CN1037051C - 改进型半桥自激式变换器 - Google Patents

Abstract

一种开关式稳压电源的改进型半桥自激式变换器，其特征为：开关变压器有两组独立的初级线圈L₁、L₂；开关管T₁的集-射极、电容C、开关变压器的初级线圈L₂串联构成变换器的第一回路；由电容C与开关管T₁的发射极的接点，连接开关变压器的初级线圈L₁与开关管T₂的集-射极依次串联的、T₂的发射极接到电容C与L₂的接点的支路，和电容C共同构成变换器的第二回路。另外还有开关管T₁、T₂的基极驱动回路。本发明电路简单，可靠性高，特别是成本低廉。

Description

改进型半桥自激式变换器

本发明涉及开关式稳压电源的半桥自激式DC-DC变换器。

根据日本长谷川彰所著《开关式稳压器的设计技术》(施仁译。科学出版社1989年出版)一书，第141页公开的半桥自激式DC-DC变换器，具有结构简单的特点。但驱动电路仍沿袭悬浮驱动方式，使用了二支高压高速过压保护箝位二极管，以及过流保护等附加电路，致使电路复杂，成本大幅度上升。因此它用于几百瓦以上的大功率电源比较适宜，如果用于几百瓦以下乃至几十瓦的小功率电源，从经济的角度考虑，显然不适宜。

本发明的目的是，提供一种比已有的开关式DC-DC变换器更简单、成本低廉的改进型半桥自激式变换器。

本发明是这样实现的：本发明改进型半桥自激式变换器，主要由两个开关晶体三极管T₁、T₂，开关变压器B₁和电容器C等元件组成。开关变压器B₁具有两个互相独立的初级线圈L₁、L₂。开关晶体管T₁的集电极与输入电源正极连接，T₁的发射极、电容C、开关变压器B₁的初级线圈L₂的一端依次相串联，开关变压器B₁的初级线圈L₂的另一端与输入电源的负极连接，上述连接构成本发明变换器主回路的第一回路。电容C与开关晶体管T₁发射极的连接点，又连接到开关变压器B₁的初级线圈L₁、开关晶体管T₂的集电极依次串联的支路，开关晶体管T₂的发射极，接于电容C和开关变压器B₁的初级线圈L₂的连接点上，该串联支路和电容C共同构成变换器主回路的第二回路。在输入电源的正极与开关晶体管基极之间，串联有分压电阻和开关晶体管基极电阻，在分压电阻与开关晶体管基极电阻的连接点上，连接有基极回路电容，构成变换器的开关晶体管基极驱动回路。

本发明的优点在于，开关变压器B₁的两个互相独立的初级线圈L₁和L₂所构成的相应的电路结构，使两个线圈L₁和L₂既可作为储能电感，又是开关晶体管基极驱动正反馈绕组，简化了开关管的驱动电路，克服了悬浮驱动电路复杂，没有抽吸基极载流子能力的缺陷。由于两只开关晶体管T₁、T₂不是直接相串联，接在输入电源正负极之间，就不存在两只开关晶体管同时导通时，过流毁坏的问题。开关变压器B₁的两个初级线圈L₁和L₂互感耦合，给泄放漏感储能提供了一条通道，省去二只高压高速过压保护箝位二极管，同时提高了变换器效率。在变换器输出端开路或短路时，由于电容C的作用，电路具有自保护能力。当输出端开路时，变换器仍然正常工作；当输出端短路时，振荡波形变坏，输出电流增大到一定程度不再增加。本发明改进型半桥自激式变换器，由于具有上述优点，所以电路简单。另外电路参数选择范围宽，设计制造容易，因而成本显著降低，而可靠性却得到提高。本发明变换器在输出功率小于100W时，成本可与一只功率容量相当的工频变压器相比，功率大于100W时，则成本更低。

