CN1092914A - 推挽式逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及作为冷阴极和热阴极放电管等的驱 动器使用的推挽式逆变器，包括带有输入线圈、输出 线圈和反馈线圈的升压变压器、使该变压器的输入线 圈电流发生断续的第1、第2开关元件，并将升压变 压器的输出线圈分成串联的两个输出线圈部分，将这 两个输出线圈部分之间的导线部连接成处于直流电 源的负电位。

Description

本发明涉及用作为冷阴极放电管和热阴极放电管等的驱动器的推挽式逆变器。
图11示出以往构成荧光灯11驱动器的逆变电路的示例。
该逆变电路包括由升压变压器12、作开关动作的晶体管13、14等构成的推挽电路。
亦即，从端子15送入低电平的起动信号后，用作电源开关的晶体管16导通，由端子17、18所连接的DC电源供给直流电。
这样，基极电流分列通过起动电阻19、20流入晶体管13、14。
因此，这些晶体管13、14都朝导通方向移动，在晶体管特性和电路构成上，有一个晶体管更快进入导通状态，该晶体管首先导通。
例如，若晶体管13先导通，则从DC电源送来的电流经由扼流线圈21流至变压器12的一次线圈12P，在该一次线圈12P中产生图中实线箭头方向的电压。
另外，在三次线圈12F中产生图中实线箭头方向的电压，所以，反馈在晶体管13的基极上，集电极电流急剧增大。
这时，二次线圈12S中产生图中实线箭头方向的感应电压，使荧光灯11开始点亮。
晶体管13的电流增加在到达由基极电流和放大倍率所决定的饱和点后受到抑制，随着电流增量的减小，在升压变压器12的一次线圈12P中产生图中虚线箭头方向的电压，晶体管13从导通进入截止，晶体管14由截止转而导通。
其结果，由于三次线圈12F中发生的图示虚线箭头方向的电压，而对晶体管14产生反馈，在二次线圈12S中产生图中虚线所示方向的感应电压，使荧光灯11持续点亮。
此后，晶体管13、14同样地交替反复导通，在二次线圈中产生交变高电压。
上述逆变器的升压变压器12是小型变压器，其结构是在绕线管的筒状绕线部上重复卷绕一次线圈12P、二次线圈12S、三次线圈12F，然后将铁氧体磁心一部分插入筒状绕线部中，用绕线管上所设的端子销固定线圈端部。
但是，由于这种逆变器作为文字处理器和个人计算机中所配备的显示器的备用电源电路等使用，逆变器的升压变压器12要使用尽力限制高度的薄形变压器。
当前，在开发进程中提出了尽量薄的升压变压器12，但这种变压器12中必需数千伏（例如2000至3000伏）的高输出电压，因而耐压处理困难，其薄形化和小形化实际已接近极限。
具体而言，上述结构的这种升压变压器12中，二次线圈12S（输出线圈）的低压侧为零状，高压侧为数千伏，因此，相对于二次线圈12S的高压部，一次线圈12P、三次线圈12F、端子销、接地端的绝缘处理越薄形化越困难。
本发明鉴于上述情况，目的在于开发一种推挽式逆变器，将升压变压器的耐压尽可能降低，以有利于变压器形状的薄形化和小形化。
因此，本发明的推挽式逆变器包括：具有从中间抽头供给直流电流的输入线圈、向负载供给电力的输出线圈、和反馈线圈的升压变压器;控制极连接该反馈线圈，从而根据上述反馈线圈中产生的电压的方向而交替导通的第1、第2开关元件，利用第1开关元件使流入上述中间端一侧的输入线圈的电流发生断续，利用第2开关元件使流入另一侧的输入线圈的电流发生断续，使上述输出线圈输出交换的电压，将升压变压器的输出线圈分成两个输出线圈部分，同时，电路连接成使这些输出线圈部分之间的导线部处于直流电源的负电位，此外，在两个输出线圈端部之间连接负载。
将上述逆变器中升压变压器的两个输出线圈部分各自发生的感应电压相加，其电压和为总的输出电压。
输出线圈部分各自发生的感应电压成为直流电压的负电位，即相对接地电位（零伏）上升或下降的交流电压，各感应电压与总的输出电压相比低得多。
