CN101472374A - 霓虹灯的高频恒流电源变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种霓虹灯的高频恒流电源变换器，包括漏磁变压器，还包括一个谐振电容，该谐振电容并联在漏磁变压器的初级线圈两端，漏磁变压器的初级线圈的分布电容、负载电容折算到其初级线圈端的电容、及谐振电容的并联总电容，与漏磁变压器的初级线圈构成并联谐振，谐振频率为：(见上式)；其中，f为谐振频率，L为初级线圈的电感量，C为漏磁变压器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的电容、及谐振电容的并联总电容。本发明用并联谐振输出以正弦波电压驱动霓虹灯管，灯管电流也是正弦波；提高了灯管亮度，延长了灯管寿命，并降低了由高次谐波辐射引起的射频电磁干扰。

Description

霓虹灯的高频恒流电源变换器

技术领域

本发明涉及一种霓虹灯的高频恒流电源变换器。

背景技术

常用的霓虹灯的高频恒流电源变换器由于采用电压馈电双变压器拓扑结构(即电压源供电结构)，当变换器在启动或输出开路及输入或输出受到异常干扰时，此类结构无法限止开关管的瞬时过压和过流而会导致变换器的失效。此类结构变换器的运行频率不易设定，且输出为矩型波电压驱动霓虹灯管，这会产生由高次谐波引起的射频电磁干扰(RFI)，具有以下缺点：

1，输出功率低，使霓虹灯管亮度偏暗；

2，恒流特性差，在驱动不同长度的霓虹灯管时亮度不均匀；

3，电磁干扰偏大，干扰周围的电子设备；

4，保护电路可靠性低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种霓虹灯的高频恒流电源变换器，它可以提高灯管亮度，延长灯管寿命，并降低由高次谐波辐射引起的射频电磁干扰。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种霓虹灯的高频恒流电源变换器，包括漏磁变压器，还包括一个谐振电容，该谐振电容并联在漏磁变压器的初级线圈两端，漏磁变压器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的电容、及谐振电容的并联总电容，与漏磁变压器的初级线圈构成并联谐振，谐振频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}};$

其中，f为谐振频率，L为初级线圈的电感量，C为漏磁变压器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的电容、及谐振电容的并联总电容。

因为本发明用并联谐振输出以正弦波电压驱动霓虹灯管，灯管电流也是正弦波；提高了灯管亮度，延长了灯管寿命，并降低了由高次谐波辐射引起的射频电磁干扰。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为典型的推挽拓扑结构示意图；

图2为典型的半桥拓扑结构示意图；

图3为本发明的谐振推挽拓扑结构示意图；

图4为本发明的谐振半桥拓扑结构示意图；

图5为本发明的自激式并联谐振推挽拓扑结构示意图；

图6为本发明的自激式并联谐振半桥拓扑结构示意图；

图7为本发明的他激式并联谐振推挽拓扑结构示意图；

图8为本发明的他激式并联谐振半桥拓扑结构示意图；

图9为本发明的漏磁变压器的一种结构。

具体实施方式

本发明的霓虹灯的高频恒流电源变换器可以采用推挽拓扑结构或半桥拓扑结构，如图1所示是典型的推挽结构示意图，漏磁变压器的初级线圈T1-1带有中心抽头，该中心抽头与电源VCC连接，初级线圈T1-1的两端分别连在推挽开关Q1和Q2的漏极上，推挽开关Q1和Q2的源极均接地。如图2所示是典型的半桥结构示意图，半桥开关Q1的漏极接电源VCC，其源极与半桥开关Q2的漏极连接，半桥开关Q2的源极接地，串联的电容C2和C3一端接电源，另一端接地，漏磁变压器的初级线圈T1-1一端接在半桥开关Q1的源极，另一端接在电容C2和C3的连接端。

