專利名稱：有源脈沖變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型電子器件——有源脈沖變壓器。
在可控硅觸發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的作法是把脈沖功率放大器、脈沖變壓器及輔助電路作為單元電路或單元部件分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。不同的觸發(fā)方式、不同的可控硅器件對(duì)觸發(fā)電路的要求不同，因此為了對(duì)可控硅進(jìn)行觸發(fā)，有許多設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)可控硅應(yīng)用線路時(shí)，經(jīng)常為設(shè)計(jì)觸發(fā)線路而進(jìn)行大量不必要的重復(fù)性勞動(dòng)。而且由于分散設(shè)計(jì)的觸發(fā)線路缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所選元件性能和質(zhì)量千差萬別，客觀上為可控硅應(yīng)用設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試和維護(hù)檢修帶來不便。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種有源脈沖變壓器，使其克服了上述缺點(diǎn)，從而可以簡(jiǎn)化線路設(shè)計(jì)工作，并有利于實(shí)現(xiàn)可控硅觸發(fā)線路的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。
本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)方案得到實(shí)現(xiàn)的將可控硅觸發(fā)線路中的功率放大器與脈沖變壓器統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)，并把二者封裝為一體，組成一種結(jié)構(gòu)合理，性能完善的新型集成式電子器件。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于(a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)處于立體集成狀態(tài)，因此占用印刷線路板的面積將明顯減小。(b)線路統(tǒng)一設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化觸發(fā)線路的性能，簡(jiǎn)化可控硅應(yīng)用線路的設(shè)計(jì)，方便可控硅應(yīng)用設(shè)備的檢修維護(hù)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。


圖1是實(shí)施例1的內(nèi)部線路原理圖；圖2是實(shí)施例2的內(nèi)部線路原理圖；圖3(a)和圖3(b)為本實(shí)用新型的厚膜電路式封裝形式；圖4(a)和圖4(b)為本實(shí)用新型的線路板安裝模塊式封裝形式；圖5(a)和圖5(b)為本實(shí)用新型的底板安裝模塊式封裝形式。
其中N1、N2為脈沖寬度調(diào)制(PWM)型開關(guān)電源控制集成電路；T1為原、副邊均帶有中間抽頭的脈沖變壓器；T2為原邊帶中間抽頭、副邊不帶中間抽頭的脈沖變壓器。
實(shí)施例1本實(shí)施例具體涉及的有源脈沖變壓器，其內(nèi)部線路原理如附圖1所示。
在附圖1中，虛線框Ⅰ中的脈沖功率放大器由脈沖寬度調(diào)制(PWM)型開關(guān)電源控制集成電路N1及周邊元件電阻R1、R2和電容C1構(gòu)成。
虛線框Ⅱ中的脈沖變壓器T1選用原、副邊均帶有中間抽頭的脈沖變壓器，由于脈沖工作頻率較高(50KHZ左右)，因此可以選用微型鐵氧體環(huán)形磁芯作鐵芯，磁芯材料為錳鋅鐵氧體。
