专利名称：类似推挽拓扑的半桥开关变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及开关变换器领域，特别是一种类似推挽拓扑的半桥开关变换器。把它应用到荧光灯、节能灯、高压钠灯、金卤灯等的电子镇流器，石英灯、霓虹灯等的电子变压器，应急灯等的逆变器和开关电源等产品中，很有价值。
目前在电子照明、灯饰和开关电源等产品中使用的开关变换器有半桥式、全桥式和推挽式等，用得最广泛的是半桥式电路，它有许多优点电路结构简单、成本低、容易起振、开关三极管承受的反压与输入直流电压相等。但它的致命缺点是因两只开关三极管直接串联后跨接在直流电压上，因而常常由于三极管开关时间的差异出现共同导通问题(简称“共导”)而被烧毁，产品有80％的损坏是由此造成的，这就是这类产品可靠性差的根本原因。
本实用新型的目的是针对使用最广泛的半桥电路，提供一种类似推挽拓扑的半桥开关变换器，它既保留了半桥电路的上述优点，又克服了它的致命缺点，使“共导”问题从根本上得到解决，可靠性得到极大提高。
本实用新型的实施方案是它包括整流滤波后的直流电源(也可以是其他形式直流电源)、启动电路、类似推挽拓扑的开关振荡电路、续流电路、输出电路等。本实用新型的特征在于开关振荡电路的开关三极管的桥臂是由三极管BG1、线圈N1(L1)、线圈N2(L2)和三极管BG2这四个元件串联起来构成，其中BG1的集电极接在直流电源正极输出端A上，BG1的发射极与线圈N1(L1)的同名端1相接，线圈N1(L1)的另一端与线圈N2(L2)的一端相接，这两个线圈的连接点0构成半桥电路的中心抽头，线圈N2(L2)的另一端2为同名端，接在三极管BG2的集电极上，BG2的发射极与直流电源负极输出端B相连。续流二极管D7的正极接在直流电源负极B上，D3的负极与线圈N1(L1)的同名端1相接，续流二极管D8的正极与线圈N2(L2)的同名端2相接，D8的负极接在直流电源正极A上。半桥电容C3的一端接在电源正极A点上，另一端与半桥电容C4相连，C4的另一端接在电源负极B点上。C3和C4相连的K点形成半桥电容桥臂的中点。两只半桥电容C3和C4当中，可以只用电容C3或只用电容C4，也能正常工作。
本实用新型的特别优点(1)由于创造出类似推挽拓扑的开关振荡电路，能有效地解决了半桥电路中的两只开关三极管存在的“共导”问题，使产品的可靠性极大地提高；(2)本实用新型改善了三极管的开关特性，令两只开关三极管的集电极电压波形的上升沿、下降沿比较陡直，且饱和压降小，从而降低了三极管的温升，有效地延长了产品寿命。
以下结合附图
对本实用新型加以说明。
附图为本实用新型的电路结构图。
如附图所示本实用新型是由桥式整流滤波电路(二极管D1～D4、电解电容器C1；也可以用其他形式的直流电源代替)、启动电路(电阻R1、电容C2、二极管D5、触发二极管D6)、类似推挽拓扑的开关振荡电路(开关三极管BG1、BG2、线圈N1(L1)、N2(L2)、基极电阻R2R3、基极二极管D9D10、磁环耦合变压器T1及其线圈n0n1n2)、续流电路(二极管D7D8)、半桥电容(C3C4也可以只要C3或C4)和输出电路(推挽电感L1L2、输出电容C5、变压器T2的推挽绕组N1N2和输出绕组N3)等共同构成。
电路工作原理交流电压UAC经桥式整流滤波后获得脉动直流电压UDC(也可以由其他形式的直流电源代替)。当电容C2经电阻R1充电至触发二极管D6的击穿电压时，D6立即导通，呈现负阻特性，给三极管BG2提供一个较大的启动电流，BG2开始导通。由于磁环线圈同名端的接法保证三极管的正反馈作用，使得BG2饱和、BG1截止。又由于主电路电流变化率符号的改变，通过磁环线圈的作用导致BG1饱和、BG2截止。如此反复，BG1和BG2轮流饱和与截止，形成高频开关振荡，负载Z1或Z2得到高频输出功率，电路进入正常工作状态。Z1为负阻特性负载，如荧光灯、节能灯、高压钠灯、金卤灯等，Z2为其他负载，如石英灯、霓虹灯、高频整流输出电路等。当只有Z1负载时，T2不设绕组N3当只有Z2负载时，就把Z1短接即可。