因而，对于输出线圈的高电压的耐压处理可对各个输出线圈部分进行，与过去的逆变器相比，可以对充分低的电压进行耐压处理，对升压变压器的薄形化、小形化非常有利。
图1示出本发明作为荧光灯驱动器的一个实施例的逆变电路。
图2是用于说明上述逆变电路动作的简化电路图。
图3是用于说明上述逆变电路的的动作的矢量图。
图4是用于说明上述逆变电路动作的矢量图。
图5是上述逆变电路中所包含的升压变压器的绕线管与铁氧体磁心的分解斜视图。
图6是升压变压器的剖视图。
图7是用两个E形磁心构成的升压变压器的剖视图。
图8是表示本发明另一实施例的与图1同样的电路图。
图9是用于说明图10所示逆变电路的输出波形图。
图10和图11是同样的电路图，示出在升压变压器的反馈线圈上设置中间抽头的实施例。
图11是作为以往示例的逆变器电路图。
下面根据附图说明本发明的实施例。
图1是本发明作为荧光灯驱动器的实施例的推挽式逆变电路图。由升压变压器31、作开关动作用的晶体管32、33等构成推挽电路。
如图所示，升压变压器31包含：输入线圈（一次线圈），其处于中间抽头P一侧的线圈表示为31P1，处于另一侧的线圈表示为31P2;由形成串联电路的两个线圈31S1、31S2构成的输出线圈（二次线圈）;反馈线圈（三次线圈）31f。
输入线圈的中间抽头P通过扼流线圈34、电源开关35与电池电源36的正极连接，直流电从该中间抽头P流入升压变压器31。
另外，输入线圈31P1的一端连接晶体管32的集电极，输入线圈31P2的一端连接晶体管33的集电极，晶体管32、33交替导通，藉此，这些输入线圈31P1、31P2被连至电池电源36的负极。
反馈线圈31f的一端连接晶体管32的基极，另一端连接晶体管33的基极，根据该线圈31f中产生的电压的方向变化，在晶体管32、33的基极上交替施加反馈电压。
再有，输出线圈31S1和31S2之间的导线部Q通过电路连线37连接电池电源36的负极。
因而，该导线部Q等同于由电源连线37接地。
输出线圈31S1通过限制负载电流用的电容器（稳流用电容器）38连接荧光灯40的一个电极，输出线圈31S2通过限制负载电流用的电容器39连接荧光灯40的另一电极。
这样就形成输出线圈31S1、31S2中发生的感应电压相加后，总输出电压施加在荧光灯40上的结构。
图中的电阻41、42是起动电阻，连接在晶体管32、33的基极上，电容器43用于稳定电源电压。
电容器44与输入线圈并联连接，形成共振电路，它有助于使输出电压呈正弦波形，但在实施本发明时并非必要。
本实施例的逆变器在电源开关35合上后，电池电源36流出的电流经由起动电阻41、42，输入晶体管32、33的基极。
这样，根据晶体管特性的电路条件，有一个晶体管导通。
若晶体管32导通，则电源电流从中间抽头输入，流经输入线圈31P1和晶体管32的集电极-发射极，在输入线圈31P1中产生实线箭头方向的电压。最后，中间抽头P大致上升到电源电压。
另外，由于输入线圈31P1中流过一次线圈电流，输入线圈31P2中因电磁感应而产生实线箭头方向的电压。结果，晶体管33集电极一侧电压上升到电源电压的两倍左右。
这时，反馈线圈31f中也同样产生实线箭头方向的电压，晶体管32承受该反馈电压，朝更加导通的方向变化，输入线圈31P1的电流顿时增大。
在上述动作中，输出线圈31S1、31S2产生实线箭头方向的感应电压E21、E22，其电压之和（E21+E22）通过电容器38、39施加在荧光灯40上。
这样，荧光灯40开始点亮。
当晶体管32到达饱和点后，输入线圈31P1的电流增量减小，在输入线圈31P1中发生虚线箭头方向的电压，因而，晶体管32关断，晶体管33导通。
因此，反馈线圈31f的电压成为虚线箭头方向，晶体管33朝导通方向变化，使输入线圈31P2中的电源电路顿时增大。
