CN103077805A - 一种自激推挽式变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自激推挽式变换器，利用二个以上的磁芯组合到一起来实现和整体磁芯一样的磁饱和，来实现推挽三极管的转换，实现的方法为：磁芯交错对插，包括侧面的接触面采用镜面工艺；或置于高温中焗烤；或在两块磁芯上通电熔合。该自激推挽式变换器同样具有变换效率较高，变压器体积小，同时获得变压器绕制工艺简单，一致性好、可靠性高的特点。

Description

一种自激推挽式变换器

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 Sen，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和图2中，电路都要利用变压器B1的磁芯饱和特性进行振荡，在图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B1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：

式中：f为振荡频率；B _W 为工作磁感应强度(T)，一般取50%～70%磁饱和点B _m 值；N为线圈匝数；S为磁芯有效截面积；Vs为工作电源电压。

从公式(1)可以看出，在Royer电路的工作电压一定的前提下，其工作频率是很稳定的。为了方便理解Royer电路的工作原理，从而进一步理解本发明，特别是电路利用磁芯饱和特性进行推挽振荡这一点，这里以图1为例，说明其工作原理。

图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R1和电容C1并联组成；偏置电阻R1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B1原边线圈NB1和NB2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NP1和NP2的两个端头，基极连接变压器原边线圈NB1和NB2的两个端头，原边线圈NP1和NP2中的中心抽头连接电压输入端；变压器B1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，接通电源瞬间，偏置电阻R1和电容C1并联回路通过线圈NB1和NB2绕组为三极管TR1和TR2的基极、发射极提供了正向偏压，两只三极管TR1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TR2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TR1对应的线圈NB1绕组的电压为上正下负，这个电压减小了三极管TR1的基极电流，三极管TR1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B1磁芯的饱和点B_m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。绕组Ns的输出端的波形如图3所示。

图4为变压器B1磁芯的方形磁滞回线，其中+B_m、－B_m为磁芯的两个磁饱和点，在图3的半个周期内，变压器B1磁芯的工作点运动的路线为ABCDE，在下半个周期内运动路线为EFGHA。事实上，三极管TR2或TR1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4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一小段时间才开始下降直到关断，存储时间会产生在图4中，磁芯工作点运动路线从D点向E点移动，对应地，或磁芯工作点运动路线从H点向A点移动。

图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B1来实现，因此，主功率变压器B2能工作在不饱和状态。虽然B1出现磁饱和，因为B1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。

上述Royer、Jensen电路特点为：利用磁芯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。磁芯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芯。上述自激推挽式变换器必需使用磁饱和式磁芯，而磁芯加气隙是公知的抗磁饱和的手段。

自激推挽式变换器中，也存在不是利用磁芯饱和特性进行推挽振荡的电路，如集极谐振型Royer电路，其输出为正弦波或近似正弦波，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，以及在两只推挽三极管集电极之间并联一只容量很大的谐振电容，以获得输出正弦波或近似正弦波。

另一种不利用磁芯饱和特性进行推挽振荡的自激推挽式变换器，在人民邮电出版社1990年出版，王桂英编著的《电源变换技术》第57页至70页有描述，该书ISBN号为7-115-04229-2/TN·353。在该书中57页第三节的第三段第二行(图2-28上的第三行)已提到：变压器工作在非饱和状态，变压器的体积比较大。

图5中的“有气隙”所指的实线为图4对应的磁芯开很小的气隙后的磁滞回线；图5中的“无气隙”所指的虚线为对比用的磁滞回线，和图4相同。公知技术认为，开了气隙以后，矫顽力和磁饱和点不变，但是要达到磁饱和点所需的H值急聚增大，即线圈中的电流增大，这需要更粗的漆包线来绕制变压器B1，否则原来的漆包线无法承受更大的电流，这样一来，变压器B1的成本和体积都会增加；要达到磁饱和点所需的H值急聚增大，另一个方法是变压器B1的线圈所绕制匝数成倍增加，同样，匝数成倍增加，带来内阻增大，损耗增加，自激推挽式变换器的效率下降。这也是上述《电源变换技术》提及的“变压器工作在非饱和状态，变压器的体积比较大”产生原因。

