CN201210765Y - 霓虹灯高频恒流电源变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种霓虹灯高频恒流电源变换器，其漏磁变压器包括两个“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和次级线圈，在“曰”字型铁氧体磁芯的中柱与两个边柱之间，且位于初级线圈和次级线圈间的窗口中分别设置两个铁氧体漏磁片。本实用新型通过上述结构，能对霓虹灯管提供高的启动电压，能对霓虹灯管恒流供电，能使电源变换器具有额定的次级短路电流，并可防止变换器因超载使用而导致的失效。

Description

霓虹灯高频恒流电源变换器

技术领域

本实用新型涉及一种霓虹灯高频恒流电源变换器，尤其涉及一种霓虹灯高频恒流电源变换器。

背景技术

常用的霓虹灯高频恒流电源变换器由于其漏磁变压器结构欠佳，通常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，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。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种霓虹灯高频恒流电源变换器，能对霓虹灯管提供高的启动电压，能对霓虹灯管恒流供电，能使电源变换器具有额定的次级短路电流，并可防止变换器因超载使用而导致的失效。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种霓虹灯高频恒流电源变换器，其漏磁变压器包括两个“

”字型铁氧体磁芯，两个“

”字型铁氧体磁芯的开口部相对合，组成“”字型铁氧体磁芯，在“

”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“

”字型铁氧体磁芯的中柱与两个边柱之间，且位于初级线圈和次级线圈间的窗口中分别设置两个铁氧体漏磁片。

本实用新型通过上述结构，能对霓虹灯管提供高的启动电压，能对霓虹灯管恒流供电，能使电源变换器具有额定的次级短路电流，并可防止变换器因超载使用而导致的失效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为本实用新型的漏磁变压器的结构示意图；

图2为本实用新型的推挽拓扑结构示意图；

图3为本实用新型的半桥拓扑结构示意图；

图4为本实用新型的电流馈电推挽拓扑结构示意图；

图5为本实用新型的电流馈电半桥拓扑结构示意图；

图6为本实用新型的并联谐振推挽拓扑结构示意图；

图7为本实用新型的并联谐振半桥拓扑结构示意图；

图8为本实用新型的自激式电流馈电并联谐振推挽拓扑结构示意图；

图9为本实用新型的自激式电流馈电并联谐振半桥拓扑结构示意图；

图10为本实用新型的他激式电流馈电并联谐振推挽拓扑结构示意图；

图11为本实用新型的他激式电流馈电并联谐振半桥拓扑结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的霓虹灯高频恒流电源变换器，其漏磁变压器包括两个“

”字型铁氧体磁芯1，两个“

”字型铁氧体磁芯1的开口部相对合，组成“

”字型铁氧体磁芯，在“

”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“

”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2。

铁氧体漏磁片2可以用胶固定在窗口的任意一边；也可以在“

”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2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2夹紧固定。铁氧体漏磁片2其长度和宽度尺寸可以改变，不同尺寸的铁氧体漏磁片2其形成的漏磁分路的磁通量大小不同。

漏磁变压器的两个“”字型铁氧体磁芯1的中柱短于两个等长度的边柱或者漏磁变压器的两个“

”字型铁氧体磁芯1的两个边柱对合处分别垫有等量的非导磁材料，使得“

”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压器失效的气隙3。

“

”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，此类结构多用于自激振荡电路中(如图8和图9所示)。

图2所示是本实用新型为推挽拓扑结构示意图，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。

图3所示是本实用新型为半桥拓扑结构示意图，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。

本实用新型的霓虹灯高频恒流电源变换器还包括至少一个恒流电感，串联在供电回路中，以电流馈电的方式恒流供电。

如图4所示是图2的推挽结构中串联恒流电感的示意图，恒流电感串联在推挽结构的供电主回路中。

如图5所示是图3的半桥结构中串联恒流电感的示意图，包括两个恒流电感，分别串联在半桥结构的供电回路的两端。

本实用新型的霓虹灯高频电源变换器串联恒流电感后，还可在供电回路中与恒流电感串联的电路部分的两端并联一个高压吸收电路，用于吸收恒流电感产生的高压反电势。

本实用新型的霓虹灯高频恒流电源变换器也可以带有一个谐振电容，并联在漏磁变压器的初级线圈T1-1的两端。

如图6和图7所示，分别是图2的推挽结构和图3的半桥结构中增加并联谐振电容的示意图，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。

