

1-滤波器，2-辅助电源，3-整流单元，4-滤波单元，5-逆变单元，6-升压单元，7-镇流滤波单元，8-检测单元，9-PWM控制单元，10-过热检测单元。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的优选具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例一

一种节能电子变压器，包括：电源模块，用于外接市电，并将市电转换为变压器所需的直流驱动电信号和交流控制电信号输出；变压模块，将所述电源模块输出的直流驱动电信号转换为驱动曝光灯所需的大功率高频方波交流电信号；以及控制模块，包括控制核心是SG3525芯片的脉宽调制控制单元，按照脉宽调制(PWM)技术原理控制所述变压模块进行变压动作，并对所述变压模块进行过流保护和过热保护。

具体地，如图1和2所示，所述脉宽调制控制单元是PWM控制单元9，所述电源模块包括滤波器1、辅助电源2、整流单元3和滤波单元4，其中：所述滤波器1包括三个星形连接的滤波电容和三根相线A、B、C，该滤波器1外接380V交流工频市电并进行滤波；所述辅助电源2为一个变压器BT1，其原边连接在所述滤波器1的B、C两根相线上，其副边向所述PWM控制单元9提供控制电信号；所述整流单元3为桥式整流电路，将所述滤波器1输出的三相交流电信号转换为直流电信号；所述滤波单元4为RC滤波电路，对所述整流单元3输出的直流电信号进行滤波。所述滤波单元4包括：串接在所述整流单元3的两个输出端之间的第一电容C1和第二电容C2，C1和C2的公共端接地；一个串联在所述整流单元3的两个输出端之间的第三电容C3；一个与C3并联的第一电阻R1；以及，串联在所述整流单元3的两个输出端之间的第四电容C4和第五电容C5。该RC滤波电路可以吸收电路中的高频尖峰，增强电路的稳定性。

所述变压模块包括逆变单元5、升压单元6和镇流滤波单元7；其中，所述逆变单元5接收从所述滤波单元4输出的直流驱动电信号，并在所述PWM控制单元9的控制下将该直流驱动电信号转换为交流方波电压信号；所述升压单元6是一个高频变压器T1，将所述逆变单元5输出的交流方波电压信号进行升压；所述镇流滤波单元7对T1输出的电信号进行镇流滤波处理，并将处理后的电信号输出给曝光灯管或其他用电负载。所述逆变单元5是半桥式逆变电路，其中一个桥臂由第一开关管Q1和第二开关管Q2串联组成，Q1和Q2均是功率不小于5KW的IGBT模块，Q1的发射极与Q2的集电极串联；另一个桥臂由第四电阻R4、第六电容C6、第五电阻R5和第七电容C7依次串联形成，R4的另一端和Q1的集电极连接，C7的另一端和Q2的发射极连接；并且，Q1的栅极串联有第二电阻R2，R2的另一端和Q1的发射极分别连接在所述SG3525芯片上；Q2的栅极串联有第三电阻R3，R3的另一端和Q2的发射极分别连接在SG3525芯片上。T1的原边的一端既接在R5和C6的公共端上，又连接在Q1和Q2的公共端上，而T1的原边的另一端则连接在C4和C5的公共端。Q1和Q2中点的电压等于整流单元3整流后输出的直流电压的一半，Q1、Q2交替导通就在T1的副边形成幅值为T1原边输入电压一半的交流方波电压。通过SG 3525芯片控制Q1和Q2各自的导通和关断的时间比，即占空比，就可以方便地改变T1的副边输出的平均电压。本例中，Q1和Q2在SG3525芯片的控制下可以输出频率为20KHz的高频方波交流电。如果Q1和Q2不产生导通/关断的交互动作，则T1的原边一侧不会产生交流电压，从而在T1的副边一侧不会产生电压输出。Q1和Q2在断态时承受的峰值电压均为T1的原边输入电压，由于电容的隔直作用，半桥式逆变电路对由于Q1和Q2导通时间不对称而造成的变压器原边电压的直流分量具有自动平衡作用，不易发生变压器偏磁和直流磁饱和的问题，无须另加隔直电容，能够简化电路。

