TWI836501B

TWI836501B - 變壓裝置

Info

Publication number: TWI836501B
Application number: TW111125429A
Authority: TW
Inventors: 王國政; 王藝錡; 林宏澤; 劉俊輝; 胡桂誠
Original assignee: 致茂電子股份有限公司
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2024-03-21
Also published as: TW202404245A

Abstract

一種變壓裝置，其包含交流電源電路、交流升降壓電路及控制電路。交流電源電路用以輸出交流電。交流升降壓電路包含變壓器，且變壓器包含第一線圈以及第二線圈。第一線圈選擇性地串聯於第二線圈。控制電路用以控制交流電源電路直接輸出交流電以作為輸出電壓，或控制交流電源電路將交流電輸出至變壓器的串聯的第一線圈與第二線圈，藉以輸出升壓交流電以作為輸出電壓。

Description

變壓裝置

本案係有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種變壓裝置。

一般交流電源系統可穩定地提供所需電壓，倘若有輸出更高電壓之需求，多以多模組串聯的方式來提供高電壓，抑或以修改內部電路之架構來達成輸出高電壓之目的，以上對交流電源系統之更動均會提高研發之困難度並增加生產之成本。

本案內容之一技術態樣係關於一種變壓裝置，其包含交流電源電路、交流升降壓電路及控制電路。交流電源電路用以輸出交流電。交流升降壓電路包含變壓器，且變壓器包含第一線圈以及第二線圈。第一線圈選擇性地串聯於第二線圈。控制電路用以控制交流電源電路直接輸出交流電以作為輸出電壓，或控制交流電源電路將交流電輸出至變壓器串聯的第一線圈與第二線圈，藉以輸出升壓交流電以作為輸出電壓。

因此，根據本案之技術內容，本案實施例所示之變壓裝置可藉由串聯兩組線圈的方式以實現高電壓輸出。此外，由於兩組線圈係由同一鐵芯繞制，不僅可增加鐵芯耦合率，更可節省空間以及生產成本。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本案的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本案具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。

除非本說明書另有定義，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本案所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。此外，在不和上下文衝突的情形下，本說明書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。

另外，關於本文中所使用之「耦接」，可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

第1圖係依照本案一實施例繪示一種變壓裝置100的示意圖。如圖所示，變壓裝置100包含交流電源電路110、交流升降壓電路120及控制電路130。上述交流升降壓電路120耦接於交流電源電路110，且控制電路130耦接於交流升降壓電路120。

此外，交流升降壓電路120包含變壓器121，此變壓器121包含線圈T1以及線圈T2。上述線圈T1選擇性地串聯於線圈T2。

於操作上，交流電源電路110可用以輸出交流電。隨後，依據實際用電需求，控制電路130可用以控制交流電源電路110直接輸出交流電以作為變壓裝置100的輸出電壓，或者，控制電路130可用以控制交流電源電路110將交流電輸出至串聯的線圈T1與線圈T2，藉由串聯的線圈T1與線圈T2以提升交流電而輸出升壓交流電，此時，由升壓交流電作為變壓裝置100的輸出電壓。

如此一來，本案實施例所示之變壓裝置100可藉由串聯的線圈T1與線圈T2以實現高電壓輸出。此外，由於兩組線圈T1、T2係由同一鐵芯繞制，不僅可增加鐵芯耦合率，更可節省空間以及生產成本。需說明的是，本案不以第1圖所示之實施例為限，其僅用以例示性地繪示本案的實現方式之一。

為使本案之變壓器121的結構以及操作易於理解，請參閱第2圖至第4圖，其依照本案一實施例繪示一種如第1圖所示之變壓裝置100的變壓器121示意圖。如第2圖所示，變壓器121是以同一矽鋼片鐵芯繞制兩組獨立線圈T1和T2。請參閱第3圖，當線圈T1輸入交流電時，利用變壓器121的電磁感應在另一線圈T2產生相應的交流電，作為降壓使用。舉例而言，線圈T1和T2的匝數比可為1: 0.8，因此，當交流電由線圈T1輸入，再由線圈T2產生相應的交流電時，可將交流電降壓為約0.8倍。

請參閱第4圖，當有升壓需求時，將兩組同鐵芯的線圈T1和T2以電磁接觸器串聯，從而得到輸入、輸出2組電壓相加之高電壓輸出。舉例而言，線圈T1和T2的匝數比可為1: 0.8，因此，當交流電由串聯的線圈T1及線圈T2輸出時，可將2組電壓相加以輸出約1.8倍之高電壓。

