专利名称：主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及自激式直流-直流(DC-DC)变换器，应用于开关稳压或稳流电源、高亮度LED驱动电路等，尤其是一种自激式Sepic变换器。
背景技术：
与线性(稳压或稳流)调节器和他激式DC-DC变换器相比，自激式DC-DC变换器具有性价比高的显著优点。图I给出的是ー种电路结构简单、元器件数目少的BJT(双极型晶体管)型自激式S印ic变换器，包括由输入电容Ci、电感LI、ニ极管D1、NPN型BJT管Q1、电容C、电感L2、ニ极管D和输出电容Co组成的S印ic变换器的主回路，输入电容Ci与直流电压源Vi并联，输出电容Co两端电压为直流输出电压Vo，负载Ro与输出电容Co并联，直流电压源Vi的负端与直流输出电压Vo的负端、NPN型BJT管Ql的发射极相连，直流电压源Vi的正端与电感LI的一端相连，电感LI的另一端与ニ极管Dl的阳极相连，ニ极管Dl的阴极与NPN型BJT管Ql的集电极以及电容C的一端相连，电容C的另一端与ニ极管D的·阳极以及电感L2的一端相连，电感L2的另一端与直流电压源Vi的负端相连，ニ级管D的阴极与输出电压Vo的正端相连。图I所示的BJT型自激式S印ic变换器还包括主开关管Ql的驱动单元，所述主开关管Ql的驱动单元由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容Cl和NPN型BJT管Q2组成，所述NPN型BJT Q2的集电极和发射极分别与NPN型BJT管Ql的基极和发射极相连，NPN型BJT管Ql的基极还通过电阻Rl接于直流电压源Vi的正端，电阻R3和电容Cl组成并联支路，所述并联支路的一端与电感LI的一端以及ニ极管Dl的阳极相连，所述并联支路的另一端与NPN型BJT管Q2的基极以及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与NPN型BJT管Q2的发射极相连。图I所示的BJT型自激式Sepic变换器还包括电压反馈支路，所述电压反馈支路由电阻R4、电阻R5、稳压管Zl和NPN型BJT管Q3组成，所述稳压管Zl的阴极与直流输出电压Vo的正端相连，稳压管Zl的阳极与电阻R5的一端以及NPN型BJ管Q3的基极相连，NPN型BJT管Q3的集电极通过电阻R4与NPN型BJT管Ql的基极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与电阻R5的另一端接于直流电压源Vi的负端。该电路的不足之处在于由驱动电阻R1、NPN型BJT管Q2、电阻R2、电阻R3和电容Cl组成的主开关管Ql的驱动单元，当主开关管Ql关断时仍有较大电流流过驱动电阻Rl，导致Ql的驱动损耗较大，从而影响电路的效率，尤其是电路的轻载效率。
发明内容
为克服现有的BJT型自激式S印ic变换器主开关管驱动损耗较大的不足，本发明提供一种主开关管驱动损耗小的BJT型自激式S印ic变换器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种主开关管驱动损耗小的BJT型自激式S印ic变换器包括由输入电容Ci、电感LI、NPN型BJT管Ql、电容C、电感L2、ニ极管Dl、ニ极管D和电容Co组成的S印ic变换器的主回路，输入电容Ci与直流电压源Vi并联，输出电容Co两端电压为直流输出电压Vo，负载Ro与输出电容Co并联，直流电压源Vi的正端与电感LI的一端相连，电感LI的另一端与NPN型BJT管Ql的集电极以及电容C的一端相连，NPN型BJT管Ql的发射极与直流电压源Vi的负端以及直流输出电压Vo的负端相连，电容C的另一端与ニ极管D的阳极以及电感L2的一端相连，电感L2的另一端与ニ极管Dl的阴极相连，ニ极管Dl的阳极与直流电压源Vi的负端相连，ニ极管D的阴极与输出电压Vo的正端相连；所述主开关管驱动损耗小的BJT型自激式S^ic变换器还包括主开关管Ql的驱动单元，所述主开关管Ql的驱动单元由电阻R1、电阻R2、稳压管Zl和PNP型BJT管Q2组成，所述PNP型BJT管Q2的发射极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与电感LI的一端以及直流电压源Vi的正端相连，PNP型BJT管Q2的基极与稳压管Zl的阳极以及电阻R2的一端相连，稳压管Zl的阴极与电感LI的另一端以及电容C的一端相连，电阻R2的另ー端与直流电压源Vi的负端相连，PNP型BJT管Q2的集电极与NPN型BJT管Ql的基极相连。为提高电路的动态性能，可在直流电压源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基极之间并联电 容Cl。进ー步，作为优选的一种方案所述主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器还包括电压反馈支路，所述电压反馈支路由电阻R3、稳压管Z2和NPN型BJT管Q3组成，所述NPN型BJT管Q3的集电极与PNP型BJT管Q2的集电极以及NPN型BJT管Ql的基极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与直流电压源Vi的负端以及电阻R3的一端相连，NPN型BJT管Q3的基极与电阻R3的另一端以及稳压管Z2的阳极相连，稳压管Z2的阴极与直流输出电压Vo的正端相连。