专利名称：一种自激推挽式变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源，特别涉及自激推挽式变换器类开关电源。
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晶体管单变压器直流变换器，也作Royer电路，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 kn，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电路或Jensen电路；这两种电路，后人统称为自激推挽式变换器。自激推挽式变换器的相关工作原理在电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第67页至70页有描述，该书ISBN号7-121-00211-6。电路的主要形式为上述著名的Royer电路和自振荡Jensen电路。
图1-1示出的为自激推挽式变换器常见应用，电路结构为Royer电路；图1_2示出的电路就是著名的自振荡Jensen电路，中文常音译为“井森”电路，在图1_1和图1_2中， 电路都要利用变压器Bl的磁心饱和特性进行振荡，在图1-2的Jensen电路中，电路的自振荡频率和驱动功能，改由磁饱和的变压器Bl来实现，因此，主功率变压器B2能工作在不饱和状态。Royer电路的振荡频率是电源电压的函数，在电子工业出版社的《开关电源的原理
与设计》第68页第18行有描述，该书ISBN号7-121-00211-6。这里引用如下 ys/ =-XlO4Hz......................................................公式⑴
ABwSN式中f为振荡频率；Bw为工作磁感应强度⑴，一般取50% 70%磁饱和点Bm 值；N为线圈匝数；S为磁心有效截面积；Vs为工作电源电压。为了方便理解Royer电路的工作原理，特别是磁心饱和特性进行振荡这一点，这里以图1-1为例，说明其工作原理。图1-1的电路结构为输入滤波电容C连接于电压输入端与地之间，对输入电压进行滤波；滤波后的输入电压接入启动电路，启动电路由偏置电阻Rl和电容Cl并联组成；偏置电阻Rl的两端分别与电压输入端以及为两个推挽晶体管TR1、TR2基极提供正反馈的变压器Bl原边线圈^和^的中心抽头连接；两个推挽晶体管TR1、TR2的发射极共地，两个集电极分别连接变压器原边线圈Npi和Np2的两个端头，基极连接变压器原边线圈^和Nb2 的两个端头，原边线圈Npi*化2中的中心抽头连接电压输入端；变压器Bl的副边线圈NS连接输出电路至电压输出端。其工作原理简述为参见图1-1，接通电源瞬间，偏置电阻Rl和电容Cl并联回路通过线圈^和^绕组为三极管TRl和TR2的基极、发射极提供了正向偏压，两只三极管 TRl和TR2开始导通，由于两个三极管特性不可能完全一样，因此，其中一只三极管会先导通，假设三极管TR2先导通，产生集电极电流IC2，其对应的线圈Np2绕组的电压为上正下负， 根据同名端关系，其基极线圈Nb2绕组也出现上正下负的感应电压，这个电压增大了三极管
3TR2的基极电流，这是一个正反馈的过程，因而很快使三极管TR2饱和导通；相应地，三极管 TRl对应的线圈^绕组的电压为上正下负，这个电压减小了三极管TRl的基极电流，三极管TRl很快完全截止。三极管TR2对应的线圈Np2绕组里的电流，以及这个电流产生的磁感应强度随时间而线性增加，但磁感应强度增加到接近或达到变压器Bl磁心的饱和点Bm时，线圈Np2的电感量迅速减小，从而使三极管TR2的集电极电流急剧增加，增加的速率远大于基极电流的增加，三极管TR2脱离饱和，三极管TR2的集电极到发射极的压降Uce增大，相应地，变压器Np2绕组上的电压就减小同一数值，线圈Nb2绕组感应的电压减小，结果使三极管TR2基极电压也降低，造成三极管TR2向截止方向变化，此时，变压器Bl线圈上的电压将反向，使另一只三极管TRl导通，此后，重复进行这一过程，形成推挽振荡。绕组Ns的输出端的波形如图2-1所示，可见，除了“集极谐振型Royer电路”输出正弦波或近似正弦波外，自激推挽式变换器的工作波形是接近方波的。集极谐振型Royer电路又称“冷阴极灯管逆变器(CCFL inverter) ”，也会简称为CCFL逆变器或CCFL变换器，CCFL变换器在供电回路串入主功率绕组十倍电感量以上的电感，以获得输出正弦波或近似正弦波。图3为变压器Bl磁心的方形磁滞回线，其中+Bm、-Bffl为磁心的两个磁饱和点，在图2-1的半个周期内，变压器Bl磁心的工作点运动的路线为AB⑶E，在下半个周期内运动路线为EFGHA。事实上，三极管TR2或TRl 对应的线圈绕组里的电流，以及这个电流产生的磁感应强度随时间而线性增加到图3中D 点或H点时，电路就会进行推挽转换，即另一只三极管导通，而对应的三极管会截止。