这时，输出线圈31S1、31S2中产生虚线箭头方向的感应电压E21、E22（E21+E22）作为输出电压施加在荧光灯40上，该荧光灯40持续点亮。
此后，同样地晶体管32、33交替反复导通，输出线圈31S1、31S2中产生的交流电压施加在荧光灯40上，该荧光灯40保持点亮。
若断开电源开关35，则因为晶体管32、33停止导通、开关动作（振荡动作），升压变压器31的输出电压消失，荧光灯40熄灭。
本实施例的逆变电路动作如上所述，现在对升压变压器31的输出与负载的关系稍为详细地加以说明。
图2示出升压变压器31的输出线圈31S1、31S2所连接的电容器38、39和荧光灯40。
从图中可看出：
E21＝Vag
E22＝Vgb
Vo＝Vcd
Vdb＝Vc1＝Vc2＝Vac
Vo＝Vcg×2
Q＝Sin-1（Vo/2E21）
若用矢量表示该关系，则如图3所示。
在此，对于输出线圈31S1、31S2的匝数n21＝n22，亦即，E21＝E22的情况进行研究。
设电容器38、39的电容量为C1、C2，（C1×C2）/（C1+C2）一定，亦即，Q＝一定。
在C1＝C2的条件下，荧光灯40上的电压Vo如图3的实线（c～d）所示。
在C1＜C2的条件下，电压Vo朝左移，如图3的虚线所示。
在C1＜C2的条件下，电压Vo朝右移，如图3的点划线所示。
其结果若C1＝C2，则荧光灯40的对地（g）电压为Vo/2。
在C1＜C2、C1＞C2的情况下，荧光灯40上施加的电压对地（g）电压大于Vo/2。
下面，假定输出线圈31S1、31S2的匝数n21≠n22，即E21≠E22，对此情形进行研究。Q仍为一定。
这种情况下
E21＝Vag
E22＝Vgb
Vo＝Vcg+Vgd＝Vcd
Vc1＝Vac
Vc2＝Vdb
Q＝Sin-1（Vo/E21+E22）
该关系用矢量表示如图4。
图4示出C1＝C2的情况，可以看出，荧光灯40上施加的对地（g）电压大于Vo/2。
而当C1＞C2、C1＜C2时，与图3一样，Vo分别朝左、右移动，荧光灯40的对地（g）电压大于Vo/2。
根据上述研究，将本实施例的逆变器的特征归纳如下。
采用两个电容器作为限制负载电流用的电容器38、39（镇流电容器），其耐压应为1/2，因此，与采用一个耐压高的电容器相比，没有不利情况。
采用耐压不高的两个电容器，与采用耐压高的一个电容器相比，成本低，因而有利。
若输出线圈31S1、31S2的匝数n21＝n22，则输出线圈之间的线间电压成为1/2。
另外，输入线圈31P1、31P2、反馈线圈31f、对地（g）的耐压成为1/2。
从升压变压器31的角度出发，输入线圈31P1、31P2、反馈线圈31f、地（g）等相对于输出线31S1、31S2的耐压减半，因此，线圈的分布电容中流动的漏电流减少，可相应地减少变压器的铜损，另外，输出线圈31S1、31S2也能如电压E21、E22那样减小，藉此也可使铜损减少。
另外，因为输出电压可分成E1、E2，变压器铁芯带电电压量减半，由此，可以将端子销和变压器铁芯间的沿表面放电距离缩短。
因而，若假定n21＝n22，C1＝C2，则输出线圈31S1、31S2的对地电压减半，输入线圈与输出线圈之间的电气绝缘变得容易，另外，端子销的表面距离可以减小，对变压器形状的薄形化、小形化极为有利。
若输出线圈31S1、31S2的匝数n21≠n22，或者电容器38、39的C1≠C2，则荧光灯40的对地（g）电压大于Vo/2，与以往的逆变器相比，可压低其电压。
图5及图6示出升压变压器31的结构。
该升压变压器在绕线管51的筒状绕线部51a上卷绕升压变压器31的输入线圈31P1、输出线圈31S1，作为线圈52，而在筒状绕线部51b上卷绕输入线圈31P2、输出线圈31S2，作为线圈53。
各线圈的端部由绕线管51上设置的端子销54、55、56固定。
