CN1175113A - 周期性启动开关晶体管的控制电路 - Google Patents
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Abstract
电视接收机行偏转电路或开关型电源以一个开关晶体管操作,该晶体管与一变压器初级绕组串联并由开关电压周期切换为接通和断开。在这种电路中尤其在增大的工作频率上在开关晶体管产生降低电路总效率的相当大通断损耗。本发明提供一降低这种类型开关晶体管通断损耗的开关晶体管控制电路。直流电压源(E)经一周期启动开关元件(S)和具有铁芯(K)和抽头(2)的线圈(L)连接到开关晶体管(T)基极。两线圈部(L1,L2)以相反方向缠绕,抽头(2)经二极管D2接到地或晶体管(T)发射极。
Description
本发明涉及一种周期性启动的开关晶体的控制电路。例如在电视接收机的行输出级或在开关型电源中需要这种开关晶体管。
为了进一步减小绝缘变压器的尺寸，对于行频32kHz的高清晰度系统的行偏转和开关型电源来说，行偏转电路和开关型电源日益应用较高工作频率。开关晶体管的导通和截止损耗随着工作频率的增加成正比地增大。因此为了改善电路的总效率人们正努力降低开关晶体管的这种导通和截止损耗。
本发明的目的是提供这样一种类型的开关晶体管的控制电路，它能够使开关晶体管的导通和截止损耗降低。该目的是借助于在权利要求1中说明的本发明达到的。在从属权利要求中指出了本发明的有益改进。
按照本发明，直流电压源经一周期性启动开关元件和具有铁芯和抽头的线圈连接到开关晶体管的基极，两个线圈部以相反方向缠绕，抽头经二极管连接到地或连接到开关晶体管的发射极。
本发明的开关晶体管控制电路相对于公知电路而言具有许多优点。由于该电路只需要少数无源、便宜的部件，所以它特别简单。尤其是，达到了非常迅速且无损地截止开关晶体管。在这种情况下该电路用作仅带一个感应线圈的电流变压器，而不需要具有初级绕组和次级绕组的真正电流变压器。在所希望的方式下，在开关晶体管的导通阶段，基极电流正比于开关晶体管的集电极电流，亦即在开关晶体管的导通阶段它以从零开始的锯齿波形上升。开关晶体管的基极电流与集电极电流的这种动态匹配降低了在这一时间期间在开关晶体管的损耗并获得较好的效率。特别是在升高的工作频率上该电路能使在开关晶体管出现的损耗显著降低。
连接到该开关的线圈部与连接到开关晶体管基极的线圈部之间的匝数比最好为3∶1左右。这一比值确保开关晶体管在耗尽阶段的负基极电流的最佳幅度。
在本发明的改型中，第一线圈部连接到开关元件的那一端经由二极管和电容器形成的串联电路连接到地。在这种情况下，电容器经一电阻连接到开关晶体管的基极。在这一电路中，电容器用于在耗尽阶段以后使线圈放电。在这种情况下，以电流的形式存储在线圈中的能量被以电压的形式传送到该电容器。在电容器两端产生的电压用于关断开关晶体管。因此，电容器有益地完成两项任务，即为使线圈放电在耗尽阶段之后接收线圈中的能量，以及这时在开关晶体管的基极形成负电压。
也可以用由受控于开关晶体管的变压器绕组馈电的整流电路来形成直流电压源。从而能够简化整个电路。为了启动该电路则可能需要一个启动电路。可以用一个晶体管或一个MOSFET来形成该开关。
下面参照附图描述本发明，附图中：
图1示出一种按照本发明的电路的示范电路；
图2示出用于说明图1电路的操作方法的波形；
图3示出带铁芯的线圈的结构，以及
图4示出了实际中已进行试验和测试的按照图1的电路的示范实施例。
说明中用到以下符号。
ib 开关晶体管的基极电流
ic 开关晶体管的集电极电流
i1 正基极电流的最大值
i2 负基极电流的最大值
i2’耗尽阶段结束处的基极电流
n1 线圈部L1的匝数
n2 线圈部L2的匝数
UD 二极管的击穿电压
Ube 开关晶体管的基/发射极正向电压
U2 产生的工作电压
Us 转换电压
图1示出一种带有开关晶体管T，绝缘变压器Tr和用于产生工作电压U2的整流电路4的开关型电源。绝缘变压器Tr最好包含多个次级绕组，用于产生改变幅度和极性的工作电压。由一控制或驱动电路将开关晶体管T周期性地切换为导通和截止。控制电路包含电压源E、被开关电压Us周期性启动的开关S、具有铁芯K以相反方向缠绕的两个线圈部L1和L2的线圈L，以及经二极管D2接地的抽头2。线圈L连接到开关S的抽头1经由二极管D1、电阻R1和电容器C形成的串联电路连接到地。电容器C经电阻R2连接到开关晶体管T的基极。后者的基极经电阻R3连接到地。
下面参照图2相对在一个工作周期期间的不同操作顺序描述控制电路的操作方法。开关晶体管T从t0-t1的导通阶段
