專利名稱：一種自激推挽式變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源，特別涉及自激推挽式變換器類開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的自激推挽式變換器，電路結(jié)構(gòu)來自1955年美國羅耶(G.H.Royer)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，也作Royer電路，這也是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端；部分電路來自1957年美國查賽(Jen kn，有的地方譯作“井森”)發(fā)明的自激式推挽雙變壓器電路，后被稱為自振蕩Jensen電路或Jensen電路；這兩種電路，后人統(tǒng)稱為自激推挽式變換器。自激推挽式變換器的相關(guān)工作原理在電子工業(yè)出版社的《開關(guān)電源的原理與設(shè)計》第67頁至70頁有描述，該書ISBN號7-121-00211-6。電路的主要形式為上述著名的Royer電路和自振蕩Jensen電路。

圖1-1示出的為自激推挽式變換器常見應(yīng)用，電路結(jié)構(gòu)為Royer電路；圖1_2示出的電路就是著名的自振蕩Jensen電路，中文常音譯為“井森”電路，在圖1_1和圖1_2中， 電路都要利用變壓器Bl的磁心飽和特性進(jìn)行振蕩，在圖1-2的Jensen電路中，電路的自振蕩頻率和驅(qū)動功能，改由磁飽和的變壓器Bl來實現(xiàn)，因此，主功率變壓器B2能工作在不飽和狀態(tài)。Royer電路的振蕩頻率是電源電壓的函數(shù)，在電子工業(yè)出版社的《開關(guān)電源的原理
與設(shè)計》第68頁第18行有描述，該書ISBN號7-121-00211-6。這里引用如下 ys/ =-XlO4Hz......................................................公式⑴
ABwSN式中f為振蕩頻率；Bw為工作磁感應(yīng)強(qiáng)度⑴，一般取50% 70%磁飽和點Bm 值；N為線圈匝數(shù)；S為磁心有效截面積；Vs為工作電源電壓。為了方便理解Royer電路的工作原理，特別是磁心飽和特性進(jìn)行振蕩這一點，這里以圖1-1為例，說明其工作原理。圖1-1的電路結(jié)構(gòu)為輸入濾波電容C連接于電壓輸入端與地之間，對輸入電壓進(jìn)行濾波；濾波后的輸入電壓接入啟動電路，啟動電路由偏置電阻Rl和電容Cl并聯(lián)組成；偏置電阻Rl的兩端分別與電壓輸入端以及為兩個推挽晶體管TR1、TR2基極提供正反饋的變壓器Bl原邊線圈^和^的中心抽頭連接；兩個推挽晶體管TR1、TR2的發(fā)射極共地，兩個集電極分別連接變壓器原邊線圈Npi和Np2的兩個端頭，基極連接變壓器原邊線圈^和Nb2 的兩個端頭，原邊線圈Npi*化2中的中心抽頭連接電壓輸入端；變壓器Bl的副邊線圈NS連接輸出電路至電壓輸出端。其工作原理簡述為參見圖1-1，接通電源瞬間，偏置電阻Rl和電容Cl并聯(lián)回路通過線圈^和^繞組為三極管TRl和TR2的基極、發(fā)射極提供了正向偏壓，兩只三極管 TRl和TR2開始導(dǎo)通，由于兩個三極管特性不可能完全一樣，因此，其中一只三極管會先導(dǎo)通，假設(shè)三極管TR2先導(dǎo)通，產(chǎn)生集電極電流IC2，其對應(yīng)的線圈Np2繞組的電壓為上正下負(fù)， 根據(jù)同名端關(guān)系，其基極線圈Nb2繞組也出現(xiàn)上正下負(fù)的感應(yīng)電壓，這個電壓增大了三極管