虛線框Ⅲ中的輔助電路由四部分構(gòu)成。二極管D1、D2以及電容C2構(gòu)成全波整流濾波電路，其作用是把脈沖變壓器傳輸?shù)碾p向高頻脈沖變換為單方向的高頻脈沖列，該高頻脈沖列的持續(xù)時(shí)間與控制脈沖UI(低電平有效)的作用時(shí)間相同，而輸出脈沖電壓幅度則由VCC和脈沖變壓器的變比共同決定。電阻R3構(gòu)成輸出電流限制電路，該電阻串聯(lián)在輸出回路中，當(dāng)輸出端短接時(shí)，電阻R3可以有效地把輸出短路電流限制在合理范圍內(nèi)。R4和LED共同構(gòu)成輸出脈沖指示電路，R4和LED串聯(lián)后并接在限流電阻R3的兩端，當(dāng)負(fù)載開路或無輸出脈沖時(shí)，LED指示燈將熄滅。R5為可控硅控制極保護(hù)電路，其作用是防止干擾信號(hào)誤觸發(fā)可控硅器件，該電阻并聯(lián)在兩個(gè)輸出端之間。
實(shí)施例2本實(shí)施例具體涉及的有源脈沖變壓器，其內(nèi)部線路原理如附圖2所示。該器件與實(shí)施例1中的有源脈沖變壓器的主要區(qū)別是沒有把輔助電路封裝在內(nèi)。該產(chǎn)品適于工作在輸出功率較大以及對(duì)脈沖極性有特殊要求(雙向高頻脈沖列)的場(chǎng)合。
在附圖2中，虛線框Ⅰ＇中的脈沖功率放大器由脈沖寬度調(diào)制(PWM)型開關(guān)電源控制集成電路N2及周邊元器件電阻R6、R7電容C3和晶體三極管TR1、TR2構(gòu)成。TR1、TR2即可以是雙極型晶體管，也可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。TR1、TR2改用場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，具體線路與附圖2略有不同。
虛線框Ⅱ＇中的脈沖變壓器T2的原邊繞組帶有中間抽頭，副邊則為不帶中間抽頭的普通單繞組方式。由于脈沖工作頻率相對(duì)較低(20KHZ左右)，因此選用了較大尺寸的罐形鐵氧體磁芯作為變壓器鐵芯，材料仍為錳鋅鐵氧體。當(dāng)脈沖工作頻率進(jìn)一步降低時(shí)(例如10KHZ以下)，則可考慮選用環(huán)型鐵鎳合金或環(huán)型鐵鋁合金作為脈沖變壓器鐵芯。
實(shí)施例1和實(shí)施例2中的開關(guān)電源控制集成電路N1、N2，其具體型號(hào)為UC494A。該集成電路采用16條引線雙列直插式封裝，是常用的雙端輸出脈沖寬度調(diào)制(PWM)型開關(guān)電源控制集成電路。UC494A的電氣性能，主要技術(shù)參數(shù)，外引線的功能定義及使用方法，在該器件的使用說明書中均有介紹。該使用說明書的譯文可在北京半導(dǎo)體器件五廠出版發(fā)行的《最新開關(guān)集成穩(wěn)壓器數(shù)據(jù)應(yīng)用手冊(cè)》中查到。
按照UC494A使用說明書的要求，實(shí)施例1和實(shí)施例2中的N1、N2的具體接線方式如附圖1和附圖2所示。電阻R2、R7和電容C1、C3作為定時(shí)電阻和定時(shí)電容，分別接在N1、N2的引線6和引線5與公共地方之間。引線3被用作外部控制脈沖的輸入端，上拉電阻R1、R6并聯(lián)在引線3與引線12之間。
N1、N2具體型號(hào)的選擇不是唯一的?？芍苯哟鷵QUC494A的同類集成電路有TL494CN、DBL494、CW494等。與UC494A功能相近的類似集成電路有SG3524、UC3524A等。
實(shí)施例1和實(shí)施例2中的開關(guān)電源控制集成電路，雖然有多種型號(hào)可以選擇，但它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即控制脈沖輸入端的輸入阻抗很高，因此可以用TTL集成電路、COMS集成電路(HUC系列除外)以及TCA785、KC04、KJ004等集成移相觸發(fā)控制電路方便可靠地對(duì)其進(jìn)行控制?？刂泼}沖UI在上述兩個(gè)實(shí)施例中選定為低電平有效方式，也可以提供高電平有效的同類有源脈沖變壓器產(chǎn)品供用戶選用。
實(shí)施例1和實(shí)施例2中的開關(guān)電源控制集成電路NI和N2，在控制脈沖UI的控制下，其內(nèi)部自動(dòng)產(chǎn)生高頻脈沖，并且經(jīng)過脈沖變壓器把直流電源VCC的直流功率轉(zhuǎn)換成脈沖功率傳輸?shù)阶儔浩鞲哆?。控制脈沖UI的工作頻率上限受高頻脈沖工作頻率的限制。當(dāng)高頻脈沖頻率為50KHZ時(shí)，控制脈沖的工作頻率可達(dá)5KHZ；當(dāng)高頻脈沖頻率為20KHZ時(shí)，控制脈沖的工作頻率仍可達(dá)到2KHZ?？