所述镇流滤波单元7包括分别对T1的两路输出进行滤波的两个电容C8、C9和一个对T1的输出回路进行镇流的第一电感L1；C8的一端接在T1的一个输出端上，另一端与C9相接，C8和C9的公共端接地，C9的另一端接在T1的另一个输出端上。工作时，L1与曝光灯管形成串联电路，从而可以滤掉灯管产生的驻波，避免驻波引起灯管中电弧的不稳、闪烁或熄灭，从而保护灯泡和镇流电路不至于过热。经过镇流滤波后，上述两路输出端之间可以得到稳定的输出电压。通过选择T1和IGBT模块Q1、Q2的规格，在PWM控制单元的调整下，能够将该输出电压调整到需要的数值，例如常用于曝光灯管的550V。如果负载设备对电压的高低有其他要求，既可以通过调节PWM控制单元9对Q1和Q2的控制信号来实现对输出电压的调整，也可以通过选用合适规格的T1来实现对输出电压的调整，还可以将这两种手段结合使用来调整输出电压。

所述控制模块还包括一个检测单元8，检测T1的输出回路中的电流大小，并输出对应的检测信号给所述PWM控制单元9；一个过热检测单元10，检测T1的输入回路中的电流大小，并输出对应的检测信号给所述PWM控制单元9；并且，所述PWM控制单元9在所述检测单元8的检测信号超过对应于电路中电流过流的阈值时，调整Q1和Q2的动作，以减小T1输入电压中的脉冲宽度占空比，从而使T1的平均输出电压降低，达到对输出电信号过流保护的目的。该阈值的设定可以根据负载设备的运行要求，在SG3525芯片的检测回路中设计一个具有匹配阻值的电阻来实现，阻值越高，该阈值越高，则过流保护动作的起始电流值越高；所述PWM控制单元9在所述过热检测单元10的检测信号超过对应于电路中达到过热状态电流的阈值时，切断SG3525芯片的PWM信号输出，使Q1和Q2处于关断状态，则T1的电压输出为0，达到过热保护的目的。具体地，检测单元8是一个串接在T1的输出回路中的电感L2，过热检测单元10是一个串接在T1的输入电路中的小磁环L3，L2和L3输出的检测信号均为感应电流。

所述PWM控制单元9上连接有全功/半功转换开关、点灯开关、电源指示灯、故障指示灯、电压表和电流表；其中，所述全功/半功转换开关控制所述SG3525芯片调整Q1和Q2占空比的输出信号；所述点灯开关控制所述SG3525芯片打开/关断Q1和Q2，从而控制T1输出/切断驱动电压；所述电源指示灯在所述PWM控制单元(9)处于通电状态时点亮；所述故障指示灯在所述PWM控制单元(9)处于故障状态时点亮；所述电压表指示工作状态下节能电子变压器的输出电压值；所述电流表指示工作状态下节能电子变压器的输出电流值。

上述节能电子变压器的外壳如图3和4所示，在外壳正面设置了“电源”指示灯、“报警”指示灯(即所述故障指示灯)、电流表“A”和电压表“V”、“电流”调节旋钮、“遥控”开关、“遥控/本机”转换开关、“全功/半功”转换开关和“点灯/关灯”开关，在外壳背面设置了三相的“输入”接线端子和两相的“输出”接线端子。

一种操作上述节能电子变压器的手动操作方法，如图5所示，包括如下步骤：

1)打开变压器的电源开关，即合闸电源开关后打开本机开关；

2)调整变压器的输出功率为额定值的一半，即将全功/半功切换开关切到半功位置；

3)打开曝光灯的开关，即按下点灯开关；

4)待变压器的输出电流上升至额定电流后，将变压器的输出功率调整到额定值的满额，即当电流表上升至到额定电流后将全功/半功切换开关切到全功位置。

上述步骤3中，按下点灯开关后，由于曝光灯的驱动电压来自T1，其启动瞬间的电压很高，随后则变得稳定，可以适应曝光灯设备的负载特性。

以上公开的仅为本实用新型的较优具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种节能电子变压器，其特征在于，包括：