假定在工作周期的开始在t0瞬时该电路具有零电流和零电压。在t0处，开关S被转换电压Us闭合，结果在线圈L的抽头1出现正电压E。因此，基极电流ib开始经线圈L流入开关晶体管T的基极，该基极电流ib依据线圈L的电感按锯齿波形上升，并通过开关晶体管T产生成比例的集电极电流ic。由于两个线圈部L1、L2的相对缠绕，在线圈L的抽头2呈现负电压，结果使得二极管D2在这一时间期间被截止。从t1-t2的耗尽阶段
在耗尽阶段的开始在t1瞬时开关S被转换电压Us断开。则不再有电流能流入线圈L的抽头1。这时磁感应完全集中在线圈中，磁感应电流初始必须向前流。此时一大的负基极电流ib从开关晶体管T的基极经抽头2与3之间的线圈部L2和这时被切换为导通的二极管D2流向地。磁感应相对较慢地从值i2变为i2’。然而，在耗尽阶段结束处也就是说在t2瞬时线圈L仍未完全被放电。线圈L的放电或去磁阶段
现在开关晶体管T的基极最终被放电，即，所有的载流子均被耗尽，并且集电极电流ic已衰减为零。这时基极阻抗明显增大，结果不再有明显的电流能流入该基极。因此仍在线圈L中流动的电流必须找到另一路径。该电流此时从电容器C经电阻R1、二极管D1、抽头1和2之间的线圈部L1及二极管D2流动。在t3瞬时，线圈L完全被放电，即，在电流的形式存储在线圈L中的能量已被以负电压的形式传送到电容器C。在工作周期的其余时间
在工作周期t0-t4的其余时间t3-t4期间，其中所有电流已衰减为零，由线圈L的去磁在电容器C两端产生的负电压呈现在开关晶体管T的基极，并确保后者持续为截止状态。因此用于使线圈L放电的电容器C同时使得因其放电而产生的负电压可到达开关晶体管T的基极作为反相电压。在t4瞬时，该瞬时相应于t0瞬时，通过闭合开关S该电路在下一工作周期的开始被准备好。
图3示出带有两个设计为分层绕组的线圈部L1、L2的铁芯K。铁芯K被设计为所谓的圆柱型或蘑菇型铁芯。
图4再次示出了图1的组成部分。经电源整流器4和充电电容器5从电源电压UN获得开关晶体管的工作电压U1。借助于二极管D3和电容器6通过对在绕组W上出现的脉冲电压整流获得正电压E。在开关晶体管T发射极路径中的电流测量电阻R4提供正比于集电极电流ic的电压，并借助于阈值电路7致使开关晶体管T在一特定集电极电流ic截止。图1的开关S由一个晶体管Ts形成，开关晶体管Ts的转换电压Us是基于这样的事实而产生的，即由于绕组W的原因所示开关型电源是自激设计。晶体管TT形成晶体管Ts的驱动电路。
在实际作过试验和测试的示范实施例中，元器件的值如下：
电容器C： 10nF
电阻R1： 47ohms
电阻R2： 470ohms
电阻R3： 470ohms
电阻R4： 0.2ohms
晶体管Ts： BC369型
n1： 40匝
n2： 13匝
K： 圆柱型或蘑菇型铁芯
Claims (8)
1、一种周期性启动开关晶体管(T)的控制电路，与变压器(Tr)的初级绕组串联连接到工作电压(U1)，其特征在于：直流电压源(E)经由一个周期性启动的开关元件(S)和具有铁芯(K)和抽头(2)的线圈(L)连接到开关晶体管(T)的基极，两个线圈部(L1，L2)以相反方向缠绕，以及抽头(2)经由一个二极管(D2)连接到地或开关晶体管(T)的发射极。
2、根据权利要求1的电路，其特征在于：连接到开关(S)的线圈部(L1)与连接到开关晶体管(T)基极的线圈部(L2)之间的匝数比(n1∶n2)约为3∶1。
3、根据权利要求1的电路，其特征在于：提供一条反向充电路径(C，R1，D1，D2)，在线圈(L)的去磁感应期间(t2-t3)，经该路径将以电流的形式存储在线圈(L)中的能量传送到负电压形式下的电容器(C)，以及在工作周期(t0-t4)的后续剩余时间(t3-t4)期间将该负电压作为反相电压施加到开关晶体管(T)的基极。
4、根据权利要求3的电路，其特征在于：第一线圈部(L1)连接到开关元件(S)的那一端(1)经由二极管(D1)和电容器(C)所形成的串联电路连接到地。
5、根据权利要求4的电路，其特征在于：电容器(C)经电阻(R2)连接到开关晶体管(T)的基极。
6、根据权利要求5的电路，其特征在于：电阻(R1)与二极管(D1)串联连接。
7、根据权利要求1的电路，其特征在于：由一整流电路形成直流电压源(E)，该整流电路由受控于开关晶体管(T)的变压器(Tr)的绕组(W)馈电。
8、根据权利要求1的电路，其特征在于：用晶体管或MOSFET构成开关(S)。
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