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。

为了方便，利用磁芯饱和特性进行推挽振荡的自激推挽式变换器，以下称为饱和式自激推挽式变换器，不利用磁芯饱和特性进行推挽振荡的电路称为非饱和式自激推挽式变换器。饱和式自激推挽式变换器工作频率比较稳定，变压器体积小；非饱和式自激推挽式变换器变压器的体积比较大，频率随负载率的变化而变化很大。饱和式自激推挽式变换器和非饱和式自激推挽式变换器在电路形式上并无明显差别，即在原理图上是无法区别这两种变换器的，其主要区别就是在变压器的磁芯上。

上述的自激推挽式变换器存在以下缺点：

1、饱和式自激推挽式变换器的变压器绕制困难

参见图1、图2，包括Royer电路和Jensen电路，电路中的变压器B1是利用磁芯饱和特性进行推挽振荡，为了实现磁饱和，都是采用无气隙的磁芯绕制变压器B1，一般采用磁环绕制，2011年，全球工业领域新增近7000万只自激推挽式变换器微功率电源模块中，全部采用磁路闭合的磁环绕制变压器，且直径大部分小于10mm，图6示意图给出了这种磁环的结构，由于磁路闭合，绕制时漆包线都要穿过磁环中间的孔，绕制比较困难。图1和图2中变压器B1必需利用磁饱和实现推换转换，不能开气隙，这给绕制带来很大的困难，目前在不到10mm直径的小磁环上绕制这么多匝的漆包线，无论是机器绕制还是手工绕制，都存在加工困难。采用机器绕制，当第一层绕好，绕第二层时，第二层的漆包线很难叠在第一层上，会破坏第一层的线序，结果越绕越差、越乱；而手工绕制，所绕的匝数，全靠操作工人用心记忆，很难保证不多绕一二匝，或少绕一两匝，匝数一旦改变，则输出电压就出现偏差，严重时变压器装机后，不能实现原有功能。

由于涉及大量的手工绕制，这也是导致采用自激推挽式变换电路的微功率电源模块制造成本居高不下的原因。

2、非饱和式自激推挽式变换器变压器的体积比较大

这在前文所述的《电源变换技术》第57页至70页有描述，从全球工业领域每年新增的近7000万只自激推挽式变换器的微功率电源模块中，也可以看出，非饱和式自激推挽式变换器变压器由于体积以及下述原因，并没有得到应用。

3、非饱和式自激推挽式变换器的可靠性较差

这在前文所述的《电源变换技术》第59页第6行有描述:“可见这种电路负载变化时频率不稳”，其工作频率在轻载和满载时变化过大。对比工业领域使用量最大的5V到5V，输出电流200mA的变换器，为饱和式自激推挽式变换器，其工作频率为100KHz或200KHz，在满载和空载的情况下，其工作频率变化一般在5%以内。若设计成非饱和式自激推挽式变换器，磁芯采用ER7.5的普通磁芯，在空载时工作频率为2MHz左右，而在满载时频率降到300KHz左右；这么宽的频率范围，很容易干扰到其它设备，因为其它设备很难进行针对干扰源的规避设计；即使采用现有技术中ER7.5镜面磁芯，在空载时工作频率为310KHz左右，而在满载时频率降到238KHz左右，其变化率达到29%之多。

目前，包括中国申请号为201010604284.7、201110200894.5、201110242377.4、201110247645.1、201110272261.5、201110436259.7文件中提及的自激推挽式变换器，都没有合适的技术克服自激推挽式变换器在前文描述的缺点，概括如下：

1)饱和式自激推挽式变换器的变压器绕制困难；

2)非饱和式自激推挽式变换器变压器的体积比较大；

3)非饱和式自激推挽式变换器的可靠性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明克服上述不足，提供一种自激推挽式变换器，使得自激推挽式变换器的变压器绕制方便，体积小，且工作频率变化率在20%以内。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，本发明提供一种自激推挽式变换器，其特征是：其变压器为二个以上磁芯组合而成，磁通经过的结合面，包括磁通经过的正面和磁通经过的侧面，均为镜面，镜面结合在一起产生的结合力在4.3N/cm²以上；

