專利名稱：一種適用于壓電變壓器輸出的穩(wěn)壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸出端穩(wěn)壓方法；特別涉及一種適用于壓電變壓器輸出的穩(wěn)壓方 法。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷變壓器是一種新型的壓電換能器件，具有尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，不可燃，耐 輻射，無電磁干擾，自帶短路保護(hù)，高可靠等優(yōu)點。是目前較為理想的能替代電磁變壓器的 器件。但壓電變壓器開環(huán)時輸出負(fù)載調(diào)節(jié)能力差，輸出電壓存在輸出負(fù)載調(diào)整率差，不能滿 足于負(fù)載變化較大的場合使用?，F(xiàn)有的常用壓電變壓輸出電壓穩(wěn)壓方法工作原理框圖如圖1所示，一般通過輸出 端電壓采樣，經(jīng)誤差放大以后再通過光電耦合器進(jìn)行隔離，所形成的反饋信號來調(diào)節(jié)輸入 端的工作頻率或占空比，從而達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。采用這種穩(wěn)壓方式的不足之處在于控 制方式復(fù)雜，成本高，產(chǎn)品可靠性相對較差，不能滿足產(chǎn)品小型化的要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒如此，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于壓電變壓器輸出的穩(wěn)壓方法；不僅 電路結(jié)構(gòu)簡單，而且能提高壓電變壓器輸出負(fù)載調(diào)節(jié)能力，從而能滿足產(chǎn)品小型化的要求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種適用于壓電變壓器輸出的穩(wěn)壓方法，通過 在壓電變壓器輸出端或在壓電變壓器輸出的整流電路中連接至少一個工作在反向擊穿穩(wěn) 壓區(qū)穩(wěn)壓二極管，從而形成一個與輸出負(fù)載并聯(lián)的穩(wěn)壓回路，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。優(yōu)選地，所述的穩(wěn)壓電路為二個陰極對接或陽極對接的穩(wěn)壓二極管，直接接在壓 電變壓器的輸出端。優(yōu)選地，所述的穩(wěn)壓電路為一個穩(wěn)壓二極管，此方案要求壓電變壓器輸出端先接 一橋式整流電路或倍壓整流電路，由于壓電變壓器輸出的交流電壓經(jīng)橋式整流電路或倍壓 整流電路整流處理后為直流，因此其后僅需一只穩(wěn)壓二極管就能達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的，穩(wěn) 壓二極管的電流流向要求與橋式整流電路或倍壓整流電路輸出端的電路流向相反。作為上述兩種方法的改進(jìn)，可以將壓電變壓器輸出端的穩(wěn)壓和整流電路集于一 體，減少元器件數(shù)量的同時簡化電路、降低成本。此改進(jìn)電路為在壓電變壓器的輸出端接橋 式整流電路，該橋式整流電路的兩個相鄰橋臂由普通二極管變成穩(wěn)壓二極管。壓電變壓器的能量傳輸方式與電磁變壓器有很大不同，壓電變壓器的能量傳輸方 式為電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再轉(zhuǎn)化為電能，且在能量交換過程中不會因為負(fù)載的增加而導(dǎo)致能 量傳輸過程中機(jī)械振動能量的增加，其傳輸模式在一般情況下包括有恒流傳輸模式、恒壓 傳輸模式。正是由于壓電變壓器傳輸能量的大小不由輸出端負(fù)載的需求所決定，且在一定 條下輸出功率恒定這一特有的性質(zhì)，從而使得接在壓電變壓器輸出端的穩(wěn)壓二極管工作在 反向擊穿穩(wěn)壓區(qū)的方法得以實現(xiàn)，并形成與輸出負(fù)載并聯(lián)的穩(wěn)壓回路，達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目 的。
