CN211209592U - 自激推挽式转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种自激推挽式转换器，其主要是当负载发生短路时，因负载侦测保护线路的电压检测点将被拉至所设定的动作点，此时负载侦测保护线路的输入与输出端将实时断开，通过此动作，输出端将与负载端断开以达成保护的功用，避免因负载异常所造成的过应力导致元件损坏问题产生，而在其整体施行使用上更增实用功效特性。

Description

自激推挽式转换器

技术领域

本实用新型是关于一种自激推挽式转换器，尤其是指一种避免因负载异常所造成的过应力导致元件损坏问题产生，而在其整体施行使用上更增实用功效特性。

背景技术

于许多电子产品上普遍可见到设置有各种变压器电路，其可供进行电压转换、电路隔离等动作；其中，就一般常见的自激推挽式转换器(Royer)，请参阅图3现有的转换器电路示意图所示，该转换器2主要于变压器B1一次侧分别电性连接设有电容C1、电容C2及电阻R1与晶体管TR1、晶体管TR2，而于该变压器B1二次侧则电性连接设有二极管D1、二极管D2及电容C3，该转换器2主要是利用变压器B1的传递与饱和特性进行运作，该变压器B1一般皆以铁硅铝合金、铁硅合金、铁镍合金等材质制作，使得该变压器B1因受限于材质特性，造成很容易受到各元件参数误差、工法与环境变化影响，加上该转换器2为开环回路，故无法于变动的条件下精确控制输出状态，且当负载发生异常导致输出端发生短路时，将导致该转换器2无法维持自激震荡，并使得该电阻R1不断向该晶体管TR1和晶体管TR2供应电源，如此将产生极大的电流于该晶体管TR1和晶体管TR2上，并将消耗的功率转化为热能，最终导致元件超出所能承受的热能并损坏元件的问题发生。

也因此，即有业者针对上述问题进行研究，如将变压器的一次侧与二次侧绕组加大间隔距离，以增加漏感，当漏感越大将导致磁感应强度Bw变小：

于上述变压器震荡频率公式中：f为震荡频率，Bw为磁感应强度，单位T，N为线圈圈数，S为磁心有效截面积，由上式可得知，Bw减小将使震荡频率拉高，借此提高短路时的工作频率以期减少功耗，但此做法会因正常工作时传递能量不佳而导致效率明显下降。

请再参阅2011年10月21日公告的中国台湾第M414651号“具有检测保护电路之驱动装置”，包含：一Royer电路架构，包括一电感元件、第一晶体管、第二晶体管及一具有副绕组的变压器；其中该第一晶体管及第二晶体管的射极接地，该第一晶体管及第二晶体管的集极间设置一电容元件，且副绕组的两端分别耦接于第一晶体管及第二晶体管的基极；一分压电路架构，由第一分压元件和第二分压元件所组成，当具有检测保护电路的驱动装置作动时，输入电压将通过第一分压元件及第二分压元件取得一分压电压，再通过电阻元件产生一启动电流输入至第一晶体管及第二晶体管的基极，驱动Royer电路架构开始产生自振荡特性，进而稳定驱动变压器二次侧的负载；一检测保护电路，设置至少一个电压侦测点于Royer电路架构或分压电路架构上，当负载发生异常时，该检测保护电路可通过电压侦测点得知电压准位异常，立即启动保护线路，将第一晶体管和第二晶体管的基极设定为低准位，使第一晶体管与第二晶体管无法作动，驱动装置停工，以避免此装置损坏。该中国台湾第M414651号“具有检测保护电路之驱动装置”主要是通过辅助绕组所产生的Ib电流于短路发生时将判断电压点处的电压准位拉至异常值，并即时将晶体管Q1与Q2基级拉至低电位，借此进入保护状态。

请再参阅公开于2011年12月28日的中国第CN102299658A号“一种自激推挽式变换器”，推挽用开关三极管基极的直流回路到有效供电端之间为一恒流源。该第CN102299658A号“一种自激推挽式变换器”将推挽用晶体管Base(基极)端的直流回路到有效供电端之间改为一恒流源，提供推挽晶体管Base端恒定电流源，限制Base端电流不因输入电压升高而增加，导致Collector(集极)端电流增加。当负载发生短路，电路进入高频自激推挽式振荡，不是依靠因铁芯饱和而晶体管collector端急遽上的电流实现推挽状态。而是因为Base端电流被限制，collector端电流无法上升，让晶体管进入放大区，实现推挽状态，不因铁芯进入饱和而消耗更多能量，从而实现保护状态。