更优地，磁芯组合后采用高温扩散、或电流熔合对气隙处理后，使得气隙消失一部分或全部消失，从而用组合式磁芯实现整体磁芯的效果。

具体地，上述高温扩散的技术方案为：一种自激推挽式变换器，其特征是：其变压器为二个以上磁芯组合而成，磁通经过的结合面，包括侧面为镜面，镜面结合在一起产生的结合力在4.3N/cm²以上，绕制好的绕组装上磁芯后，置于磁芯居里温度左右的高温下烘烤，直至磁芯镜面结合力在7N/cm²以上。

具体地，上述电流熔合的技术方案为：一种自激推挽式变换器，其特征是：其变压器为二个以上磁芯组合而成，磁通经过的结合面为镜面，镜面结合在一起产生的结合力在4.3N/cm²以上，绕制好的绕组装上磁芯后，在磁芯的结合面两侧上加上电压，结合面会产生大电流从而把磁芯熔为一体。

本发明的工作原理为，上述技术方案的自激推挽式变换器，其变压器为二个以上磁芯组合而成，这样，就可以在骨架上绕好变压器，或用电路板上的铜箔走线构成线圈，再从电路板两侧装上各个磁芯。磁通经过的结合面为镜面，包括侧面，镜面——原是金属切削加工的最高境界，磁芯上沿用了这一词汇，指磁芯表面得到非常好的粗糙度，能清晰倒影出物品影像的磁材表面。镜面磁芯一般是磁芯相应表面粗糙度＜0.8um的表面时，称为镜面磁芯，无论用何种加工方法加工，在磁芯加工表面总会留下微细的凸凹不平的痕迹，出现交错起伏的峰谷现象，好的镜面结合在一起产生的结合力在4.3N/cm²以上，这个结合力来自于镜面结合处两边的分子引力，这是目前镜面磁芯的工艺上限，分子引力的存在，说明有数量较少的磁畴连在一起，由于太少，有一点磁通存在，这部分连在一起的磁畴就会饱和，饱和后这部分连在一起的磁畴和空气没有区别。

从物质的原子结构观点来看，磁铁质的内电子间因自旋引起的相互作用是非常强烈的，在这种作用下，铁磁质内部形成了一些微小的自发磁化区域，叫做磁畴。

实现这种饱和的绕组电流太小，自激推挽式变换的变压器仍工作在非饱和状态。镜面度越高，结合面的引力越大，但研磨等方法无法进一步加大这个结合力，其结合面仍然存在气隙，放大后仍是凸凹不平的痕迹，出现交错起伏的峰谷现象，从而产生气隙。因此磁芯不能进入饱和状态，镜面结合处两边的磁畴仍处于各自工作状态。

本发明第一种原始的技术方案采取的方法：

其变压器为二个以上磁芯组合而成，磁通经过的结合面，包括侧面，均为镜面，镜面结合在一起产生的结合力在4.3N/cm²以上；由于侧面也为镜面，其结合在一起时的面积增大很多，这部分连在一起的磁畴数量成比例地增加，由于相互叠合的面积大，其连在一起的磁畴的面积之和就接近或达到磁芯有效横截面积，其承受的磁通能力和磁芯有效横截面积接近或相同，这样就相当于气隙消失，磁芯用较小的激励电流就可以进入饱和状态。

本发明第二种具体的技术方案的原理类似：绕制好的绕组装上磁芯后，置于磁芯居里温度左右的高温下烘烤，镜面结合力提升，是来源于两个镜面之间的分子在高温下的再扩散运动(随机运动)，扩散使得磁畴“生长”在一起，结合上述的原理，最终等效于气隙消失。从而实现用组合式磁芯实现整体磁芯的效果。

置于磁芯居里温度以上的温度下烘烤，就是让磁畴的自发磁化区域消失，加速分子在高温下的再扩散运动，冷却后磁芯恢复其磁特性，但镜面结合面已经生长”在一起，从而实现用组合式磁芯实现整体磁芯的效果。