采用本方法后壓電變壓器整流輸出的直流電壓隨負(fù)載變化或輸入電壓變化的影 響有效的減小。直流輸出端形成了一種穩(wěn)壓輸出。此方法利用了壓電變壓器的固有特點和 穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓機(jī)理，組成了一種簡單的且極為有效的穩(wěn)壓方法。優(yōu)點是組成電路的器 件少、體積小、易于實施、成本低、穩(wěn)壓效果理想。上述穩(wěn)壓方法同樣適合于壓電變壓器由于輸入電壓變化輸而引起的輸出電壓的 變化而產(chǎn)生穩(wěn)壓作用。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常用的壓電變壓器輸出穩(wěn)壓電路原理框圖。圖2為一種壓電變壓器的常用應(yīng)用框圖。圖3為本發(fā)明壓電變壓器輸出穩(wěn)壓整流電路第一實施例的電路圖。圖4-1為本發(fā)明的第一實施例的壓電變壓器的輸出電壓波型圖。圖4-2為未實施第一實施例的壓電變壓器輸出電壓波型圖。圖5為本發(fā)明壓電變壓器輸出穩(wěn)壓整流電路第二實施例的電路圖。圖6-1為本方法的第二實施例的穩(wěn)壓二極管上的電壓波型圖。圖6-2為未實施第二實施例的壓電變壓器輸出電壓經(jīng)橋式整流后的輸出電壓波 型圖。圖7-1、圖7-2、圖7-3、圖7-4為本發(fā)明壓電變壓器輸出穩(wěn)壓整流電路第三實施例 的電路圖。圖8-1為本方法的第三實施例的穩(wěn)壓二極管Z4-1上的電壓波型圖。圖8-2為未實施第三實例的普通整流橋下臂其中一個二極管的電壓波型圖。圖9為采用實施例一、二、三是輸出穩(wěn)壓電路后輸出電壓曲線對比圖。
具體實施例方式圖2為采用本發(fā)明方法壓電變壓器的應(yīng)用框圖，包括輸入濾波電路、驅(qū)動電路、壓 電變壓器PT、輸出整流及輸出穩(wěn)壓、濾波電路和負(fù)載。通過在壓電變壓器輸出端或在壓電變 壓器輸出的整流電路中連接至少一個工作在反向擊穿穩(wěn)壓區(qū)穩(wěn)壓二極管，從而形成一個與 輸出負(fù)載并聯(lián)的穩(wěn)壓回路，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。圖3為本發(fā)明壓電變壓器輸出穩(wěn)壓方法第一實施例的電路圖，如圖所示，穩(wěn)壓回 路由兩個陰極對接的穩(wěn)壓二極管Z1、Z2組成，直接接在壓電變壓器的輸出端。假設(shè)在、時 刻壓電變壓器PT的輸出電壓在穩(wěn)壓二極管Zl的陽極為正電壓，當(dāng)壓電變壓器PT輸出的瞬 時電壓未超過穩(wěn)壓二極管Z2的反向擊穿電壓時電壓時，穩(wěn)壓二極管Z2反向截止。壓電變 壓器PT的輸出電壓將通過橋式整流電路進(jìn)行整流。當(dāng)壓電變壓器PT的輸出瞬時電壓超過 穩(wěn)壓二極管Z2的反向擊穿電壓時，超出的部分電由于受到穩(wěn)壓二極管Z2的穩(wěn)壓影響將不 會再增加。因此壓電變壓器PT輸出的交流電壓信號將變的平滑，其輸出電壓波型如圖4-1 所示。圖4-2為未實施第一實施例的壓電變壓器輸出電壓波型圖。從圖中可知壓電變壓器 PT的輸出交流電壓頻率為118KHZ，峰值電壓為5. 85V。當(dāng)壓電變壓器PT的輸入電壓升高或 輸出端所接的負(fù)載減小時，壓電變壓器PT的輸出交流電壓的峰值會出現(xiàn)較大變化。而實施 本實施例后壓電變壓器PT的交流輸出電壓波型如圖4-1所示，且不隨壓電變壓器PT的輸入電壓升高或輸出端所接的負(fù)載減小時的影響而變化。因此直流側(cè)輸出電壓有效值基本不 變。電路表現(xiàn)出穩(wěn)壓功能。由于壓電變壓器輸出能量的限制，穩(wěn)壓二極管Z2的擊穿電流的 增長受到了限制。因此能確保穩(wěn)壓二極管Z2工作在安全范圍內(nèi)。