由此可知，透過上述變壓器121之應用，線圈T1可選擇性地串聯於線圈T2，例如當有升壓之需求時，線圈T1串聯於線圈T2，如此，可得到高電壓輸出，另一方面，當有降壓需求時，則無需串聯線圈T1及線圈T2，利用變壓器121的電磁感應以產生相應的交流電壓，作為降壓使用。需說明的是，本案不以第2圖至第4圖所示之實施例為限，其僅用以例示性地繪示本案的實現方式之一。

請參閱第5圖至第7圖，其係依照本案一實施例繪示一種變壓裝置100的操作示意圖。請參閱第5圖，在一實施例中，交流升降壓電路120更包含輸出端123及第一開關SW1。上述第一開關SW1耦接於交流電源電路110以及輸出端123。當無升壓需求時，由控制電路130輸出控制信號至第一開關SW1以開啟第一開關SW1，藉以透過第一開關SW1傳輸交流電源電路110提供之交流電至輸出端123，以作為變壓裝置100的輸出電壓。

請參閱第6圖，在另一實施例中，交流升降壓電路120更包含開關組(如開關SW2及SW3之組合)。上述開關組耦接於交流電源電路110、線圈T1、線圈T2以及輸出端123。當有升壓需求時，控制電路130輸出控制信號至開關組以開啟開關組，藉以透過開關組將交流電源電路110提供之交流電傳輸至線圈T1，再由串聯的線圈T1以及線圈T2提升交流電而輸出升壓交流電至輸出端123，以作為變壓裝置100的輸出電壓。

在一實施例中，線圈T2耦接於輸出端123，且線圈T1耦接於交流電源電路110。開關組包含第二開關SW2以及第三開關SW3。前述第二開關SW2耦接於交流電源電路110以及線圈T2，且第三開關SW3耦接於線圈T1以及輸出端123。當有升壓需求時，控制電路130輸出控制信號至第二開關SW2及第三開關SW3以開啟第二開關SW2及第三開關SW3，藉以將交流電源電路110提供之交流電輸入線圈T1及線圈T2。因此，串聯的線圈T1及線圈T2得以提升交流電而輸出升壓交流電至輸出端123，以作為變壓裝置100的輸出電壓。

請參閱第7圖，在另一實施例中，變壓器121的輸入電壓含有直流電成分時，長時間使用會造成變壓器121之鐵芯飽和，此時變壓器121之狀態會對交流電源電路110(如四象限交流電源)造成接近短路狀態的激磁電流而難以輸出。對於上述狀況，本案之變壓裝置100在交流升降壓電路120內加入去磁路徑，在不與待測物連接時短暫地執行去磁，且不會對待測物造成影響，藉以減少鐵芯飽和後對交流電源電路110的影響，去磁方式說明如後。控制電路130輸出控制信號至第三開關SW3以開啟第三開關SW3，藉以透過線圈T1以及第三開關SW3而進行去磁。需說明的是，本案不以第5圖至第7圖所示之實施例為限，其僅用以例示性地繪示本案的實現方式之一。

第8圖係依照本案一實施例繪示一種如第1圖所示之變壓裝置100的部分結構示意圖。請一併參閱第1圖與第8圖，變壓裝置100的交流電源電路110包含處理器111，此處理器111用以接收交流電源電路110提供的交流電壓以及交流升降壓電路120的回饋電壓，並根據交流電壓以及回饋電壓以調整交流電源電路110提供之交流電壓。

在一實施例中，處理器111包含差動放大器113、類比數位轉換器115及數位訊號處理器117。於連接關係上，差動放大器113耦接於第1圖之交流升降壓電路120內之電阻125，類比數位轉換器115耦接於差動放大器113，且數位訊號處理器117耦接於類比數位轉換器115。

於操作上，當無升壓需求時，差動放大器113用以接收交流電源電路110提供的交流電壓V2(輸出端123)的回饋電壓，並根據交流電壓V2回饋電壓以輸出差動信號S1。

隨後，類比數位轉換器115用以接收差動信號S1，並將差動信號S1轉換為數位信號S2。接著，數位訊號處理器117用以接收數位信號S2，並根據數位信號S2以調整交流電源電路110之交流電壓V2。

當有升壓需求時，差動放大器113用以由電阻125接收交流升降壓電路120的回饋電壓V1(輸出端123)，並根據交流電壓V1回饋電壓以輸出差動信號S1。

隨後，類比數位轉換器115用以接收差動信號S1，並將差動信號S1轉換為數位信號S2。接著，數位訊號處理器117用以接收數位信號S2，並根據數位信號S2以調整交流電源電路110之交流電壓V1。

由上述本案實施方式可知，應用本案具有下列優點。本案實施例所示之變壓裝置可藉由串聯兩組線圈的方式以實現高電壓輸出。此外，由於兩組線圈係由同一鐵芯繞制，不僅可增加鐵芯耦合率，更可節省空間以及生產成本。