本发明第三种具体的技术方案为：制好的绕组装上磁芯后，在结合面两侧的磁芯上加上电压，结合面会产生大电流从而把磁芯熔为一体；这是利用磁芯本身电阻相对较小，而镜面结合面接触电阻较大，施加电压后，磁芯本身发热，以及镜面结合面接触电阻急剧发热从而实现把磁芯熔为一体。

由于使用了二个以上磁芯组合而成，变压器的绕组部分绕制简单，绕制完成后再装上磁芯，而磁芯采用高温扩散、或电流熔合处理后，同样实现使用磁环那样的自激推挽式变换器的性能，与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果： 

 (1)本发明的自激推挽式变换器的变压器绕制简单

由于使用了二个以上磁芯组合而成，变压器的绕组部分绕制简单，绕制完成后再装上磁芯；或直接在电路板上设计出绕组，加工好电路板后直接装上磁芯，所以变压器绕制工艺简单，节约工时；

(2)本发明的自激推挽式变换器的变压器体积比较小

组合磁芯采用高温扩散、或电流熔合处理后，自激推挽式变换器仍能实现利用磁芯饱和特性进行推挽振荡，变压器体积小，效率高；

(3)本发明的自激推挽式变换器的可靠性好

基于上述原因，自激推挽式变换器仍能实现利用磁芯饱和特性进行推挽振荡，频率稳定，可靠性好。

(4)效率进一步提升

与现有技术中采用普通磁环的自激推挽式变换器相比，效率可以进一步提升。组合磁芯采用高温扩散、或电流熔合处理后，合理地设计好参数，其镜面结合处可以产生一个“细部”，让磁芯中提供推挽翻转信号的饱和区域只出现在“细部”，可以进一步提高自激推挽式变换器的工作效率，这部分的相关详细工作原理参见发明人的另一份申请：中国申请号为201110436259.7的《一种自激推挽式变换器》。

附图说明

 图1 为自激推挽式变换器Royer电路常见应用电路图；

图2 为自激推挽式变换器Jensen电路常见应用电路图；

图3 为图1的Royer电路绕组Ns的输出端的波形图；

图4 为图1的Royer电路中变压器B1磁芯的方形磁滞回线；

图5 为图4对应的磁芯若开很小的气隙后的磁滞回线与原有的对比图；

图6 为现有自激推挽式变换器采用的磁环式磁芯；

图7 为第一、第二实施例变压器采用的组合式磁芯；

图8 为22所指的在同一平面、共有3个面示意图；

图9 为第一实施例所用变压器的组合式磁芯侧视图、磁通示意图；

图10 为第一实施例在空载下，实测的推挽三极管集电极电流波形；

图11 为第一实施例在满载下，实测的推挽三极管集电极电流波形；

图12 为第三实施例所用变压器的组合式磁芯示意图；

图13-1为第四实施例所用变压器的C型磁芯叠合后的正视图；

图13-2为第四实施例所用变压器的C型磁芯叠合后的侧视图；

图14 为第四实施例中使用高压和电极熔合磁芯的示意图。

具体实施方式

实施例一

图1为第一实施例自激推挽式变换器的原理图，图7为第一实施例变压器B1采用的组合式磁芯，由四组EI型磁芯薄片对插而成，E型的尺寸为，长8mm、宽（厚）1mm、高为2.8mm，中间舌宽为2mm，窗口宽为1.8mm，窗口高为1.8mm；I型的尺寸为，长8mm、宽（厚）1mm、高为1.2mm；磁材来源于天通控股股份有限公司的TPW33,叠厚为4mm。

如图7所示，其中1、3、5、7均为I型磁芯薄片，而2、4、6、8为E型磁芯，其中，I型磁芯薄片1的11面、E型磁芯薄片2的21面不是镜面，而I型磁芯薄片1的12面、13面(和11面对称的那一面，在图上看不到，12面向图7的右上方)磨成镜面，E型磁芯薄片2的22面(面向I型磁芯薄片1的12面的那部分，共有3个面，在一个平面内，参见图8的示意)、23面(和21面对称的那一面，在图上看不到，23面向图7的右上方)磨成镜面；而I型磁芯薄片3、5的11面、12面、13面都是镜面，E型磁芯薄片4、6的21面、22面、23面都是镜面；