为提高电路的动态性能，稳压管Z2两端可并联电容C2。或者，作为优选的另ー种方案所述主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器还包括电流反馈支路，所述电流反馈支路由电阻R3、电阻R4、ニ极管D2和NPN型BJT管Q3组成，所述NPN型BJT管Q3的集电极与PNP型BJT管Q2的集电极以及NPN型BJT管Ql的基极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与直流电压源Vi的负端、NPN型BJT管Ql的发射极、电容Co的一端以及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与直流输出电压Vo的负端以及ニ极管D2的阴极相连，NPN型BJT管Q3的基极与ニ极管D2的阳极以及电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与直流电压源Vi的正端相连。为提高电路的动态性能，电阻R3两端可并联电容C2。本发明的技术构思为在图I所示现有BJT型自激式S印ic变换器的基础上，用损耗小的主开关管驱动单元代替原有损耗大的主开关管驱动单元(如图2和图3所示)。损耗小的主开关管驱动单元由电阻R1、电阻R2、PNP型BJT管Q2和稳压管Zl组成。其特征如下PNP型BJT管Q2的发射极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与电感LI的一端以及直流电压源Vi的正端相连，PNP型BJT管Q2的基极与稳压管Zl的阳极以及电阻R2的一端相连，稳压管Zl的阴极与电感LI的另一端以及电容C的一端相连，电阻R2的另一端与直流电压源Vi的负端相连，PNP型BJT管Q2的集电极与NPN型BJT管Ql的基极相连。为提高电路的动态性能，可在直流电压源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基极之间并联电容Cl。为获得稳定的直流输出电压，在Sepic变换器主回路的输出端与主开关管驱动单元之间可增加一条电压反馈支路，由NPN型BJT管Q3、电阻R3和稳压管Z2组成(如图2所示)。为提高电路的动态性能，稳压管Z2两端可并联电容C2。为获得稳定的直流输出电流，在Sepic变换器主回路的输出端与主开关管驱动单元之间可增加一条电流反馈支路，由NPN型BJT管Q3、电阻R3、电阻R4和ニ极管D2等组成(如图3所示)。为提高电路的动态性能，电阻R3两端可并联电容C2。
本发明的有益效果主要表现在本发明提出的BJT型自激式S印ic变换器不但具有电路结构简单、元器件数目少的优点，而且还具有主开关管驱动损耗小、轻载效率高的优点，非常适合小功率(数瓦级以下)升降压型的开关稳压或稳流电源、高亮度LED驱动电路等应用。
图I是现有的ー种BJT型自激式S印ic变换器的电路图。图2是主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器实施例I的电路图。图3是主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器实施例2的电路图。图4是主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器实施例I在电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续工作模式下的理想波形图。图5是主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器实施例2在电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续工作模式下的理想波形图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进ー步描述。实施例I參照图2和图4，一种主开关管驱动损耗小的BJT型自激式S印ic变换器包括由输入电容Ci、电感LI、NPN型BJT管Ql、电容C、电感L2、ニ极管Dl、ニ极管D和电容Co组成的Sepic变换器的主回路，输入电容Ci与直流电压源Vi并联，输出电容Co两端电压为直流输出电压Vo，负载Ro与输出电容Co并联，直流电压源Vi的正端与电感LI的一端相连，电感LI的另一端与NPN型BJT管Ql的集电极以及电容C的一端相连，NPN型BJT管Ql的发射极与直流电压源Vi的负端以及直流输出电压Vo的负端相连，电容C的另一端与ニ极管D的阳极以及电感L2的一端相连，电感L2的另一端与ニ极管Dl的阴极相连，ニ极管Dl的阳极与直流电压源Vi的负端相连，ニ极管D的阴极与输出电压No的正端相连。所述主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器还包括主开关管Ql的驱动单元，所述主开关管Ql的驱动单元由电阻R1、电阻R2、电容Cl、稳压管Zl和PNP型BJT管Q2组成，所述PNP型BJT管Q2的发射极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与电感LI的一端以及直流电压源Vi的正端相连，PNP型BJT管Q2的基极与稳压管Zl的阳极以及电阻R2的一端相连，稳压管Zl的阴极与电感LI的另一端以及电容C的一端相连，电阻R2的另一端与直流电压源Vi的负端相连，PNP型BJT管Q2的集电极与NPN型BJT管Ql的基极相连。