图8是本实用新型的自激式电流馈电并联谐振推挽拓扑结构的实施例，本结构由高压吸收电路，偏置电路，电流馈电恒流电感L1，谐振电容C1，漏磁变压器T1(含有中心抽头的初级绕组T1-1，次级绕组T1-2，和反馈绕组T1-3)及推挽开关管Q1与Q2组成。

直流电源正极VCC接L1的一端，L1的另一端接高压吸收电路和T1-1中心头，高压吸收电路的另一端接地。T1-3两端分别连接Q1和Q2的栅极，偏置电路接Q1或Q2的栅极(图8中接Q1的栅极)，Q1与Q2的源极接直流电源负极(地)。C1并联在T1-1的两端，T1-1的上端与Q1的漏极连接，下端与Q2的漏极连接，T1-2两端为输出端。

在上述电路中：直流电源VCC经L1为推挽主回路恒流供电；C1、负载电容折算到变压器初级线圈端的电容、初级线圈的分布电容的并联总电容，与漏磁变压器的初级线圈T1-1并联构成并联谐振，谐振频率为： $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}};$ 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；高压吸收电路吸收由开关电流在L1上产生的高压反电势；漏磁变压器次级T1-2恒流输出，此结构的输出为正弦波电压和正弦波电流。

图9为本实用新型的自激式电流馈电并联谐振推挽拓扑结构的实施例，本结构由高压吸收电路，偏置电路，电流馈电恒流电感L1-1与L1-2，谐振电容C1，漏磁变压器T1(含有初级绕组T1-1，次级绕组T1-2，和反馈绕组T1-3与T1-4)及半桥结构开关管Q1与Q2和电容C2与C3组成。

直流电源正极VCC一路经串连的L1、高压吸收电路、和L2接地；另一路经过串连的C2和C3接地。Q1的漏极接L1和高压吸收电路的连接端，Q1的源极与Q2的漏极连接，Q2的源极接L2和高压吸收电路的连接端。偏置电路分别与Q1和Q2的栅极接，T1-3和T1-4的一端与偏置电路连接，另一端分别和Q1、Q2的源极连接。T1-1的一端接C2和C3的连接端，另一端接Q2和Q3的连接端。C1并联在T1-1的两端，T1-2两端为输出端。

上述电路中：直流电源VCC经L1-1与L1-2为半桥主回路恒流供电；C1、负载电容折算到变压器初级线圈端的电容、初级线圈的分布电容的并联总电容，和漏磁变压器的初级T1-1并联构成并联谐振，谐振频率为： $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}};$ 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构成的半桥电路自激振荡；高压吸收电路吸收由开关电流在L1-1与L1-2上产生的高压反电势；漏磁变压器次级T1-2恒流输出，输出为正弦波电压和正弦波电流，由于半桥结构，开关管的耐压(BVds)可降低。

图10为本实用新型的他激式电流馈电并联谐振推挽拓扑结构的实施例，本结构由高压吸收电路，驱动电路，电流馈电恒流电感L1，谐振电容C1，漏磁变压器T1(含有中心抽头的初级绕组T1-1，次级绕组T1-2)及推挽开关管Q1与Q2组成。

直流电源正极VCC接L1的一端，L1的另一端接高压吸收电路的一端及T1-1中心头，高压吸收电路的另一端接地。驱动电路与Q1和Q2的栅极连接，Q1与Q2的源极接直流电源负极(地)。T1-1的上端接Q1的漏极，T1-1的下端接Q2的漏极，C1并联在T1-1的两端，T1-2两端为输出端。

上述电路中：直流电源VCC经L1为推挽主回路恒流供电；C1、负载电容折算到变压器初级线圈端的电容、初级线圈的分布电容的并联总电容，和漏磁变压器的初级T1-1并联构成并联谐振，谐振频率为： $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}};$ 驱动电路驱动由Q1，Q2，T1构成的推挽结构产生振荡；高压吸收电路吸收由开关电流在L1上产生的高压反电势；漏磁变压器次级T1-2恒流输出，输出为准正弦波电压和准正弦波电流。