I型磁芯薄片7的13面、E型磁芯薄片2的23面不是镜面，而I型磁芯薄片1的11面、12面是镜面，E型磁芯薄片8的21面、22面都是镜面；

现有技术中，只会把12面和22面做成镜面，而侧面不会是镜面，而且不会用多组对插形成组合式磁芯。

上述的连接关系，实现了技术方案中的“磁通经过的结合面为镜面”，图9示出了从组合好的磁芯侧面看的示意图，其中1、3、5、7均为I型磁芯薄片，而2、4、6、8为E型磁芯，其中，30实箭头的磁通的主要通道，为流过正面的磁通，因为本发明的磁通经过的结合面为镜面，即磁芯1到磁芯4之间也是镜面，磁芯2到磁芯4之间也是镜面，而磁芯2到磁芯3之间也是镜面，也是技术方案中所述的侧面，它们之间也有磁通，图上以虚线示出了这种路径，事实上，磁通是一个闭合的环路，图9只是示出了侧面看过去的在磁芯一端的示意，在磁芯内部中柱部分，方向与图9正好相反。这种结构最后的效果，就是整体磁芯的气隙近似“消失”，这是因为磁芯2到磁芯4之间的面积大，相当于把磁芯2到磁芯1之间的镜面气隙的等效“物理间隙”缩短到不可测，即使没有磁芯1和磁芯3，仅有磁芯2和磁芯4，磁路仍是闭合的，且是通过侧面的镜面闭合，由于相互叠合的面积大，等效为气隙相对较小的小面积结合，这种等效为公知理论。

实施例一等效为两个磁芯结合在一起，但是结合面的总镜面叠合部分的面积极大，是磁芯有效截面积的数倍以上，且镜面结合力在4.3N/cm²以上，这时，由于面积很大，相互连接的磁畴很多，实现在磁芯有效截面积的最细部分先饱和，而总镜面叠合部分的互连磁畴没有出现饱和，从而实现了和环形磁环一样的效果，即：利用磁芯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，变压器的体积较小。由于是组合磁芯，绕线方便，可以实现机绕，一致性好。

这里给也实测数据来说明第一实施例的有益效果，如图1所示，做成5V变5V输出电流250mA的变换器电路，电容C为1uF, 电容C1为0.22uF，电阻R1为2KΩ，三极管TR1和TR2为S8050三极管，变压器B1全部采用直径0.12mm的漆包线绕制，绕组N_P1和N_P2分别为7匝，反馈绕组N_B1和N_B2分别为1匝，而输出绕组N_S为16匝带中心抽头的，并接上全波整流电路，全波整流电路中的二极管为RB160，滤波电容为2.2uF的贴片式电容。

B1的磁芯部分采用上述图7对应的上述磁芯组合而成，实测第一实施例自激推挽式变换器的满载效率为80.1%，用安捷伦的1147A电流探头配合安捷伦DSO-X 3024A数字示波器，测试图1中三极管TR1或TR2的在空载下的集电极电流，根据电流的波形判断是否变压器饱和式自激推挽式变换器，方法来源于前文提及的《电源变换技术》一书中第65页第5段落“1.用示波器观察集电极电流波形”。

测试的结果参见图10，从图10可以看出，和《电源变换技术》第65页第5段落“1.用示波器观察集电极电流波形”介绍的方法，所举例图是一致的，存在小尖，图10中的31就是这个小尖。例图在原书图2-26图的上图(原书54页)。第一实施例的工作频率从图10中可以看出，是131.1KHz；注意：图10中测出的电流有负向电流，以三极管TR1为例，这是当三极管TR2饱和导通时，三极管TR1的集电极电压因感应而产生电源电压一倍的电压，这里是10V，这个电压对三极管TR1的集电极与发射极的结电容充电，而当三极管TR2转换为截止，三极管TR1转换为饱和导通，这个过程中，三极管TR1的集电极与发射极的结电容上的10V电压通过变压器绕组N_P1对电源Vin(5V)放电所引起，这是正常现象，在《电源变换技术》第54页图2-26图的上图中也存在。

