[发明专利]一种自激推挽式变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种自激推挽式变换器，特别涉及工业控制与照明行业DC-DC或DC-AC中的自激推挽式变换器。

背景技术

现有的自激推挽式变换器，电路结构来自1955年美国罗耶(G.H.Royer)发明的自激振荡推挽三极管单变压器直流变换器，这也是实现高频转换控制电路的开端；部分电路来自1957年美国查赛(Jen Sen，有的地方译作“井森”)发明的自激式推挽双变压器电路，后被称为自振荡Jensen电路；这两种电路，后人统称为自激推挽式变换器。Royer电路相比自振荡Jensen电路，有一个优点，Royer电路在输出端负载短路时，通过电路的设计，可以实现输出端负载短路保护，而不会烧毁推挽用的三极管。在电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第67页至70页(该书ISBN号为7-121-00211-6)公开了自激推挽式变换器的电路组成方式和实现原理，电路的主要形式为上述著名的Royer电路和自振荡Jensen电路，其中采用Royer电路结构的自激推挽式变换器主要由一对推挽工作的三极管和一个具有磁滞回线的磁心组成，是利用磁心饱和特性进行推挽振荡驱动的，其振荡频率是电源电压的函数，振荡频率为：

f=Vs4BwSN×104Hz]]>………………………………………………公式(1)

式中：f为振荡频率，Bw为工作磁感应强度(T)，N为线圈匝数，S为磁心有效截面积。

现有技术中采用Royer电路结构的自激推挽式变换器，其短路保护的实现机理是通过变压器的漏感实现的。变压器都会存在漏感，理想的变压器并不存在，变压器的漏感是初级线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈，因此产生漏磁的电感称为漏感。次级线圈通常作输出用，也称为副边。当次级线圈直接短路时，这时测出的初级线圈仍存在电感量，通常近似地认为是漏感。初级线圈、初级绕组也称为原边。

图1示出了现有技术中常见应用的一种自激推挽式变换器，其采用了Royer电路结构，包括滤波电容C、偏置电阻R1、启动电容C1、第一三极管TR1、第二三极管TR2和变压器B，其中变压器B包含：第一初级绕组NP1和第二初级绕组N_P2，第二初级绕组N_P2的同名端连接到第一初级绕组N_P1的异名端，它们的连接点为初级绕组的中心抽头；第一反馈绕组N_B1和第二反馈绕组N_B2，第一反馈绕组N_B1的同名端连接到第二反馈绕组N_B2的异名端，它们的连接点为反馈绕组的中心抽头；和次级绕组Ns。滤波电容C的一端为变换器的供电端Vin，另一端为变换器的供电参考端GND，第一三极管TR1与第二三极管TR2的发射极相连接，其连接点连接到供电参考端GND，第一三极管TR1的基极连接到第一反馈绕组N_B1的异名端，其集电极连接到第一初级绕组N_P1的同名端，第二三极管TR2的基极连接到第二反馈绕组N_B2的同名端，其集电极连接到第二初级绕组N_P2的异名端，供电端Vin一路连接到初级绕组的中心抽头，另一路通过偏置电阻R1连接到反馈绕组的中心抽头，启动电容C1与偏置电阻R1相并联，输出绕组Ns为变换器的输出端，连接变压器的负载，电路的副边也可通过如图2所示的公知全波整流电路输出。该变压器输出波形为近似方波，电路的变换效率较高，这种电路结构中，在较高工作电压等很多场合下，与偏置电阻R1相并联的启动电容C1在可以省去，这样可以解决启动电容C1在变换器开机时对推挽用第一三极管TR1和第二三极管TR2的冲击。当变换器的负载出现短路时，等效于第一初级绕组N_P1和第二初级绕组N_P2的电感量降至一个很小的值，电路进入高频自激推挽式振荡。参见公式(1)，负载短路时，线圈有效匝数由于短路而等效减少，相当于公式(1)中SN的乘积变小，工作频率上升。频率上升也会引起电路脱离磁心磁饱和式振荡，而进入LC回路的高频振荡，通过控制变压器B的漏感，让自激推挽式振荡频率大幅上升；根据公知的变压器理论，振荡频率上升后，常见变压器B的传输效率降低，短路引起副边消耗的能量并不大，原边的消耗也会因自激推挽式振荡频率上升而降低；自激推挽式振荡频率上升后，变压器B的传输效率降低，短路引起的漏感会有所回升，即漏感值升高，最终电路的振荡频率会稳定在一个高频率上。上述短路保护实现过程可概括描述为：负载短路→变压器初级电感量降低→电路推挽式振荡频率上升→变压器传输效率降低→在新工作频率下，漏感值升高→电路推挽式振荡频率稳定在某一点上。在实际使用时，正常工作时，采用Royer电路结构的自激推挽式变换器工作在100KHz的频率上；当短路发生时，其工作频率可上移至1MHz以上。