图11为本实用新型的他激式电流馈电谐振推挽拓扑结构的实施例，本结构由高压吸收电路，驱动电路，电流馈电恒流电感L1-1与L1-2，谐振电容C1，漏磁变压器T1(含有初级绕组T1-1，次级绕组T1-2，)及半桥结构开关管Q1与Q2和电容C2与C3组成。

直流电源正极VCC一路经过串连的L1、高压吸收电路、和L2接地；另一路经过串连的C2和C3接地。Q1的漏极接L1和高压吸收电路的连接端，Q1的源极与Q2的漏极连接，Q2的源极接L2和高压吸收电路的连接端。驱动电路与Q1和Q2的栅极连接，T1-1的一端接C2和C3的连接端，另一端接Q2和Q3的连接端。C1并联在T1-1的两端，T1-2两端为输出端。

上述电路中：直流电源VCC经L1-1与L1-2为半桥主回路恒流供电；C1、负载电容折算到变压器初级线圈端的电容、初级线圈的分布电容的并联总电容，和漏磁变压器的初级T1-1并联构成并联谐振，谐振频率为： $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}};$ 驱动电路驱动由Q1，Q2，C2，C3，T1构成的半桥结构产生振荡；高压吸收电路吸收由开关电流在L1-1与L1-2上产生的高压反电势；漏磁变压器次级T1-2恒流输出，输出为准正弦波电压和准正弦波电流，由于半桥结构，开关管的耐压可降低。

综上所述，常用的霓虹灯高频电源变换器均采用电压馈电拓扑结构(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。增加恒流电感采用电流馈电拓扑结构(即电流源供电结构)，可使变换器的供电电源具有很高的动态阻抗(近似恒流源)，其作用是：能实时的阻止开关管在变换器启动或输出开路及输入或输出受到异常干扰而导致的瞬时过压和过流，极大的提高了变换器的可靠性；能消除开关管在导通和关断时的电流尖峰并实现零电压开关(ZVS)，降低了开关管的功耗，提高了可靠性；能限止驱动电流的不对称，从而防止了因输出变压器的磁通不平衡及磁芯饱和而导致的变换器失效。

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，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。本实用新型采用并联谐振结构，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。并降低由高次谐波幅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。

本实用新型的漏磁变压器采用“

”字型铁氧体磁芯(

型)，由初级线圈T1-1(含反馈绕组T1-3、T1-4)与次级线圈T1-2，铁氧体磁芯及铁氧体漏磁片2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，能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；采用铁氧体磁芯，并在磁回路加入合适的气隙3以防止因输出变压器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。

由于本实用新型采用并联谐振结构，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；由于本实用新型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 (9)

1.一种霓虹灯高频恒流电源变换器，包括一个漏磁变压器，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“曰”字型铁氧体磁芯的中柱与两个边柱之间，且位于所述初级线圈和所述次级线圈间的窗口中分别设置两个铁氧体漏磁片。

2.根据权利要求1所述的霓虹灯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有等量的非导磁材料，使得所述“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。

3.根据权利要求1所述的霓虹灯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的初级线圈一侧还绕有至少一个反馈绕组。

4.如权利要求1所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，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。

5.根据权利要求4所述的霓虹灯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为推挽拓扑结构或半桥拓扑结构，采用自激式或他激式产生振荡。

6.根据权利要求1或4所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在于，还包括至少一个恒流电感，所述的恒流电感串联在所述霓虹灯高频恒流电源变换器的供电回路中，以电流馈电的方式恒流供电。

7.根据权利要求6所述的霓虹灯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为推挽拓扑结构，采用自激式或他激式产生振荡，所述恒流电感串联在所述推挽拓扑结构的供电回路中。

8.根据权利要求6所述的霓虹灯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为半桥拓扑结构，采用自激式或他激式产生振荡，所述恒流电感为两个，分别串联在所述半桥拓扑结构的供电回路的两端。

9.根据权利要求6所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在于，还包括一个高压吸收电路，所述高压吸收电路并联在供电回路中与所述恒流电感串联的电路部分的两端，用于吸收所述恒流电感产生的高压反电势。

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