上述實施例一中穩(wěn)壓二極Zl、Z2也可以為陽極對接，其穩(wěn)壓原理不變。圖5為本發(fā)明壓電變壓器輸出穩(wěn)壓方法第二實施例的電路圖，如圖所示，此電路 分為兩個部分一是橋式整流電路D、二是直流穩(wěn)壓回路。穩(wěn)壓回路是由一個直接接在橋式 整流電路D輸出端的一個穩(wěn)壓二極管構(gòu)成。壓電變壓器PT輸出端電壓經(jīng)過橋式整流電 路D整流后變成直流輸出。當(dāng)其整流后的電壓瞬時值超過穩(wěn)壓二極管D的反向擊穿電壓 時，穩(wěn)壓二極管Z3將出現(xiàn)反向擊穿。因此超過穩(wěn)壓二極管D的反向擊穿電壓的部分電壓 波型將受到穩(wěn)壓二極管的電壓鉗位作用而變得平滑，如圖6-1所示。圖6-2為未實施第二 實施例的壓電變壓器輸出電壓經(jīng)橋式整流后的輸出電壓波型圖，從圖中可知整流電路D輸 出電壓的峰值為5. 76V。當(dāng)壓電變壓器PT的輸入電壓升高或輸出端所接的負(fù)載減小時，壓 電變壓器PT的輸出交流電壓的峰值會出現(xiàn)較大變化，整流電路D輸出電壓峰值與壓電變壓 器輸出交流電壓的峰值是一致的。因此輸出直流電壓有效值將會出現(xiàn)較大變化。而實施本 實施例后整流電路D輸出電壓波型如圖6-1所示，且不隨壓電變壓器PT的輸入電壓升高或 輸出端所接的負(fù)載減小時的影響而產(chǎn)生變化。因此直流側(cè)輸出電壓有效值基本不變。電路 表現(xiàn)出穩(wěn)壓功能。由于壓電變壓器輸出能量的限制，穩(wěn)壓二極管Z3的擊穿電流的增長受到 了限制。因此能確保穩(wěn)壓二極管Z3工作在安全范圍內(nèi)。本發(fā)明壓電變壓器輸出穩(wěn)壓方法第三實施例是采用集整流與穩(wěn)壓功能于一體的 穩(wěn)壓電橋，它是在普通整流橋電路的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，為橋式整流電路的兩個相鄰橋臂 由普通二極管變成穩(wěn)壓二極管即可。如圖7-1所示，是將橋式整流電路D中的兩個下橋臂中的二極管D5和D6換成穩(wěn) 壓二極管Z4-1和Z5-1。假設(shè)在tQ時刻壓電變壓器PT的輸出電壓在二極管D3的陽極為正 電壓，當(dāng)壓電變壓器PT輸出電壓瞬時值未達(dá)到穩(wěn)壓二極管擊穿電壓時穩(wěn)壓二極管Z4-1處 于反向截止，二極管D3、D4和穩(wěn)壓二極管Z4-1、Z5-1管組成一個普通的橋式整流路，對壓 電變壓器PT輸出的交流電壓進(jìn)行全波整流。假設(shè)當(dāng)壓電變壓器PT輸出端的交流電壓瞬時 值超出穩(wěn)壓二極管Z4-1的反向擊穿電壓時，穩(wěn)壓二極管Z4-1發(fā)生電壓擊穿，擊穿電流正向 流經(jīng)穩(wěn)壓二極管Z5-1從而形成一個完整的電流回路。當(dāng)壓電變壓器的輸出交流電壓瞬時 值超過穩(wěn)壓二極管Z4-1的擊穿電壓時電壓波型變得平滑，如圖8-1所示。圖8-2為未實施 第三實例的普通整流橋下臂其中一個二極管上的電壓波型圖，壓電變壓器輸出電壓峰值為 6.44V。當(dāng)壓電變壓器PT的輸入電壓升高或輸出端所接的負(fù)載減小時，壓電變壓器PT的 輸出交流電壓的峰值會出現(xiàn)較大變化。所以輸出直流側(cè)電壓有效值會因此而產(chǎn)生較大的變 化。而實施本實施例后Z4-1上的電壓波型如圖8-1所示，且不隨壓電變壓器PT的輸入電 壓升高或輸出端所接的負(fù)載減小時的影響而產(chǎn)生變化。因此直流側(cè)輸出電壓有效值基本不 變。電路表現(xiàn)出穩(wěn)壓功能。由于壓電變壓器PT輸出能量的限制，因此擊穿電流會被限制在 穩(wěn)壓二極Z4-1的安全范圍內(nèi)。圖7-2、圖7-3、圖7-4分別為將兩個上橋臂、左橋臂、下橋臂 中的二極管換為穩(wěn)壓二極管Z4-2和Z5-2、Z4-3和Z5_3、Z4-4和Z5-4，其工作原理不變。圖9為實施以上無整流電路的輸出電壓曲線和上述三種實施列所得到的曲線圖。 