而当第一实施例的自激推挽式变换器在满载时，即输出5V直流电压，电流为250mA，这时测得三极管TR1或TR2的集电极电流如图11所示，从图11可以看出，和《电源变换技术》所举例子是一致的，在原书图2-26的下图(原书54页)，其工作频率从图11中可以看出，是125.25KHz，与空载相比，变化了4.7%。完全实现了本发明目的。

显而易见，采用二组EI型磁芯薄片对插而成，即只保留磁芯1、2、3、4这四个磁芯，同样实现本发明目的。

实施例二

图1为第二实施例自激推挽式变换器的原理图，图7为第二实施例变压器B1采用的组合式磁芯，其绕制匝数和安装方法同第一实施例，不同的是，变压器B1采用耐温180℃的高强度漆包线绕制，变压器B1装配完成后，置于磁芯居里温度左右的高温下烘烤，TPW33磁材的居里温度大约在220℃，为了防止变压器B1的骨架变形，以及漆包线变异，这里采用175℃的高温。并且从两侧夹紧组合式磁芯，以利磁畴在高温下的再扩散，变压器B1置于175℃的恒温箱内2小时后，为了不破坏变压器B1，用于对比用的磁芯镜面结合力上升至在左右；取出冷却后装入电路，电路的参数同第一实施例。

变压器B1置于175℃的恒温箱内，时间越长，镜面结合力上升越多，但上升至7N/cm²左右时，再进一步上升，所花的时间过长，要消耗过多的电能，性价比不高，经过试验最后确定在7N/cm²左右时，性价比较高，且装机后使用效果较好。

实测第二实施例自激推挽式变换器的满载效率为83.7%，用上述测试方法，测试图1中三极管TR1或TR2的在空载下的集电极电流，根据电流的波形判断是否变压器饱和式自激推挽式变换器，测试结果和图10相似，同样存在电流小尖，但小尖很尖，说明饱和深度较深，电路空载下的工作频率为77.13KHz，在满载下的工作频率为73.70KHz，与第一实施相比，工作频率的大幅降低，说明工作磁感应强度被大幅提升了。由于截图和图10相似，这里不再给出截图说明，第二实施例完全实现了本发明目的。

实施例三

第三实施例的自激推挽式变换器的原理图仍采用图1电路，图12为第三实施例变压器B1采用的组合式磁芯其中一层示意图，共有3层，每一层都由图12示出的磁片组成，其中10为270度的大半圆磁片，以下称为C型磁片，9为90度的四分之一圆磁片，9和10像图12一样放在一起组成外径6mm，内径为3.6mm，厚度为1mm的带二个气隙的“磁环”，3层“磁环”叠在一起的结合面是镜面。

先把3层的C型磁片叠在一起，缺口对齐，放上组合式的骨架，骨架要确保叠在一起的3层C型磁片能有一定的自由移动量，这时因为存在缺口，绕制变压器B1将非常轻松，变压器B1绕好后，用磁片9放入图13-1中最右边的对应缺口中，向上移动磁片9，使得103对应的最右边的C型磁片连同磁片9一起旋转；第二片“9磁片”放入102中，不旋转；第三片“9磁片”放入图13-1中最左边的对应缺口101中，向下移动第三片“9磁片”，使得101对应的最左边的C型磁片连同磁片9一起旋转。

这样就使得图12中的两个气隙在不同的3层中是错开的，实施例二仍等效为两个磁芯结合在一起，但是结合面的总镜面叠合部分的面积极大，是磁芯有效截面积的数倍以上，且镜面结合力在4.3N/cm²以上，这时，由于面积很大，相互连接的磁畴很多，实现在磁芯有效截面积的最细部分先饱和，而总镜面叠合部分的互连磁畴没有出现饱和，从而实现了和环形磁环一样的效果，即：利用磁芯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，变压器的体积较小。由于是组合磁芯，采用合适的骨架，实现绕线方便，可以实现机绕，变压器的一致性好。