再者，本案之變壓裝置在交流升降壓電路內加入去磁路徑，藉以減少鐵芯飽和後對交流電源電路的影響。另外，本案之變壓裝置可根據交流電源電路提供之交流電壓以及交流升降壓電路的回饋電壓，而進行適應性地補償，藉以減少變壓器輸出電壓因製程造成的誤差，且提升輸出電壓和電流值的精準度。

雖然上文實施方式中揭露了本案的具體實施例，然其並非用以限定本案，本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本案之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本案之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

100:變壓裝置 110:交流電源電路 111:處理器 113:差動放大器 115:類比數位轉換器 117:數位訊號處理器 120:交流升降壓電路 121:變壓器 123:輸出端 125:電阻 130:控制電路 T1:線圈 T2:線圈 SW1~SW5:開關

為讓本案之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係依照本案一實施例繪示一種變壓裝置的示意圖。第2圖係依照本案一實施例繪示一種如第1圖所示之變壓裝置的變壓器之示意圖。第3圖係依照本案一實施例繪示一種如第1圖所示之變壓裝置的變壓器之示意圖。第4圖係依照本案一實施例繪示一種如第1圖所示之變壓裝置的變壓器之示意圖。第5圖係依照本案一實施例繪示一種變壓裝置的操作示意圖。第6圖係依照本案一實施例繪示一種變壓裝置的操作示意圖。第7圖係依照本案一實施例繪示一種變壓裝置的操作示意圖。第8圖係依照本案一實施例繪示一種如第1圖所示之變壓裝置的部分結構示意圖。根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本案相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:變壓裝置

110:交流電源電路

120:交流升降壓電路

121:變壓器

123:輸出端

125:電阻

130:控制電路

T1:線圈

T2:線圈

SW1~SW5:開關

Claims

一種變壓裝置，包含：一交流電源電路，用以輸出一交流電；一交流升降壓電路，包含：一變壓器，包含一第一線圈以及一第二線圈，其中該第一線圈選擇性地串聯於該第二線圈；以及一控制電路，用以控制該交流電源電路直接輸出該交流電以作為一輸出電壓，或控制該交流電源電路將該交流電輸出至該變壓器的串聯的該第一線圈與該第二線圈，藉以輸出一升壓交流電以作為該輸出電壓；其中，該交流電源電路包含：一處理器，用以接收該交流電源電路的一交流電壓以及該交流升降壓電路的一回饋電壓，並根據該交流電壓以及該回饋電壓調整該交流電源電路之該交流電壓。
如請求項1所述之變壓裝置，其中該交流升降壓電路更包含：一輸出端；以及一第一開關，耦接於該交流電源電路以及該輸出端，其中該控制電路輸出一控制信號至該第一開關以開啟該第一開關，藉以透過該第一開關傳輸該交流電至該輸出端以作為該輸出電壓。
如請求項2所述之變壓裝置，其中該交流升降壓電路更包含：一開關組，耦接於該交流電源電路、該第一線圈、該第二線圈以及該輸出端，其中該控制電路輸出該控制信號至該開關組以開啟該開關組，藉以透過該開關組將該交流電傳輸至串聯的該第一線圈以及該第二線圈，由串聯的該第一線圈以及該第二線圈輸出該升壓交流電至該輸出端以作為該輸出電壓。
如請求項3所述之變壓裝置，其中該第一線圈耦接於該輸出端，其中該開關組包含：一第二開關，耦接於該交流電源電路以及該第一線圈，其中該控制電路輸出該控制信號至該第二開關以開啟該第二開關，藉以將該交流電輸入該第一線圈。
如請求項4所述之變壓裝置，其中該第二線圈耦接於該交流電源電路，其中該開關組包含：一第三開關，耦接於該第二線圈以及該輸出端，其中該控制電路輸出該控制信號至該第三開關以開啟該第三開關，藉以將該交流電輸入該第二線圈，並由串聯的該第一線圈及該第二線圈輸出該升壓交流電至該輸出端以作為該輸出電壓。
如請求項5所述之變壓裝置，其中該控制電路輸出該控制信號至該第三開關以開啟該第三開關，藉以透過該第二線圈以及該第三開關而進行去磁。
如請求項1所述之變壓裝置，其中該處理器包含：一差動放大器，用以接收該交流電源電路的該交流電壓以及該交流升降壓電路的該回饋電壓，並根據該交流電壓以及該回饋電壓以輸出一差動信號。
如請求項7所述之變壓裝置，其中該處理器更包含：一類比數位轉換器，用以接收該差動信號，並將該差動信號轉換為一數位信號。
如請求項8所述之變壓裝置，其中該處理器更包含：一數位訊號處理器，用以接收該數位信號，並根據該數位信號以調整該交流電源電路之該交流電壓。