为提高电路的动态性能，直流电压源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基极之间并联电容Cl。图2是主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器实施例I的电路图，采用了电压反馈支路。所述电压反馈支路包括NPN型BJT管Q3、电阻R3、稳压管Z2和电容C2，NPN型BJT管Q3的集电极与PNP型BJT管Q2的集电极以及NPN型BJT管Ql的基极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与直流电压源Vi的负端以及电阻R3的一端相连，NPN型BJT管Q3的基极与电阻R3的另一端以及稳压管Z2的阳极相连，稳压管Z2的阴极与直流输出电压Vo的正端相连。为提高电路的动态性能，稳压管Z2两端并联电容C2。图4是主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器实施例I在电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续工作模式下的理想波形图。其电路工作原理具体如下(I)电路上电启动阶段t=tO时刻，电路上电,直流电压源Vi (vi)从O开始上升。刚开始，Q1、Q2、Q3、D和Dl均截止，Ql的集电极电压vcl跟随vi变化，而直流输出电压Vo(vo)为O。t=tl时刻，即直流电压源vi上升至ニ极管D的正向 导通压降吋，D导通，vi通过LI和D对C和Co充电，电容电压vc和直流输出电压vo都开始上升。t=t2时刻，即直流电压源vi上升至一定值时，Q2导通，Zl正向导通，Ql导通。t=t3时刻，即vcl上升至一定值时，Q2关断，Zl截止，Ql关断。Ql关断后，vcl继续上升。随后，Zl反向导通，因vcl大于vi、Q2的发射极一基极导通压降、Zl反向导通压降三者之和，Q2和Ql仍关断。t=t4时亥IJ，电感电流iLl下降为0，D截止。D截止后，vcl跌落，Q2和Ql导通。Ql导通后，vi、Ll、Ql形成回路，C、Q1、D1、L2形成另ー回路，LI和L2充电，iLl和iL2增加。此时，Zl正向导通。随着iLl的增加，Ql的集电极电流icl和集电极电压vcl也随之增加。t=t5时亥Ij,即Ql的集电极电压vcl上升至一定值时，Q2关断，Zl截止，Ql关断。Ql关断后，D导通，vi、Ll、C、D、Co和Ro形成回路，Dl、L2、D、Co和Ro形成另ー回路，LI和L2放电，iLl和iL2减小。此时，Zl反向导通。t=t6时刻，电感电流iL2下降为0，D1截止。t=t7时刻，电感电流iLl下降为0，D截止。D截止后，vcl再次发生跌落，Q2和Ql导通，电路进入下ー个自激エ作周期。历经若干个周期，当电路的输出电压达到设定值Vo以后，电路就完成了上电启动过程，进入稳态工作阶段。(2)电路稳态工作阶段当电路的输出电压达到设定值Vo以后，电路的电压反馈支路就开始起作用。当输出电压高于设定值Vo吋，Q3导通，导致Ql关断。通过缩短Ql的导通时间(即t9-t8)和延长Ql的关断时间(即tll-t9)，实现输出电压的降低。当输出电压低于设定值Vo吋，Q3关断，Ql的导通和关断时间又恢复原样，实现输出电压的提升。由此，电路可实现输出稳压。图4中，t=tlO时刻，iL2下降为0，Dl截止。实施例2參照图3和图5，本实施例包括由输入电容Ci、电感LI、NPN型BJT管Ql、电容C、电感L2、ニ极管DI、ニ极管D和电容Co组成的S印ic变换器的主回路和由电阻Rl、电阻R2、电容Cl、稳压管Zl和PNP型BJT管Q2组成的主开关管Ql的驱动单元，还包括电流反馈支路。所述电流反馈支路包括NPN型BJT管Q3、电阻R3、电阻R4、ニ极管D2和电容C2，NPN型BJT管Q3的集电极与PNP型BJT管Q2的集电极以及NPN型BJT管Ql的基极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与直流电压源Vi的负端、NPN型BJT管Ql的发射极、电容Co的一端以及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与直流输出电压Vo的负端以及ニ极管D2的阴极相连，NPN型BJT管Q3的基极与ニ极管D2的阳极以及电阻R3的一端相连，电阻R3的另ー端与直流电压源Vi的正端相连。为提高电路的动态性能，电阻R3两端并联电容C2。本实施例的其他电路结构与实施例I相同。图5是主开关管驱动损耗小的BJT型自激式S^ic变换器实施例2在电感电流iLl临界连续、电感电流iL2断续工作模式下的理想波形图。其电路工作原理具体如下(I)电路上电启动阶段与实施例I相同，历经若干个周期，当电路的输出电流达到设定值Io以后，电路就完成了上电启动过程，进入稳态工作阶段。(2)电路稳态工作阶段当电路的输出电流达到设定值Io以后，电路的电流反馈支路就开始起作用。当输出电流高于设定值Io吋，Q3导通，导致Ql关断。通过缩短Ql的导通时间(即t9-t8)和延长Ql的关断时间(即tll-t9)，实现输出电流的降低。当输出电流低于设定值Io吋，Q3关断，Ql的导通和关断时间又恢复原样，实现输出电流的提升。由此，电路可实现输出稳流。图5中，t=tlO时刻，iL2下降为0，Dl截止。 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