请再参阅公开于2011年12月28日的中国第CN102299616A号“一种自激推挽式变换器”，包括Royer电路，在所述Royer电路的供电端和所述Royer电路中变压器初级绕组的中心抽头之间，还连接有电感，所述电感的电感量为变压器中其中一个初级绕组电感量的十分之一以下，所述初级绕组的中心抽头为所述变压器的两个初级绕组的连接点。该第CN102299616A号“一种自激推挽式变换器”为借控制此电感模拟为变压器的漏感，取值为初级绕组的1/10以下，当短路发生时造成变压器感量下降并使得频率大幅上升，且变压器传递能量降低(二次侧功耗低)，这会使得漏感进一步升高并稳定于一极高LC共振频率点(一次侧因晶体管转移频率关系随工作频率越高功耗越低)，且因LC共振频率点公式为：

上式中，f为震荡频率，L为电感量，C为电容量；故当外加的电感感量越高代表漏感越大，式中L会因漏感问题进一步降低，如此可进一步拉高频率，使得功耗进一步降低，如此系统将稳定于一极高的频率使得短路功耗进入尚可接受的状态，进而达成保护状态。

但，由于该第CN102299658A号及第CN102299616A号两案，将大幅降低此架构容性负载启动能力，使得其申请人即又提出公告于2014年7月23日的第CN102710110B号“一种自激推挽式变换器的短路保护方法”，所述的自激推挽式变换器的短路保护方法包括以下步骤：步骤A：将自激推挽式变换器的输出端短路，调节自激推挽式变换器中主功率变压器的漏感，使得自激推挽式变换器的短路保护电流大于短路保护极限电流；步骤B：增大自激推挽式变换器中启动电容的电容量，使得自激推挽式变换器进入间隙式高频振荡状态并且短路保护电流降低到短路保护极限电流以下；步骤C：消除自激推挽式变换器的输出端短路状态。该第CN102710110B号“一种自激推挽式变换器的短路保护方法”为将该第CN102299616A号“一种自激推挽式变换器”的恒流源去除，仅靠外加的电感使用前述模拟漏感的方式使短路保护达成，借此提升容性负载能力并进一步降低成本。

由上述各专利案所揭露内容可知，其短路保护方式在操作使用过程中，为使短路效果显著，造成必然伴随着效率严重降低的缺点。使得即又有业者研发出公告于2014年1月1日的第CN102436907B号“一种自激推挽式变换器的变压器用磁心”，所述的磁心由闭合的粗部和细部组成，所述的细部在相同的由小到大的磁场激励下比所述的粗部先达到磁饱和；所述的细部在工作时，只在瞬间接近或达到所述的细部第一象限饱和点或第三象限饱和点，其它时间都在所述的细部固有的第一象限饱和点和第三象限饱和点之间。该第CN102436907B号“一种自激推挽式变换器的变压器用磁心”主要设有具特殊形状的铁芯，此铁芯通过于制造时刻意缩小一部分的截面积，使此较小截面积的局部拥有一段比主部先达到磁饱和的局部，即局部在相同的磁场下比主部先达到磁饱和，但其局部长度很短，让一小段局部铁芯达到其本身的饱和点，同样能引起电路的推挽振荡，且局部的长度很短，消耗的能量大幅降低，也由于主部没有工作在饱和状态，所以主部消耗的能量低，故整体铁芯的能量能够降低，借以提高整体变换器的效率。但由于其特殊型体，仅少数制造商愿意开模生产此铁芯，故使开发成本大幅提高，制作困难，且为使各绕组的饱和点相异，故无法运用一般顺序式绕法，使应用层面相当受限。

而综合上述各专利案可知，其皆存在有部分特定的缺点：

1.其变压器绕制工艺要求十分严苛，产品基本上无法确保稳定于相同的质量，十分容易于量产时出现误动作的情况。

2.其短路功能与效率无法兼顾，基本都存在短路功能与效率之间的取舍问题。

3.环境变化所造成的影响极大，各离散零件对于温度的变化十分敏感，尤其是变压器与电感之类的器件更是容易受到温度影响，故高低温表现差异极大。

4.特殊铁芯外型需要开模生产，且不同大小铁芯都需另开模具，影响开发成本上升，另因无法运用一般顺序式绕法，使得应用层面相当受限。

于是，设计人有鉴于此，秉持多年该相关行业的丰富设计开发及实际制作经验，针对现有的缺失予以研究改进，提供一种自激推挽式转换器，以期达到更佳实用价值性的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自激推挽式转换器，当负载发生短路时，因负载侦测保护线路的电压检测点将被拉至所设定的动作点，此时负载侦测保护线路的输入与输出端将实时断开，通过此动作，输出端将与负载端断开以达成保护的功用，避免因负载异常所造成的过应力导致元件损坏问题产生，而在其整体施行使用上更增实用功效特性。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种自激推挽式转换器，其包括有转换器；其中：