由于三极管存在一个存储时间(storage time)，即三极管基极接收到关断信号，而集电极电流要延时小段时间才开始下降直到关断，存储时间会产生在图3中，磁心工作点运动路线从D 点向E点移动，对应地，或磁心工作点运动路线从H点向A点移动。其特点为利用磁心饱和特性进行推挽振荡，变压器输出波形为近似方波，电路的变换效率较高。磁心要在特定的时间瞬间接近饱和状态，所以无法采用存在气隙的磁心。自激推挽式变换器必需使用磁饱和式磁心，而磁心加气隙是公知的抗磁饱和的手段。鉴于各种文献不区分磁心与磁芯和铁心以及铁芯，本文中的磁心和公知的其它文献一样，和磁芯(Magnetic Core)表示相同的意思，指铁氧体材料，即由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物，磁心多用在高频。而铁心、铁芯(Iron Core)是硅片型材料，只适合低频率的电感线、低变压器，一般用于低频和音频。图1-2示出的相似结构，就是开关驱动功能与主功率变压器脱离的电路，如图1-2 所示。前文描述过，电路的自振荡频率和驱动功能，改由磁饱和的变压器Bl来实现，因此， 主功率变压器B2能工作在不饱和状态。虽然Bl出现磁饱和，因为Bl的体积相对较小，磁饱和消耗的能量小，在相同条件下，Jensen电路的总体效率略高。自激推挽式变换器在目前的开关电源领域中，由于在小信号模型中，唯一的交流小信号输入阻抗为正的电源，而其它开关电源的交流小信号输入阻抗为负，交流小信号输入阻抗为负的开关电源并联使用时极不方便，自激推挽式变换器的交流小信号输入阻抗为正，并联、级联使用极为方便，所以得到广泛使用。但上述的自激推挽式变换器存在以下缺点。1、负载轻载时，变换器的效率低由于Royer电路是利用磁心饱和特性进行推挽振荡，所以其静态电流不会太小，如表一为Royer电路实测参数。如使用图1_1的电路，做成输入直流5V，输出直流5V，输出电流为200mA的变换器，即输出功率1W。变压器的后续输出采用图4的电路结构，图4为公知的全波整流电路，二极管D41和D42均采用型号为RB160的肖特基二极管。电路的主要参数为电容C为IuF电容，电阻Rl为IK Ω，电容Cl为0. 047uF电容，三极管TRl和TR2为放大倍数在200倍左右的开关三极管，其集电极最大工作电流为IA ；其中，原边线圈Npi和 Np2的圈数分别为20匝，反馈线圈^和^的圈数分别为3匝，副边线圈^和^的圈数分别为23匝，磁心采用外直径5毫米，横截面积1. 5平方毫米的常见铁氧体环形磁心，俗称磁环，其外形立体图参见图5。实测电路的空载工作电流为18mA，工作频率为97. 3KHz，接近IOOKHz，变换效率测试电路采用图6的电路，Vl电压表头为工作电压Vin，即输入电压；Al电流表头为输入电流 Iin，即为工作电流；V2电压表头为输出电压Vout，A2电流表头为输出电流Iout ；那么变换效率可以用公式(2)计算得出。电路的变换效率为
权利要求
1.一种自激推挽式变换器，包括一变压器，其特征在于所述的变压器的闭合磁心或铁心由主部和局部组成，所述的局部在相同的由小到大的磁场激励下比所述的主部先达到磁饱和。
2.根据权利要求1所述的自激推挽式变换器，其特征在于所述的主部绕线圈、所述的局部不绕线圈。
3.根据权利要求1所述的自激推挽式变换器，其特征在于所述的主部和所述的局部材质相同，所述的局部包括一个或一个以上，所述的局部长度之和为总磁路长度八分之一以下，且截面积介于所述的主部的截面积80%以下、4%以上。
4.根据权利要求3所述的自激推挽式变换器，其特征在于所述的局部长度为0.05毫米以上。
5.根据权利要求1所述的自激推挽式变换器，其特征在于所述的主部和所述的局部材质不同，所述的局部包括一个或一个以上，所述的局部长度之和小于总磁路长度八分之一以下。
6.根据权利要求5所述的自激推挽式变换器，其特征在于所述的局部长度为0.02毫米以上。
7.根据权利要求5所述的自激推挽式变换器，其特征在于所述的主部和所述的局部截面积相等。
8.根据权利要求1所述的自激推挽式变换器，其特征在于所述的主部和所述的局部连接处存在方便脱模的过渡体。
9.根据权利要求1所述的自激推挽式变换器，其特征在于所述的主部上有两个或两个以上的凸点。
全文摘要
本发明公开了一种自激推挽式变换器，包括一变压器，所述的变压器的闭合磁心或铁心由主部和局部组成，所述的局部在相同的由小到大的磁场激励下比所述的主部先达到磁饱和；本发明克服现有的自激推挽式变换器存在的缺点，使得自激推挽式变换器在负载轻载时，自激推挽式变换器的效率得到显著提升；在额定负载时，效率进一步提升；降低自激推挽式变换器中磁饱和变压器上线圈的匝数；提高自激推挽式变换器的工作频率而损耗仍维持较低水平；降低自激推挽式变换器在导通和关断时出现电流尖峰，效率进一步提升同时降低输出纹波。
文档编号H01F27/30GK102437767SQ201110436259
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者王保均 申请人:广州金升阳科技有限公司