1.一种主开关管驱动损耗小的BJT型自激式S^ic变换器包括由输入电容Ci、电感LI、NPN型BJT管Ql、电容C、电感L2、ニ极管Dl、ニ极管D和电容Co组成的S印ic变换器的主回路，输入电容Ci与直流电压源Vi并联，输出电容Co两端电压为直流输出电压Vo，负载Ro与输出电容Co并联，直流电压源Vi的正端与电感LI的一端相连，电感LI的另一端与NPN型BJT管Ql的集电极以及电容C的一端相连，NPN型BJT管Ql的发射极与直流电压源Vi的负端以及直流输出电压Vo的负端相连，电容C的另一端与ニ极管D的阳极以及电感L2的一端相连，电感L2的另一端与ニ极管Dl的阴极相连，ニ极管Dl的阳极与直流电压源Vi的负端相连，ニ极管D的阴极与输出电压No的正端相连，其特征在于所述主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器还包括主开关管Ql的驱动单元，所述主开关管Ql的驱动单元由电阻R1、电阻R2、稳压管Zl和PNP型BJT管Q2组成，所述PNP型BJT管Q2的发射极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与电感LI的一端以及直流电压源Vi的正端相连，PNP型BJT管Q2的基极与稳压管Zl的阳极以及电阻R2的一端相连，稳压管Zl的阴极与电感LI的另一端以及电容C的一端相连，电阻R2的另一端与直流电压源Vi的负端相连，PNP型BJT管Q2的集电极与NPN型BJT管Ql的基极相连。
2.如权利要求I所述的主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器，其特征在于所述直流电压源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基极之间并联电容Cl。
3.如权利要求I和2之一所述的主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器，其特征在干所述自激式Sepic变换器还包括电压反馈支路，所述电压反馈支路由电阻R3、稳压管Z2和NPN型BJT管Q3组成，所述NPN型BJT管Q3的集电极与PNP型BJT管Q2的集电极以及NPN型BJT管Ql的基极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与直流电压源Vi的负端以及电阻R3的一端相连，NPN型BJT管Q3的基极与电阻R3的另一端以及稳压管Z2的阳极相连，稳压管Z2的阴极与直流输出电压Vo的正端相连。
4.如权利要求3所述的主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器，其特征在于所述稳压管Z2两端并联电容C2。
5.如权利要求I和2之一所述的主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器，其特征在于所述自激式Sepic变换器还包括电流反馈支路，所述电流反馈支路由电阻R3、电阻R4、ニ极管D2和NPN型BJT管Q3组成，所述NPN型BJT管Q3的集电极与PNP型BJT管Q2的集电极以及NPN型BJT管Ql的基极相连，NPN型BJT管Q3的发射极与直流电压源Vi的负端、NPN型BJT管Ql的发射极、电容Co的一端以及电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与直流输出电压Vo的负端以及ニ极管D2的阴极相连，NPN型BJT管Q3的基极与ニ极管D2的阳极以及电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与直流电压源Vi的正端相连。
6.如权利要求5所述的主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器，其特征在于所述电阻R3两端并联电容C2。
全文摘要
主开关管驱动损耗小的BJT型自激式Sepic变换器包括由输入电容Ci、电感L1、NPN型BJT管Q1、电容C、电感L2、二极管D1、二极管D和电容Co组成的Sepic变换器的主回路，还包括主开关管Q1的驱动单元。所述主开关管Q1的驱动单元由电阻R1、电阻R2、稳压管Z1和PNP型BJT管Q2组成，所述PNP型BJT管Q2的发射极与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与电感L1的一端以及直流电压源Vi的正端相连，PNP型BJT管Q2的基极与稳压管Z1的阳极以及电阻R2的一端相连，稳压管Z1的阴极与电感L1的另一端以及电容C的一端相连，电阻R2的另一端与直流电压源Vi的负端相连，PNP型BJT管Q2的集电极与NPN型BJT管Q1的基极相连。为提高电路的动态性能，可在直流电压源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基极之间并联电容C1。本发明电路结构简单，元器件数目少，主开关管驱动损耗小，轻载时电路效率高。
文档编号H02M3/155GK102684487SQ201210157708
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者南余荣, 王正仕, 陈怡 , 陈晋音 申请人:浙江工业大学