3TR2的基極電流，這是一個正反饋的過程，因而很快使三極管TR2飽和導(dǎo)通；相應(yīng)地，三極管 TRl對應(yīng)的線圈^繞組的電壓為上正下負(fù)，這個電壓減小了三極管TRl的基極電流，三極管TRl很快完全截止。三極管TR2對應(yīng)的線圈Np2繞組里的電流，以及這個電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間而線性增加，但磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到接近或達(dá)到變壓器Bl磁心的飽和點Bm時，線圈Np2的電感量迅速減小，從而使三極管TR2的集電極電流急劇增加，增加的速率遠(yuǎn)大于基極電流的增加，三極管TR2脫離飽和，三極管TR2的集電極到發(fā)射極的壓降Uce增大，相應(yīng)地，變壓器Np2繞組上的電壓就減小同一數(shù)值，線圈Nb2繞組感應(yīng)的電壓減小，結(jié)果使三極管TR2基極電壓也降低，造成三極管TR2向截止方向變化，此時，變壓器Bl線圈上的電壓將反向，使另一只三極管TRl導(dǎo)通，此后，重復(fù)進(jìn)行這一過程，形成推挽振蕩。繞組Ns的輸出端的波形如圖2-1所示，可見，除了“集極諧振型Royer電路”輸出正弦波或近似正弦波外，自激推挽式變換器的工作波形是接近方波的。集極諧振型Royer電路又稱“冷陰極燈管逆變器(CCFL inverter) ”，也會簡稱為CCFL逆變器或CCFL變換器，CCFL變換器在供電回路串入主功率繞組十倍電感量以上的電感，以獲得輸出正弦波或近似正弦波。圖3為變壓器Bl磁心的方形磁滯回線，其中+Bm、-Bffl為磁心的兩個磁飽和點，在圖2-1的半個周期內(nèi)，變壓器Bl磁心的工作點運動的路線為AB⑶E，在下半個周期內(nèi)運動路線為EFGHA。事實上，三極管TR2或TRl 對應(yīng)的線圈繞組里的電流，以及這個電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間而線性增加到圖3中D 點或H點時，電路就會進(jìn)行推挽轉(zhuǎn)換，即另一只三極管導(dǎo)通，而對應(yīng)的三極管會截止。由于三極管存在一個存儲時間(storage time)，即三極管基極接收到關(guān)斷信號，而集電極電流要延時小段時間才開始下降直到關(guān)斷，存儲時間會產(chǎn)生在圖3中，磁心工作點運動路線從D 點向E點移動，對應(yīng)地，或磁心工作點運動路線從H點向A點移動。其特點為利用磁心飽和特性進(jìn)行推挽振蕩，變壓器輸出波形為近似方波，電路的變換效率較高。磁心要在特定的時間瞬間接近飽和狀態(tài)，所以無法采用存在氣隙的磁心。自激推挽式變換器必需使用磁飽和式磁心，而磁心加氣隙是公知的抗磁飽和的手段。鑒于各種文獻(xiàn)不區(qū)分磁心與磁芯和鐵心以及鐵芯，本文中的磁心和公知的其它文獻(xiàn)一樣，和磁芯(Magnetic Core)表示相同的意思，指鐵氧體材料，即由各種氧化鐵混合物組成的一種燒結(jié)磁性金屬氧化物，磁心多用在高頻。而鐵心、鐵芯(Iron Core)是硅片型材料，只適合低頻率的電感線、低變壓器，一般用于低頻和音頻。圖1-2示出的相似結(jié)構(gòu)，就是開關(guān)驅(qū)動功能與主功率變壓器脫離的電路，如圖1-2 所示。前文描述過，電路的自振蕩頻率和驅(qū)動功能，改由磁飽和的變壓器Bl來實現(xiàn)，因此， 主功率變壓器B2能工作在不飽和狀態(tài)。雖然Bl出現(xiàn)磁飽和，因為Bl的體積相對較小，磁飽和消耗的能量小，在相同條件下，Jensen電路的總體效率略高。自激推挽式變換器在目前的開關(guān)電源領(lǐng)域中，由于在小信號模型中，唯一的交流小信號輸入阻抗為正的電源，而其它開關(guān)電源的交流小信號輸入阻抗為負(fù)，交流小信號輸入阻抗為負(fù)的開關(guān)電源并聯(lián)使用時極不方便，自激推挽式變換器的交流小信號輸入阻抗為正，并聯(lián)、級聯(lián)使用極為方便，所以得到廣泛使用。但上述的自激推挽式變換器存在以下缺點。1、負(fù)載輕載時，變換器的效率低由于Royer電路是利用磁心飽和特性進(jìn)行推挽振蕩，所以其靜態(tài)電流不會太小，如表一為Royer電路實測參數(shù)。如使用圖1_1的電路，做成輸入直流5V，輸出直流5V，輸出電流為200mA的變換器，即輸出功率1W。