解决开关三极管“共导”问题的原理如下为简单起见，设只有负载Z1。当BG1饱和BG2截止时，电容C4充电、C3放电，C4充电电流从A点→BG1→L1→n0→Z1(C5)→C4→B点，C3放电电流从C3上端→BG1→L1→n0→Z1(C5)→C3下端，可见，这两路电流从L1的同名端1流入当BG1截止BG2饱和时，电容C3充电C4放电，C3充电电流从A点→C3→Z1(C5)→n0→L2→BG2→B点，C4放电电流从C4上端→Z1(C5)→n0→L2→BG2→C4下端。可见，这两路电流从L2的异名端0流入。当BG1从饱和转为截止瞬间，L1上的电流不能突变，其续流路径从L1的0点→n0→Z1(C5)→C4→D7→L1的1点；此时L2的互感电压的极性是节点0为正，节点2为负，其续流路径从0点→n0→Z1(C5)→C4→D10(n2→R3)→BG2的bc结→2点。BG2从饱和转为截止瞬间，L2上的电流也不能突变，其续流路径从L2的2点→D8→C3→Z1(C5)→n0→L2的0点。此时L1的互感电压的极性是节点1为正，节点0为负，其续流路径从1点→D9(n1→R2)→BG1的bc结→C3→Z2(C5)→0点。可见，不管是电容C3C4的充放电的电流还是电感L1L2的充放磁的电流，以及所有续流电流均通过负载Z1，给Z1提供高频输出功率。
当BG1饱和BG2截止时，电流在L1上产生的电压U10为自感电压，同时在L2上感应的电压U02为互感电压。同理，当BG1截止BG2饱和时，U10为互感电压，U02为自感电压。由于节点1和节点2为同名端，所以自感电压和互感电压在任何瞬间都是大小相等方向相反，即U10＝-U02，亦即U10和U20的波形是相互重合的。因此，节点1和节点2的电位在任何瞬间都是相等的。但在电路结构上，节点1和节点2被L1和L2串起来隔开，我们称这种等电位为“动态等电位”。从电工原理可知等电位的节点之间是没有电流的。所以在任何瞬间，电流不可能从节点1直接流向节点2，也就是说不可能因BG1和BG2同时饱和造成大电流从节点1直接流向节点2而把直流电源电压UDC短路，亦即在本实用新型的电路结构中，“共导”问题根本不会发生。我们通过大量模拟“共导”试验和批量产品实践应用均证明了上述结论的正确性。在模拟试验中，传统半桥电路的开关三极管立即被烧毁(4只整流二极管、保险丝也被烧掉)，而本实用新型的开关三极管等所有元件均完好无损。
权利要求1.一种类似推挽拓扑的半桥开关变换器，包括直流电源、启动电路、类似推挽拓扑的半桥开关振荡电路、续流电路、输出电路等，其特征在于所说的类似推挽拓扑的半桥开关振荡电路的三极管桥臂是由三极管BG1、线圈N1(L1)、线圈N2(L2)和三极管BG2这四个元件串联起来构成，其中BG1的集电极接在直流电源正极输出端A上，BG1的发射极与线圈N1(L1)的同名端1相接，线圈N1(L1)的另一端与线圈N2(L2)的一端相接，这两个线圈的连接点0构成桥臂的中心抽头，线圈N2(L2)的另一端2为同名端，接在三极管BG2的集电极上，BG2的发射极与直流电源负极输出端B相连。
2.根据权利要求1所述的类似推挽拓扑的半桥开关变换器，其特征在于续流二极管D7的正极接在直流电源负极B上，D7的负极与线圈N1(L1)的同名端1相接，续流二极管D8的正极与线圈N2(L2)的同名端2相接，D8的负极接在直流电源正极A上；
3.根据权利要求1所述的类似推挽拓扑的半桥开关变换器，其特性在于两只半桥电容C3和C4当中，可以只用电容C3或只用电容C4，电路也能正常工作。
专利摘要本实用新型提供了一种类似推挽拓扑的半桥开关变换器,它包括了直流电源、启动电路、类似推挽拓扑的半桥开关振荡电路、续流电路、输出电路等。其特征在于开关三极管的桥臂是由三极管BG
文档编号H02M1/00GK2372823SQ99235520
公开日2000年4月5日 申请日期1999年3月11日 优先权日1999年3月11日
发明者罗初东, 陈鸟常, 罗穗生 申请人:罗初东, 陈鸟常, 罗穗生