從圖中可以看出在負(fù)載發(fā)生變化時，輸出電壓變化率大大縮小。因此本方法的穩(wěn)壓效果很顯著的。利用壓電壓器特點，結(jié)合穩(wěn)壓管形成穩(wěn)壓輸出的電路組合方法同樣適用于壓電變 壓器輸出倍壓整流電路，只需要把上述橋式整流換成倍壓整流即可在倍壓整流電的輸入 端增加兩個陰極或陽極對接的穩(wěn)壓管；或在倍壓整流電路輸出端增加一個與倍壓整流電路 電流流向相反的穩(wěn)壓二極管；或?qū)⒈秹赫麟娐分械囊恢黄胀ǘO管變成穩(wěn)壓三極管從而 成形倍壓整流電路。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對 本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改 進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種適用于壓電變壓器輸出的穩(wěn)壓方法，其特征在于通過在壓電變壓器輸出端或 在壓電變壓器輸出的整流電路中連接至少一個工作在反向擊穿穩(wěn)壓區(qū)的穩(wěn)壓二極管，從而 形成一個與輸出負(fù)載并聯(lián)的穩(wěn)壓回路，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓方法，其特征在于所述的穩(wěn)壓回路由二只陰極對接或陽 極對接的穩(wěn)壓二極管連成，連接在所述的壓電變壓器的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓方法，其特征在于所述的穩(wěn)壓回路由一只穩(wěn)壓二極管連 成，連接在壓電變壓器輸出的整流電路的輸出端，所述的穩(wěn)壓二極管電流流向與所述的整 流電路輸出端的電流流向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的穩(wěn)壓方法，其特征在于所述整流電路為橋式整流電 路或倍壓整流電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)壓方法，其特征在于所述整流電路選用橋式整流電路，所 述穩(wěn)壓回路通過用兩只穩(wěn)壓二極管取代橋式整流電路中兩個相鄰橋臂上的整流二極管來 實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)壓方法，其特征在于所述的橋式整流電路的相鄰橋臂為兩 個下橋臂。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)壓方法，其特征在于所述的橋式整流電路的相鄰橋臂為兩 個上橋臂。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)壓方法，其特征在于所述的橋式整流電路的相鄰橋臂為兩個左橋臂。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穩(wěn)壓方法，其特征在于所述的橋式整流電路的相鄰橋臂為兩 個右橋臂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于壓電變壓器輸出的穩(wěn)壓方法，通過在壓電變壓器輸出端或在壓電變壓器輸出的整流電路中連接至少一個工作在反向擊穿穩(wěn)壓區(qū)的穩(wěn)壓二極管，從而形成一個與輸出負(fù)載并聯(lián)的穩(wěn)壓回路，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。本發(fā)明不僅電路結(jié)構(gòu)簡單，而且能提高壓電變壓器輸出負(fù)載調(diào)節(jié)能力，從而能滿足產(chǎn)品小型化的要求。
文檔編號H02M7/219GK102097961SQ20101060429
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者鄧維體, 黃天華 申請人:廣州金升陽科技有限公司