一种自激推挽式变换器类开关电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电源，特别涉及一种自激推挽式变换器类开关电源，属于电源技 术领域。
【背景技术】
[0002] 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（JenSen，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，书号ISBN7-121-00211-6 ;电路的主要形式为上 述著名的Royer电路和自振荡Jensen电路；附图1示出的为自激推挽式变换器常见应用 方案，电路结构为Royer电路；附图3电路是自振荡Jensen电路，在附图1中，电路要利用 变压器B1的磁心饱和特性进行振荡，在附图2的Jensen电路中，电路的自振荡频率和驱动 功能，由磁饱和的变压器B1来实现，因此，主功率变压器B2工作在不饱和状态；Royer电路 与Jensen电路都使用的如图2磁环。如图1所示的Royer电路，其工作原理为：当电源 接通后，三极管TR1、TR2在开始时有可能同时导通，电流Icl和Ic2以相反的方向通过初 级绕组N2和N3 ;由于两个管子的参数不可能完全一样，因而在绕组N2和N3两线圈中流过 的两集电极电流总不会相等的，当ICDIC2时，铁芯中的主磁通及线圈的感应电压主要由 IC1的变化来决定；假定变压器T初级线圈及反馈线圈对应端如图1所示，当IC1按图方向 增加时，线圈N4上的反馈电压使TR2基极对地为正，使Ib2增加，Ib2的增加又使Ic2继续 增加，这样正反馈作用迅速的使TR2进入饱和状态；相反线圈N1上的反馈电压使TR1基极 对地为负；从而使Ibl减小，IC1随之减小，这种正反馈迅速地使TR1进入截止状态；所以 电源接通后，三极管TR1截止，TR2饱和导通，随后TR1导电并进入饱和，TR2截止，这样两 管交替导通与截止，持续不断，从而形成振荡工作状态。其工作特点为：利用变压器B1磁 心饱和特性进行推挽振荡，且保证在三极管TR1，TR2饱和前进入饱和状态（如果三极管先 饱和，会烧坏）；变压器输出波形为近似方波，因其电路结构简单，所以生产成本低，且稳定 性高；但主磁芯B1工作在交替饱和状态，图2磁环工作的磁区间如图4,因工作磁环全部 工作在饱和状态，效率会较低，另外因磁饱和会引起电流尖峰，此电流尖峰会引起较大的损 耗，所以电路的变换效率较低，且电磁干扰EMI特性相对较差。随着电源技术的发展，功率 密度的不断提升，模块化电源的出现，对现在电源提出了新的要求，模块电源是一种砖式的 全密闭的电源。他的主要优势是体积小，重量轻轻，高频化，还有就是抗干扰，低噪音换热高 可靠，也就是小型化、薄型化、轻量化和高频化，开关电源的体积和重量主要是由储能元件 (磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的 体积；在一定范围内，开关频率的提尚，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且 还要能够抑制干扰，改善系统的动态性能；因此，高频化是开关电源的主要发展方向；为了 实现模块高频化要对磁芯的选用，如磁导率和AE值有较高要求；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：式中：f为振荡频率；Bw为工作磁感应强度 (T)，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；输入电压不能改变，N为圈数，与输出功率大小相关，不能改变；S为磁心有效截 面积，模块的情况下，现有工艺体积要求，不可以改变；Bw为工作磁感应强度（T)，可以增加 磁性材料的磁导率进行减小；y=B/H;其中H为磁场强度B磁感应强度（T);如图4,磁 芯工作在曲线范围内，我们对磁芯材料慢慢外加电流，磁通密度（磁感应强度）也会跟着增 加，当电流加至某一程度时我们会发现磁通密度会增加很慢，而且会趋近一渐进线，当趋近 这一渐进线时这个时候的磁通密度我们就称为的饱和磁通密度Bm。