这里也给出实测数据来说明第三实施例的有益效果，如图1所示，做成12V变12V输出电流250mA的变换器电路，电容C为0.47uF, 电容C1为0.33uF，电阻R1为10KΩ，三极管TR1和TR2为FMMT493三极管，变压器B1全部采用直径0.12mm的漆包线绕制，绕组N_P1和N_P2分别为19匝，反馈绕组N_B1和N_B2分别为2匝，而输出绕组N_S为40匝带中心抽头的，并接上全波整流电路，全波整流电路中的二极管为RB160，滤波电容为3.3uF的贴片式电容。

B1的磁芯部分采用上述图12对应的上述磁芯组合而成，实测第三实施例自激推挽式变换器的满载效率为81.4%，用上述测试方法，测试图1中三极管TR1或TR2的在空载下的集电极电流，根据电流的波形判断是否变压器饱和式自激推挽式变换器，测试结果和图10相似，存在电流小尖，这里不再给出截图说明，第三实施例完全实现了本发明目的。

实施例四

图1为第四实施例自激推挽式变换器的原理图，图13-1、图13-2为第四实施例变压器B1采用的组合式磁芯的正视图和侧视图，同样为3层，其绕制匝数同第三实施例，不同的是，变压器B1采用耐温180℃的高强度漆包线绕制，绕好后，把101缺口向下旋转120度左右，把103缺口向上旋转120度左右，使得三个缺口错开一定角度。

如图14所示，在三个缺口错开一定角度的3层叠片两侧加上电极，并通以高压交流电，这里使用了220VAC经隔离变压器后的可调电源，由于3层叠片的磁材有一定内阻，磁芯本身就在发热，镜面结合面会产生大电流从而把磁芯熔为一体；这是利用磁芯本身电阻较小，而镜面结合面接触电阻较大，施压电压后，磁芯本身发热，以及镜面结合面接触电阻急剧发热从而实现把磁芯熔为一体。

采用和第三实施例相同的电路参数，用上述测试方法，测试图1中三极管TR1或TR2的在空载下的集电极电流，根据电流的波形判断是否变压器饱和式自激推挽式变换器，测试结果和图10相似，存在电流小尖，这里不再给出截图说明，第四实施例完全实现了本发明目的。

与第三实施例相比，工作频率也大幅降低，说明工作磁感应强度被大幅提升了。

显而易见，采用两片图13-1这样的C型磁芯，这种实施方式和原始技术方案是一致的，也可以实现本发明目的。

如磁芯镜面结合处气隙用磁液填补，进一步提高了本发明的实施效果；磁液是将纳米磁性微粒均匀分散在载液中形成的稳定胶体溶液，是一种同时具有磁体磁性和液体流动性的功能材料，用磁液填补了镜面结合处气隙，选用合适的磁液，从而使得组合后的磁芯能够轻松实现磁饱和。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自激推挽式变换器，包括一推挽变压器，其特征在于：所述的推挽变压器的磁芯为二个以上磁芯组合而成，磁通经过的结合面，包括正面和侧面，均为镜面，所述的镜面结合在一起产生的结合力在4.3N/cm²以上。

2.根据权利要求1所述的自激推挽式变换器，其特征在于：绕制好的绕组装上所述的磁芯后，置于所述的磁芯居里温度左右的高温下烘烤，直至所述的磁芯镜面结合力在7N/cm²以上。

3.根据权利要求1所述的自激推挽式变换器，其特征在于：绕制好的绕组装上所述的磁芯后，在所述的磁芯结合面两侧加上电压，所述的结合面会产生大电流从而把所述的磁芯熔为一体。

4.根据权利要求1或2或3所述的自激推挽式变换器，其特征在于：在骨架上绕好所述的变压器，然后再装上所述的磁芯。

5.根据权利要求1或2或3所述的自激推挽式变换器，其特征在于：用电路板上的铜箔走线构成线圈，再从所述的电路板两侧装上所述的磁芯。

6.根据权利要求1或2或3所述的自激推挽式变换器，其特征在于：所述的推挽变压器的磁芯为二组以上EI型磁芯薄片对插而成。

7.根据权利要求1或2或3所述的自激推挽式变换器，其特征在于：所述的推挽变压器的磁芯为两个半C型对接成磁环的2层以上磁芯薄片叠加而成，所述的2层以上磁芯薄片的对接处相互错开。

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