刂泼}沖的工作頻率下限可以任意低，甚至可以用直流電位信號(hào)控制有源脈沖變壓器(仍然是低電平有效)，此時(shí)在實(shí)施例1中的有源脈沖變壓器的輸出端將產(chǎn)生持續(xù)的直流功率信號(hào)，極性為UO+端為正，UO-端為負(fù)；而在實(shí)施例2中的有源脈沖變壓器的輸出端則產(chǎn)生持續(xù)的雙向高頻脈沖列，直到控制信號(hào)UI變?yōu)楦唠娖綖橹埂?br> 實(shí)施例1和實(shí)施例2中的脈沖變壓器，以原、付邊繞組為界，把有源脈沖變壓器分為兩個(gè)電隔離的獨(dú)立部分。脈沖變壓器原邊繞組之前的部分構(gòu)成有源脈沖變壓器的原端，也稱輸入端或控制端，它有三個(gè)外部引線引線1為直流工作電源輸入端，定義為VCC，引線2為控制脈沖輸入端，定義為UI，引線3為直流電源和控制脈沖的公共輸入端，定義為COM。在個(gè)別情況下，為了接線方便，直流電源和控制脈沖的公共輸入端由兩條外引線分別引出，但它們?cè)谄骷?nèi)部仍然連接在一起。從封裝形式上看，這時(shí)的有源脈沖變壓器，其原端將有四條外引線。
脈沖變壓器付邊繞組及其后的部分構(gòu)成有源脈沖變壓器的付端，也稱輸出端。它通常只有兩條外引線。
實(shí)施例1和實(shí)施例2中的脈沖功率放大器部分，二者的線路結(jié)構(gòu)及元件選擇雖然不同，但其完成的功能相似，因此二者可以互換使用，仍能完成各自的功能，脈沖變壓器的繞組，可根據(jù)需要選用中間帶有抽頭或中間不帶抽頭的形式。
實(shí)施例1和實(shí)施例2所述的有源脈沖變壓器均為封裝為一體的集成式電子器件，它們可依據(jù)安裝要求不同分別制成厚膜電路式，如圖3(a)和圖3(b)；線路板安裝模塊式，如圖4(a)和圖4(b)；底板安裝模塊式，如圖5(a)和圖5(b)。由于其立體集成，因此其結(jié)構(gòu)緊湊，適于高密度安裝。
權(quán)利要求1．一種有源脈沖變壓器，其特征在于其是由可控硅觸發(fā)線路中的脈沖功率放大器與脈沖變壓器封裝為一體而構(gòu)成的集成式電子器件。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有源脈沖變壓器，其特征在于其內(nèi)部增加封裝了輔助電路。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種有源脈沖變壓器，其特征在于其所述的輔助電路由以下四部分組成a．二極管(D1、D2)及電容(C2)構(gòu)成全波整流濾波電路；b．限流電阻(R3)串聯(lián)在輸出回路中；c．發(fā)光二極管(LED)與電阻(R4)串聯(lián)后并接在限流電阻(R3)的兩端。d．保護(hù)電阻(R5)并聯(lián)在兩個(gè)輸出端之間。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種有源脈沖變壓器，其特征在于其中所述的脈沖功率放大器由脈沖寬度調(diào)制(PWM)型開關(guān)電源控制集成電路(N1)及其周邊元件電阻(R1、R2)、電容(C1)構(gòu)成或由脈沖寬度調(diào)制(PWM)型開關(guān)電源控制集成電路(N2)及其周邊元件電阻(R6、R7)、電容(C3)、晶體三極管(TR1、TR2)構(gòu)成，其中N1、N2的具體型號(hào)為UC494A或TL494CN、DBL494、CW494。
5．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種有源脈沖變壓器，其特征在于其所述的脈沖變壓器，其繞組可以有帶中間抽頭或不帶中間抽頭等多種形式，鐵芯可以采用環(huán)型、罐型錳鋅鐵氧體磁芯。
6．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種有源脈沖變壓器，其特征在于其外封裝形式可采用厚膜電路式、線路板安裝模塊式或底板安裝模塊式。
專利摘要一種有源脈沖變壓器,它是由可控硅觸發(fā)線路中的脈沖功率放大器、脈沖變壓器及輔助電路封裝在一起而構(gòu)成的集成式電子器件。該器件的使用可以簡(jiǎn)化可控硅應(yīng)用線路的設(shè)計(jì),減小印刷線路板面積,簡(jiǎn)化設(shè)備制造工藝,方便檢修和維護(hù)。使用該器件,可以在原、副端電隔離條件下,用多種集成移相觸發(fā)控制電路或TTL電路、CMOS電路等直接觸發(fā)任何功率的可控硅器件,并可方便地傳輸脈沖功率或直流功率。
文檔編號(hào)H01F19/08GK2329077SQ98211308
公開日1999年7月14日 申請(qǐng)日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月6日
發(fā)明者吳昱昕, 付萍 申請(qǐng)人:吳昱昕