變壓器的后續(xù)輸出采用圖4的電路結(jié)構(gòu)，圖4為公知的全波整流電路，二極管D41和D42均采用型號為RB160的肖特基二極管。電路的主要參數(shù)為電容C為IuF電容，電阻Rl為IK Ω，電容Cl為0. 047uF電容，三極管TRl和TR2為放大倍數(shù)在200倍左右的開關(guān)三極管，其集電極最大工作電流為IA ；其中，原邊線圈Npi和 Np2的圈數(shù)分別為20匝，反饋線圈^和^的圈數(shù)分別為3匝，副邊線圈^和^的圈數(shù)分別為23匝，磁心采用外直徑5毫米，橫截面積1. 5平方毫米的常見鐵氧體環(huán)形磁心，俗稱磁環(huán)，其外形立體圖參見圖5。實測電路的空載工作電流為18mA，工作頻率為97. 3KHz，接近IOOKHz，變換效率測試電路采用圖6的電路，Vl電壓表頭為工作電壓Vin，即輸入電壓；Al電流表頭為輸入電流 Iin，即為工作電流；V2電壓表頭為輸出電壓Vout，A2電流表頭為輸出電流Iout ；那么變換效率可以用公式(2)計算得出。電路的變換效率為
權(quán)利要求
1.一種自激推挽式變換器，包括一變壓器，其特征在于所述的變壓器的閉合磁心或鐵心由主部和局部組成，所述的局部在相同的由小到大的磁場激勵下比所述的主部先達(dá)到磁飽和。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自激推挽式變換器，其特征在于所述的主部繞線圈、所述的局部不繞線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自激推挽式變換器，其特征在于所述的主部和所述的局部材質(zhì)相同，所述的局部包括一個或一個以上，所述的局部長度之和為總磁路長度八分之一以下，且截面積介于所述的主部的截面積80%以下、4%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自激推挽式變換器，其特征在于所述的局部長度為0.05毫米以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自激推挽式變換器，其特征在于所述的主部和所述的局部材質(zhì)不同，所述的局部包括一個或一個以上，所述的局部長度之和小于總磁路長度八分之一以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自激推挽式變換器，其特征在于所述的局部長度為0.02毫米以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自激推挽式變換器，其特征在于所述的主部和所述的局部截面積相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自激推挽式變換器，其特征在于所述的主部和所述的局部連接處存在方便脫模的過渡體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自激推挽式變換器，其特征在于所述的主部上有兩個或兩個以上的凸點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自激推挽式變換器，包括一變壓器，所述的變壓器的閉合磁心或鐵心由主部和局部組成，所述的局部在相同的由小到大的磁場激勵下比所述的主部先達(dá)到磁飽和；本發(fā)明克服現(xiàn)有的自激推挽式變換器存在的缺點，使得自激推挽式變換器在負(fù)載輕載時，自激推挽式變換器的效率得到顯著提升；在額定負(fù)載時，效率進(jìn)一步提升；降低自激推挽式變換器中磁飽和變壓器上線圈的匝數(shù)；提高自激推挽式變換器的工作頻率而損耗仍維持較低水平；降低自激推挽式變換器在導(dǎo)通和關(guān)斷時出現(xiàn)電流尖峰，效率進(jìn)一步提升同時降低輸出紋波。
文檔編號H01F27/30GK102437767SQ201110436259
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者王保均 申請人:廣州金升陽科技有限公司