如图3和图4所示是分别是图1的推挽拓扑结构和图2的半桥拓扑结构中增加并联谐振电容C1的示意图，谐振电容C1并联在漏磁变压器的初级线圈T1-1的两端，漏磁变压器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的电容、及C1的并联总电容，与漏磁变压器的初级线圈T1-1构成并联谐振，谐振频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}},$

上述公式中，f为谐振频率，L为次级线圈的电感量，C为漏磁变压器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的电容、及C1的并联总电容。

本发明的推挽拓扑结构或半桥拓扑结构可以采用自激式或他激式产生振荡。如图5为本发明的自激式并联谐振推挽拓扑结构示意图，偏置电路为Q1与Q2设置静态工作点，反馈绕组T1-3驱动由Q1，Q2，T1构成的推挽结构自激振荡。如图6为本发明的自激式并联谐振半桥拓扑结构示意图，偏置电路为Q1与Q2设置静态工作点，反馈绕组T1-3与T1-4驱动由Q1，Q2，C2，C3，T1构成的半桥结构自激振荡。如图7为本发明的他激式并联谐振推挽拓扑结构示意图，驱动电路驱动由Q1，Q2，T1构成的推挽电路产生振荡。如图8为本发明的他激式并联谐振半桥拓扑结构示意图，驱动电路驱动由Q1，Q2，C2，C3，T1构成的半桥电路产生振荡。

本发明的霓虹灯的高频恒流电源变换器，其漏磁变压器的结构可以采用图9的结构，包括两个“E”字型铁氧体磁芯，两个“E”字型铁氧体磁芯的开口部相对合，组成“曰”字型铁氧体磁芯，在“曰”字型铁氧体磁芯的中柱上分别绕有初级线圈T1-1和次级线圈T1-2，在“曰”字型铁氧体磁芯的中柱与两个边柱之间，且位于初级线圈T1-1和次级线圈T1-2间的窗口中分别设置两个铁氧体漏磁片。

铁氧体漏磁片可以用胶固定在窗口的任意一边；也可以在“口”字型铁氧体磁芯的上下边柱间设置一个支架，将铁氧体漏磁片用胶固定在支架上；或者也可以直接用上下边柱或左右两个线圈将铁氧体漏磁片夹紧固定。铁氧体漏磁片尺寸可以改变，不同尺寸的铁氧体漏磁片其形成的漏磁分路的磁通量大小不同。

漏磁变压器的两个“E”字型铁氧体磁芯的中柱短于两个等长度的边柱或者漏磁变压器的两个“E”字型铁氧体磁芯的两个边柱对合处分别垫有等量的非导磁材料，使得“曰”字型铁氧体磁芯的中柱中形成防止因变压器的磁通不平衡及磁芯饱和而导致变换器失效的气隙。

“曰”字型铁氧体磁芯的中柱的初级线圈T1-1一侧还绕有至少一个反馈绕组T1-3、T1-4，此类结构多用于自激振荡电路中，如图5中所示的T1-3，和图6中所示的T1-3、T1-4。

综上所述，常用的霓虹灯高频电源变换器采用双变压器结构，此类结构变换器的运行频率不易设定，且输出为矩型波电压驱动霓虹灯管，这会产生由高次谐波引起的射频电磁干扰。本发明采用并联谐振结构，其作用是：

(1)变换器的运行频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}},$

式中：L—输出变压器的初级电感量，C—谐振电容，分布电容及折算到变压器初级的负载电容。

(2)对自激式结构，开关管由输出变压器次级提供的正弦波电压驱动，降低了开关管关断时的电压应力(dv/dt)，提高了可靠性，并且开关管在电压过零时导通及关断，降低了开关管的功耗；对他激式结构，由电流馈电的零电压开关作用，开关管同样在电压过零时导通及关断，降低了开关管的功耗。

(4)对自激式结构，输出为正弦波电压驱动霓虹灯管，灯管电流也是正弦波；对他激式结构，输出为准正弦波电压驱动霓虹灯管，灯管电流也是准正弦波。以此类波型驱动霓虹灯管，可提高灯管亮度，延长灯管寿命。并降低由高次谐波辐射引起的射频电磁干扰。