铁氧体磁心57、58是同形式的E形磁心，其中央脚插入绕线管51的筒状绕线部51a、51b中安装，将I形的铁氧体磁心59嵌入绕线管51的中间挡边间隔51C，与磁心57、58的脚端面接触。
这样构成的升压变压器31其输出线圈31S1、31S2的对地电压与总输出电压相比减为一半，因此容易作耐压处理，并可防止漏电流，所以能够做成高约5mm的薄形变压器。
图7实施例不使用I形的铁氧体磁心，而与上面一样使用E形铁氧体磁心60、61，构成升压变压器31。
升压变压器31不限于上述结构，可以采用各种结构。
图8示出另一实施例的逆变电路。
该实施例的结构为，将一个输入线圈31P3与升压变压器31的输入线圈31P1、31P2并联，通过输入线圈31P1、31P2在输出线圈31S1中产生感应电压，通过输入线圈31P3在输出线圈31S2中产生感应电压。
在这样的实施情况下，将输入线圈31P1、31P2和输出线圈31S1卷绕在绕线管51的筒状绕线部51a上，而将输入线圈31P3和输出线圈31S2卷绕在筒状绕线部51b上，构成图6、图7所示的升压变压器31。
另一方面，在上述图1、图8所示的逆变电路中，为了尽可能降低因起动电阻41、42而引起的电力损失，提高效率，有时仅设置一个起动电阻41或42。
但是，若仅有一个起动电阻，则输出电压波形峰值不均一，而变成图9所示，如峰值Em1～Em4那样产生若干波幅差。
该图示出了Em1、Em4＞Em2、Em3的状态。
这样，输出电压波形变得不平衡，不适宜用作为荧光灯40驱动器的逆变电路。
图10示出解决了这一问题的逆变电路。
在该逆变电路中，反馈线圈31f设有中间抽头70，通过一个起动电阻41将该中间抽头70与电池电源36的正极一侧电路部71相连。
在这样的结构下，起动电流经由反馈线圈部分31f1输入晶体管32的基极，另外经由反馈线圈部分31f2输入晶体管33的基极，因此，输出电压波形的峰值不会失去平衡。
中间抽头70最好设置在将反馈线圈31f等分为两个线圈部分31f1、31f2的位置上。
如点划线所示，起动电阻41也可连接扼流线圈34之后的电路部分72。
以上，对本发明的实施例作了说明，但本发明不局限于荧光灯的驱动器，作为推挽式逆变器也可用于各种电器中。

Claims (6)

1、一种推挽式逆变器，包括：具有从中间抽头得到直流电供给的输入线圈、向负载提供电力的输出线圈和反馈线圈的升压变压器；其控制极与上述反馈线圈相连从而根据上述反馈线圈中产生的电压的方向而交替导通的第1、第2开关元件，
用第1开关元件使上述中间抽头一侧的输入线圈中的电流发生断续，用第2开关元件使上述中间抽头另一侧的输入线圈中的电流发生断续，从而使上述输出线圈输出交变电压，
其特征在于，将升压变压器的输出线圈分成两个输出线圈部分，并将电路连接成使这些输出线圈部分之间的导线部处于直流电源的负电位，在两个输出线圈端子之间连接负载。
2、如权利要求1所述的推挽式逆变器，其特征在于，上述第1、第2开关元件用晶体管构成。
3、如权利要求1所述的推挽式逆变器，其特征在于，连接在上述两个输出线圈部分的线圈端子之间的负载为荧光灯，一个输出线圈部分的线圈端子通过第1电容器连接荧光灯的一个电极，另一输出线圈部分的线圈端子通过第2电容器连接荧光灯的另一电极。
4、如权利要求1或3所述的推挽式逆变器，其特征在于，上述两个输出线圈部分的各线圈匝数相同，并且上述第1电容器与第2电容器电容量相同。
5、如权利要求1所述的推挽式逆变器，其特征在于，上述两个输出线圈部分之间的导线部接地。
6、如权利要求1所述的推挽式逆变器，其特征在于，上述升压变压器的反馈线圈设有中间抽头，直流电源提供的起动电流经由一个起动电阻和上述中间抽头流至反馈线圈，通过该反馈线圈使起动电流输入第1、第2开关元件的控制极。
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