[發明專利]一種提高自激推挽式變換器工作效率的方法及自激推挽式變換器

有效

• 申請號: 201210142482.5
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN102684506A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 賈宇鋒;蔡家添
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M3/337
• 分類號: H02M3/337
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

技術領域

本發明涉及一種提高基于Royer電路的自激推挽式變換器工作效率的方法，還涉及一種實現上述方法的自激推挽式變換器。

背景技術

現有的自激推挽式變換器，電路結構來自1955年美國羅耶(G.H.Royer)發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，這也是實現高頻轉換控制電路的開端。部分電路來自1957年美國查賽(Jen?Sen，有的地方譯作“井森”)發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，后人統稱為自激推挽式變換器。自激推挽式變換器的相關工作原理在電子工業出版社的《開關電源的原理與設計》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示出的為自激推挽式變換器常見應用，電路結構為Royer電路。自激推挽式變換器都要利用變壓器的磁芯飽和特性進行振蕩。Royer電路為單變壓器直流變換器，因此磁飽和變壓器即是主功率傳輸變壓器。Jensen電路則將磁飽和變壓器和主功率變壓器分開，由磁飽和變壓器產生開關控制信號，主功率變壓器傳輸能量。

為了方便理解Royer電路的工作原理，特別是利用磁芯飽和特性進行振蕩這一點，這里以圖1為例，說明其工作原理。

電路如圖1所示。接通電源瞬間，偏置電阻R1和電容C1并聯回路通過線圈NP11和NP22繞組為三極管TR1和TR2的基極、發射極提供了正向偏壓。兩只三極管TR1和TR2開始導通。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通。假設三極管TR2先導通，產生集電極電流IC2。其對應的線圈NP2繞組的電壓為上正下負。根據同名端關系，其基極線圈NP22繞組也出現上正下負的感應電壓。這個電壓增大了三極管TR2的基極電流。這是一個正反饋的過程，因而很快使三極管TR2飽和導通。相應地，三極管TR1對應的線圈NP11繞組的電壓為上正下負。這個電壓減小了三極管TR1的基極電流，三極管TR1很快完全截止。

三極管TR2對應線圈N_P2繞組里的電流，以及這個電流產生的磁感應強度隨時間而線性增加。當磁感應強度增加到接近或達到變壓器T1磁芯的飽和點B_m時，線圈N_P2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。由于集電極電流增加的速率遠大于基極電流的增加，三極管TR2脫離飽和。三極管TR2的集電極到發射極的壓降U_CE增大。相應地，變壓器N_P2繞組上的電壓就減小同一數值。線圈N_P22繞組感應的電壓減小，結果使三極管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T1線圈上的電壓將迅速減小并向相反方向變化，使另一只三極管TR1導通。此后，重復進行這一過程，形成推挽振蕩。

Royer電路以其電路結構簡單，成本低廉，在微功率電源領域有著廣泛的應用。然而由于應用功率較低，控制功率比例較大；磁芯工作于磁飽和狀態，變壓器鐵損較大等原因，實際應用中Royer電路的工作效率較低。在電子工業出版社出版的《開關電源設計》第二版第168頁，最后一段最后一行提到了：由于在導通和關斷時都會出現電流尖峰，所以變換器的效率低至50.6%。該書ISBN號7-121-01755-5。事實上，由于目前工業用的自激推挽式變換器大部分采用實面磁芯（即沒開氣隙的磁芯）變壓器，像把5V變換為5V的1W產品，變換效率一般可以實現至78%左右，即便如此，這個效率在日益提倡節能的時代，也是偏低的。

目前提高Royer電路變換效率的最佳方案為申請號為201110436259.7文件中提及的自激推挽式變換器。該發明的技術方案摘錄如下：本發明提供一種自激推挽式變換器，包括變壓器，其特征是：所述的變壓器的磁芯或鐵心存在一個局部，所述的局部在相同的由小到大的磁場激勵下可以比主部先達到磁飽和。較優地，所述的主部繞線圈、所述的局部不繞線圈。主部是對所述的先達到磁飽和的局部以外部分的定義。