电源模块，外接市电，并将市电转换为变压器所需的直流驱动电信号和交流控制电信号输出；

变压模块，将所述电源模块输出的直流驱动电信号转换为驱动曝光灯所需的大功率高频方波交流电信号；以及

控制模块，包括脉宽调制控制单元(9)，控制所述变压模块进行变压动作，并对所述变压模块进行过流保护和过热保护。

2.根据权利要求1所述的节能电子变压器，其特征在于：所述电源模块包括滤波器(1)、辅助电源(2)、整流单元(3)和滤波单元(4)，其中：

所述滤波器(1)包括三个星形连接的滤波电容，该滤波器(1)外接380V交流工频市电并进行滤波；

所述辅助电源(2)为一个变压器(BT1)，其原边连接在所述滤波器(1)的两根相线上，其副边向所述控制模块提供控制电信号；

所述整流单元(3)为桥式整流电路，将所述滤波器(1)输出的三相交流电信号转换为直流电信号；

所述滤波单元(4)为RC滤波电路，对所述整流单元(3)输出的直流电信号进行滤波。

3.根据权利要求2所述的节能电子变压器，其特征在于：所述滤波单元(4)包括：

串接在所述整流单元(3)的两个输出端之间的第一电容(C1)和第二电容(C2)，该两个电容(C1、C2)的公共端接地；

一个串联在所述整流单元(3)的两个输出端之间的第三电容(C3)；

一个与上述第三电容(C3)并联的第一电阻(R1)；以及，

串联在所述整流单元(3)的两个输出端之间的第四电容(C4)和第五电容(C5)。

4.根据权利要求1所述的节能电子变压器，其特征在于：所述变压模块包括逆变单元(5)、升压单元(6)和镇流滤波单元(7)；其中，

所述逆变单元(5)接收所述电源模块输出的直流驱动电信号，并在所述脉宽调制控制单元(9)的控制下将该直流驱动电信号转换为交流方波电压信号；

所述升压单元(6)是一个高频变压器(T1)，将所述逆变单元(5)输出的交流方波电压信号进行升压；

所述镇流滤波单元(7)对所述升压单元(6)输出的电信号进行镇流滤波处理，并将处理后的电信号输出给用电负载。

5.根据权利要求4所述的节能电子变压器，其特征在于：所述逆变单元(5)是半桥式逆变电路，其中一个桥臂由第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2)串联组成，所述第一开关(Q1)和第二开关(Q2)均是功率不小于5KW的绝缘栅双极型晶体管模块，所述第一开关管(Q1)的发射极与所述第二开关管(Q2)的集电极串联；

另一个桥臂由第四电阻(R4)、第六电容(C6)、第五电阻(R5)和第七电容(C7)依次串联形成，第四电阻(R4)的另一端和所述第一开关管(Q1)的集电极连接，第七电容(C7)的另一端和所述第二开关管(Q2)的发射极连接；并且，

所述第一开关(Q1)的栅极串联有第二电阻(R2)，该第二电阻(R2)的另一端和所述第一开关(Q1)的发射极分别连接在所述脉宽调制控制单元(9)上；

所述第二开关(Q2)的栅极串联有第三电阻(R3)，该第三电阻(R3)的另一端和所述第二开关(Q2)的发射极分别连接在所述脉宽调制控制单元(9)上。

6.根据权利要求5所述的节能电子变压器，其特征在于：所述高频变压器(T1)的原边的一端既连接第五电阻(R5)和第六电容(C6)的公共端，又连接第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2)的公共端，而所述高频变压器(T1)的原边的另一端则连接在第四电容(C4)和第五电容(C5)的公共端。

7.根据权利要求5所述的节能电子变压器，其特征在于：所述镇流滤波单元(7)包括分别对所述升压单元(6)的两路输出进行滤波的两个电容(C8、C9)和一个对所述升压单元(6)的输出回路进行镇流的第一电感(L1)。

8.根据权利要求1所述的节能电子变压器，其特征在于：所述控制模块还包括一个检测单元(8)，检测所述变压模块的输出回路中的电流大小，并输出对应的检测信号给所述脉宽调制控制单元(9)；

一个过热检测单元(10)，检测所述变压模块的输入回路中的电流大小，并输出对应的检测信号给所述脉宽调制控制单元(9)；并且，

所述脉宽调制控制单元(9)在所述检测单元(8)的检测信号超过一定阈值时，调整所述变压模块减小脉冲宽度占空比；

所述脉宽调制控制单元(9)在所述过热检测单元(10)的检测信号超过一定阈值时，切断所述变压模块的电压输出。

9.根据权利要求1所述节能电子变压器，其特征在于：所述脉宽调制控制单元(9)的控制核心是SG3525芯片，该脉宽调制控制单元(9)上连接有全功/半功转换开关、点灯开关、电源指示灯、故障指示灯、电压表和电流表；其中，

所述全功/半功转换开关控制所述SG3525芯片对所述变压模块占空比的输出信号；

所述点灯开关控制所述SG3525芯片打开/关断所述变压模块输出驱动电压的输出信号；

所述电源指示灯在所述脉宽调制控制单元(9)处于通电状态时点亮；

所述故障指示灯在所述脉宽调制控制单元(9)处于故障状态时点亮；

所述电压表指示工作状态的输出电压值；

所述电流表指示工作状态的输出电流值。

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