该转换器，其电源输入端连接有输入电容的第一端、输入电阻的第一端、第一变压器绕组的第二端及第二变压器绕组的第一端，该转换器的接地端连接有该输入电容的第二端、电容的第二端、第一晶体管的射极及第二晶体管的射极，该输入电阻的第二端连接该电容的第一端、第四变压器绕组的第二端及第三变压器绕组的第一端，该第一晶体管的基极连接该第三变压器绕组的第二端，该第一晶体管的集极连接该第一变压器绕组的第一端，该第二晶体管的基极连接该第四变压器绕组的第一端，该第二晶体管的集极连接该第二变压器绕组的第二端，第五变压器绕组的第一端连接有第一输出整流二极管的正极，第六变压器绕组的第二端连接有第二输出整流二极管的正极，该第五变压器绕组的第二端与该第六变压器绕组的第一端一并连接第一输出电容的第二端、负载侦测保护线路的接地接脚及输出接地端，该第一输出整流二极管的负极与该第二输出整流二极管的负极一并连接第一输出电容的第一端及该负载侦测保护线路的电源输入接脚及致能接脚，该负载侦测保护线路的电源输出接脚连接输出端，该负载侦测保护线路的控制接脚则连接第二输出电容的第一端，该第二输出电容的第二端连接至该输出接地端。

激推挽式转换器的较佳实施例，其中，该负载侦测保护线路由离散元件构成。

激推挽式转换器的较佳实施例，其中，该负载侦测保护线路由集成电路构成。

激推挽式转换器的较佳实施例，其中，该负载侦测保护线路的该电源输入接脚连接有第一分压元件的第一端、第一闸级电阻的第一端及第三晶体管的源极，该致能接脚连接有该第一分压元件的第二端、第二分压元件的第一端及第四晶体管的闸极，该接地接脚连接有该第二分压元件的第二端、该第四晶体管的源极及第一软启动电容的第二端，该电源输出接脚连接该第三晶体管的汲极，该控制接脚连接有该第一闸极电阻的第二端、该第三晶体管的闸极、该第四晶体管的汲极及该第一软启动电容的第一端。

本实用新型与现有技术手段相较之下，本实用新型主要具有下列优点：

1.本实用新型令负载侦测保护线路设置于变压器的二次侧，使得其与变压器无关，令变压器不需任何特殊绕法，仅需平均进行绕制，可让变压器工艺难度大幅降低且因漏感极小可大幅提高效率。

2.本实用新型的负载侦测保护线路可使用集成电路设计，使得其仅需极小的空间即可达成短路保护的功能。

3.本实用新型操作于高低温时，可无需考虑离散零件或变压器这些对温度极为敏感的元件，使得其在操作使用上更具有稳定性。

4.本实用新型可单独存在无须配合现有线路架构进行使用，故使用上较无因设计不良导致的误动作情况，也无须经过繁杂的叠代计算即可进行使用，调整上较现有技术便利许多，且可应用于任何架构的输出端短路保护，较有弹性。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：本实用新型的转换器电路结构示意图；

图2：本实用新型的负载侦测保护线路电路示意图；

图3：现有的转换器电路示意图。

附图标号说明：

1：转换器 11：负载侦测保护线路

2：转换器

具体实施方式

为令本实用新型所运用的技术内容、目的及其达成的功效有更完整且清楚的揭露，现于下详细说明，并请一并参阅所揭的附图及图号：

首先，请参阅图1本实用新型的转换器电路结构示意图所示，本实用新型主要包括有转换器1；其中：

该转换器1，其于电源输入端+VIN连接有输入电容C2的第一端、输入电阻R1的第一端、变压器绕组Np1的第二端及变压器绕组Np2的第一端，于接地端-VIN连接有该输入电容C2的第二端、电容C1的第二端、第一晶体管Q1的射极(Emitter)及第二晶体管Q2的射极(Emitter)，该输入电阻R1的第二端连接该电容的第一端、变压器绕组NB2的第二端及变压器绕组NB1的第一端，该第一晶体管Q1的基极(Base)连接该变压器绕组NB1的第二端，该第一晶体管Q1的集极(Collector)连接该变压器绕组Np1的第一端，该第二晶体管Q2的基极(Base)连接该变压器绕组NB2的第一端，该第二晶体管Q2的集极(Collector)连接该变压器绕组Np2的第二端，而变压器绕组Ns1的第一端连接有第一输出整流二极管D1的正极，变压器绕组Ns2的第二端连接有第二输出整流二极管D2的正极，该变压器绕组Ns1的第二端与该变压器绕组Ns2的第一端一并连接第一输出电容C3的第二端、负载侦测保护线路11的接地接腳(GND)与输出接地端-VOUT，该第一输出整流二极管D1的负极与该第二输出整流二极管D2的负极一并连接第一输出电容C3的第一端与该负载侦测保护线路11的电源输入接脚(Vin)及致能接脚(EN)，该负载侦测保护线路11的电源输出接脚(Vo)连接输出端+VOUT，该负载侦测保护线路11的控制接脚(CT)则连接第二输出电容C4的第一端，该第二输出电容C4的第二端则亦连接至该输出接地端-VOUT。