到达此值的时间与H 直相关，因为H只是电流外加给的磁场，输入电流不变的情况下，你希望通过改变H快速磁 饱和，磁导率大，那么同样大的外加电流I使得H值变化也越大；磁导率如果为零，那么多 大的输入电流也不会产生H值，无法达到磁饱和，磁导率如果近乎无限大，只要加一个小电 流，H接近无限大，B也就很快速饱和达到。B= 如上所述，增加y值可有效的 增加自激式变换器的工作频率，当自激变换器磁芯选用y值较大磁芯还有以下好处；根据 公式E=L*I*I;L=0. 4y*IPK*N/l，其中，E是单位时间能量，L为初级电感量，P为输出功 率，t为时间，1为有效磁路长度；根据以上公式可推出，低y值和高y值磁环对比，在圈 比，AE值，形状大小保持不变的情况下，高y值磁环频率提供的同时，在同等负载作用下， 产品的电流值得到有效下降，从而提高产品功率密度；在保证同等功率情况下，可适当的减 小磁环，进一步增加频率及功率密度；其缺点是工艺技术受限，高y值磁环市场上常见为 相对磁导率5000-7000,极限值做到15000,但应用范围和温度系数受限，不能大批量生产； 相对成本也较高。
[0003]Jensen电路工作原理与Royer电路非常相似，其自激振荡的翻转是通过驱动磁环 B1完成，主磁环紧起到能量传输，不工作在饱和状态，因其工作原理的特别性，其完美的避 开了Royer电路的所有缺点；因其自激振荡的翻转是通过驱动磁环B1完成，B1只起到驱动 三级管的作用，其工作时所需的电流非常小，所以可以尽可能的减小磁环B1的体积；因为 磁环B1体积小，工作电流小，磁芯B2工作在非饱和状态，所以其EMI特性非常好；因其自激 振汤的翻转是通过驱动磁环B1完成，B1的磁饱和特性做的足够快，可以很容易的完成频率 的提升；但其是双磁环设计，且双磁环都要绕线，且为满足B1的饱和要求，绕线数量很多， 人工成本和材料成本都比较高；焊点较多，在有限的空间内过多地焊点，焊接成本高；工艺 复杂，生产不良品无法满足；双变压器，磁环体积受限，不利于产品小型化，无法提高功率密 度。
【发明内容】
[0004](一）要解决的技术问题 为解决上述问题，本发明提出了一种自激推挽式变换器类开关电源，利用Royer电路， 实现Jensen电路的功能。
[0005](二）技术方案 本发明的自激推挽式变换器类开关电源，包括一变压器，所述变压器包括至少一磁心， 所述的磁心包括一个磁环，其特征在于：所述磁环上设置有一段长度小于总磁路长度二分 之一，且截面积大于主磁路的截面积100%以上的凸起；所述凸起中间设置有不少于一个 缝隙，将凸起分割为上桥壁和下桥壁。
[0006] 进一步地，所述下桥壁设置于最内侧的缝隙与磁环内环之间；所述下桥壁设置于 最内侧的缝隙外侧。
[0007] 进一步地，所述上桥壁和下桥壁的截面积相加大于或等于凸起以外的所述磁环截 面积的80%~100%。
[0008] 作为优选的实施方案，所述缝隙内径不小于漆包线外径。
[0009] 作为优选的实施方案，所述凸起处开设有一圆形或长条孔。
[0010] 作为优选的实施方案，所述凸起处并排开设有两圆形或长条孔。
[0011] 本发明的工作原理为，上述技术方案的自激推挽式变换器，以图1的Royer电路 为例，图1自激推挽式变换器中的变压器B1采用上述本发明的技术方案，电路的推挽工作 原理并没有变化，当三极管TR2饱和导通，相应地，三极管TR1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 强度增加到变压器B1磁心的饱和点Bm时，线圈的电感量迅速减小，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B1线圈上的电压将反向，使另一只三极管TR1导通，此后，重 复进行这一过程，形成推挽振荡。
[0012] 如上所述，合理的配置上下桥壁参数，如图4所示，能使7 m虚线标注区磁通密度 提高，提前达到饱和值，在Royer电路应用中，将驱动绕组绕制在此区域能够提前驱动三 极管驱动级翻转，因下桥壁饱和时其他区域磁通密度未饱和，三极管集电级电流尖峰中不 会出现磁饱和带来的电流尖峰，EMI特性，三极管的稳定性都会得到提高。频率显著上升， Royer电路的振荡频率是电源电压的