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

图1和图2为本发明两种不同的电路连接图。

图1所描述的改进型半桥自激式变换器10，虚线框内包括的部分为开关变压器B₁，本发明的变换器之开关变压器B₁的两个互相独立的初级线圈为L₁和L₂。开关晶体管T₁的集电极接在输入电源的正极，电容C的一端和T₁的发射极相连接，另一端和开关变压器B₁的初级线圈L₂的一端相连接，L₂的黑点一端接于输入电源的负极，构成本发明变换器主回路的第一回路。开关变压器B₁的另一初级线圈L₁的黑点一端，接在开关晶体管T₁的发射极与电容C的接点上，L₁的另一端与开关晶体管T₂的集电极相连接，T₂的发射极接于电容C与开关变压器B₁的初级线圈L₂的接点上，电容C、线圈L₁和开关晶体管T₂构成变换器主回路的第二回路。电阻R₁的一端接到输入电源的正极，另一端和开关晶体管T₁的基极电阻R₃的一端连接，电阻R₃的另一端和开关晶体管T₁的基极连接；电容C₁的一端接于电阻R₁和R₃的连接点上，另一端接于开关晶体管T₂的集电极和开关变压器B₁的初级线圈L₁的接点上，构成开关晶体管T₁的基极回路。电阻R₂的一端接到输入电源的正极，另一端和开关晶体管T₂的基极电阻R₄的一端相连接，电阻R₄的另一端和开关晶体管T₂的基极连接；电容C₂的一端接在电阻R₂和R₄的连接点上，另一端接于输入电源的负极，构成开关晶体管T₂的基极回路。电阻R₁和R₂的接法，也可以和图2所描述的那样，一端接于输入电源的正极，另一端接于开关晶体管T₁(或T₂)的基极。开关变压器B₁的次级线圈为带中心抽头的绕组，其中心抽头为变换器之电源输出负极接线端，和输出滤波电容C₃的负极连接；开关变压器B₁的次级线圈的另两端分别接到整流二极管D₁、D₂的正极，二极管D₁、D₂的负极都连接到电容C₃的正极，作为变换器之电源输出正极接线端。变换器的输入和输出端完全隔离。电容C₃、二极管D₁、D₂组成变换器之电源输出整流滤波电路。接通电源，电路稳定工作时，假设开关晶体管T₁开始导电，流过电容C和开关变压器B₁的初级线圈L₂的电流开始增加，由于正反馈作用，促使开关晶体管T₁迅速饱和导通，电容C充电，L₂储能。同时，线圈L₂的极性保证开关晶体管T₂的发射结反偏而截止，L₁的储能通过开关变压器B₁的次级线圈送往输出端。当流过线圈L₂的电流开始减小时，由于正反馈作用，电路翻转，T₂迅速饱和导通，T₁截止，电容C通过线圈L₁、开关晶体管T₂放电，L₁储能；同时，L₂的储能通过开关变压器B₁的次级线圈送往输出端，线圈L₁的极性保证开关晶体管T₁的发射结反偏而截止，完成一个动作周期。开关晶体管T₁和T₂轮流导通、截止，线圈L₁、L₂的储能，通过开关变压器B₁的次级线圈不断送往输出端。

本发明的改进型半桥自激式变换器10的一个具体实施例中，开关变压器B₁的两个初级线圈L₁、L₂均为65匝，双线并绕绕成；次级线圈一共14匝，7匝处引出中心抽头。开关变压器B₁的磁芯采用牌号为R2KB的EI型磁芯，不带气隙。电阻R₁、R₂都为500KΩ、1/4W的电阻，电阻R₃、R₄都为4.3KΩ、2W的电阻。电容C为1μF的无极性电容，电容C₁、C₂都为1360PF，电容C₃为220μF。开关晶体管T₁、T₂选用MJE13005三极管，整流二极管D₁、D₂为业余品。输入电压为220V工频交流电整流滤波得到的直流电压，输出端的开路电压为25V。当输出电流为0.75A时，输出电压V₀＝23V，此时的输入功率为22.5W，其效率约为76.7％。

Claims (2)

1、一种由两个开关晶体管T₁、T₂，开关变压器B₁，电容C等元件构成的改进型半桥自激式变换器，开关变压器B₁具有两组互相独立的初级线圈L₁、L₂，其特征是：

(1)、开关晶体管T₁的集电极与输入电源正极连接，其发射极、电容C、开关变压器B₁的初级线圈L₂的一端依次相串联，开关变压器B₁的初级线圈L₂的另一端接于输入电源的负极；

(2)、电容C与开关晶体管T₁发射极的连接点，又连接到开关变压器B₁的初级线圈L₁、开关晶体管T₂集电极依次相串联的支路，开关晶体管T₂的发射极接于电容C与开关变压器B₁的初级线圈L₂的连接点上；

(3)、输入电源的正极与开关晶体管基极之间，串联有分压电阻和开关晶体管基极电阻，在分压电阻与开关晶体管基极电阻的连接点上，连接有基极回路电容。

2、根据权利要求1所述的改进型半桥自激式变换器，其特征在于：开关变压器B₁的两个初级线圈L₁、L₂的匝数比等于或接近于1。

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