(5)输出变压器设定在非饱和状态下运行，降低了变压器的温升，提高了可靠性。

另外本发明的漏磁变压器采用“曰”字型铁氧体磁芯(E E型)，由初级线圈(含反馈绕组)与次级线圈，铁氧体磁芯及铁氧体漏磁片构成，其结构特性有如下作用：能对霓虹灯管提供高于额定运行电压1.5倍的启动电压；在额定负载范围内能对不同的霓虹灯管负载能提供近似恒定的额定运行电流，对不同长度的霓虹灯管负载，运行电流偏差小于20％；能在用户不当超载使用时，运行电压及电流会急剧下降，以防止变换器因超载使用而导致的失效；具有额定的次级短路电流，次级短路电流不大于额定运行电流的20％，因而能实时阻止由输出短路而导致的变换器失效；变换器采用漏磁变压器输出，并在磁回路加入合适的气隙以防止因输出变压器的磁通不平衡及磁芯饱和而导致开关管损坏的变换器失效。变换器采用此类结构的漏磁变压器输出，其恒流特性能使不同管径及不同长度的霓虹灯管负载发出均匀一致的亮度，其限流特性则提高了变换器的可靠性。

由于本发明采用并联谐振结构，输出以正弦波电压驱动霓虹灯管，灯管电流也是正弦波；提高了灯管亮度，延长了灯管寿命，并降低了由高次谐波辐射引起的射频电磁干扰；由于本发明采用漏磁变压器输出，能在用户不当超载使用时，运行电压及电流会急剧下降，防止了变换器因超载使用而导致的失效，提高了可靠性。

Claims (6)

1、一种霓虹灯的高频恒流电源变换器，包括漏磁变压器，其特征在于，还包括一个谐振电容，所述谐振电容并联在所述漏磁变压器的初级线圈两端，所述漏磁变压器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的电容、及所述谐振电容的并联总电容，与所述漏磁变压器的初级线圈构成并联谐振，谐振频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}};$

其中，f为所述谐振频率，L为初级线圈的电感量，C为所述漏磁变压器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的电容、及所述谐振电容的并联总电容。

2、如权利要求1所述的霓虹灯的高频恒流电源变换器，其特征在于，所述的霓虹灯高频恒流电源变换器采用推挽拓扑结构或半桥拓扑结构，该两种拓扑结构采用自激式或他激式产生振荡。

3、如权利要求1或2所述的霓虹灯的高频恒流电源变换器，其特征在于，所述的漏磁变压器包括两个“E”字型铁氧体磁芯，所述的两个“E”字型铁氧体磁芯的开口部相对合，组成“曰”字型铁氧体磁芯，在“曰”字型铁氧体磁芯的中柱上分别绕有初级线圈和次级线圈，在所述初级线圈和次级线圈之间设置两个铁氧体漏磁片。

4、如权利要求3所述的霓虹灯的高频恒流电源变换器，其特征在于，所述漏磁变压器的两个“E”字型铁氧体磁芯的中柱短于两个等长度的边柱或者在所述漏磁变压器的两个“E”字型铁氧体磁芯的两个边柱对合处分别垫入等量的非导磁材料，使得对合后在所述“曰”字型铁氧体磁芯的中柱中形成防止因变压器的磁通不平衡及磁芯饱和而导致变换器失效的气隙。

5、如权利要求4所述的霓虹灯的高频恒流电源变换器，其特征在于，所述“曰”字型铁氧体磁芯的初级线圈一侧还绕有至少一个反馈绕组，用于自激振荡电路中。

6、如权利要求3所述的霓虹灯的高频恒流电源变换器，其特征在于，所述“曰”字型铁氧体磁芯的中柱位于所述两个铁氧体漏磁片的初级线圈一侧内还绕有至少一个反馈绕组，用于自激振荡电路中。

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