另，请再一并参阅图2本实用新型的负载侦测保护线路电路示意图所示，该负载侦测保护线路11可利用离散元件构成或使用相同功能的集成电路(IC)达成，其于该电源输入接脚(Vin)连接有第一分压元件R2的第一端、第一闸级电阻R4的第一端及第三晶体管Q3的源极(Source)，该致能接脚(EN)连接有该第一分压元件R2的第二端、第二分压元件R3的第一端及第四晶体管Q4的闸极(Gate)，该接地接脚(GND)连接有该第二分压元件R3的第二端、该第四晶体管Q4的源极(Source)及第一软启动电容C5的第二端，该电源输出接脚(Vo)连接该第三晶体管Q3的汲极(Drain)，该控制接脚(CT)连接有该第一闸极电阻R4的第二端、该第三晶体管Q3的闸极(Gate)、该第四晶体管Q4的汲极(Drain)及该第一软启动电容C5的第一端。

如此一来，使得本实用新型在操作使用上，当输出发生异常造成短路时，该负载侦测保护线路11内建的电压检测线路，即为该致能接脚(EN)的电压会跌落至设定值，令该负载侦测保护线路11即会侦测到输出电压异常，此时该负载侦测保护线路11即会让内建的晶体管形成断路，即让该变压器与输出端之间断开形成断路，而达到保护功效，并于所设定的时间过后自动再行开启，如短路状况持续存在，将不断重复前述动作直至输出端恢复正常负载。因该负载侦测保护线路11拥有软启动功能，故每当重新启动的瞬间可达成更加稳定的短路电流，并可增加容性负载的驱动能力。

以下举出一12V输入、5V输出的1W产品(如：IC 1205S)为例，使用现有的转换器2与本实用新型的转换器1进行初步比较并且将第二输出电容C4使用100nF进行配置，如下表一所示：

表一

由该表一可明显得知，本实用新型的转换器1对于产品的效率与压降的影响是微乎其微的，另由下表二的测试记录可证实，本实用新型的转换器1于高低温之下的特性表现稳定，相对可使用于更广泛的应用。

表二

通过以上所述，本实用新型的使用实施说明可知，本实用新型与现有技术手段相较之下，本实用新型主要具有下列优点：

1.本实用新型令负载侦测保护线路设置于变压器的二次侧，使得其与变压器无关，令变压器不需任何特殊绕法，仅需平均进行绕制，可让变压器工艺难度大幅降低且因漏感极小可大幅提高效率。

2.本实用新型的负载侦测保护线路可使用集成电路设计，使得其仅需极小的空间即可达成短路保护的功能。

3.本实用新型操作于高低温时，可无需考虑离散零件或变压器这些对温度极为敏感的元件，使得其在操作使用上更具有稳定性。

4.本实用新型可单独存在无须配合现有线路架构进行使用，故使用上较无因设计不良导致的误动作情况，也无须经过繁杂的叠代计算即可进行使用，调整上较现有技术便利许多，且可应用于任何架构的输出端短路保护，较有弹性。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。而且需要说明的是，本实用新型的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本实用新型的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本实用新型理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (4)

1.一种自激推挽式转换器，其包括有转换器；其特征在于：

该转换器，其电源输入端连接有输入电容的第一端、输入电阻的第一端、第一变压器绕组的第二端及第二变压器绕组的第一端，该转换器的接地端连接有该输入电容的第二端、电容的第二端、第一晶体管的射极及第二晶体管的射极，该输入电阻的第二端连接该电容的第一端、第四变压器绕组的第二端及第三变压器绕组的第一端，该第一晶体管的基极连接该第三变压器绕组的第二端，该第一晶体管的集极连接该第一变压器绕组的第一端，该第二晶体管的基极连接该第四变压器绕组的第一端，该第二晶体管的集极连接该第二变压器绕组的第二端，第五变压器绕组的第一端连接有第一输出整流二极管的正极，第六变压器绕组的第二端连接有第二输出整流二极管的正极，该第五变压器绕组的第二端与该第六变压器绕组的第一端一并连接第一输出电容的第二端、负载侦测保护线路的接地接脚及输出接地端，该第一输出整流二极管的负极与该第二输出整流二极管的负极一并连接第一输出电容的第一端及该负载侦测保护线路的电源输入接脚及致能接脚，该负载侦测保护线路的电源输出接脚连接输出端，该负载侦测保护线路的控制接脚则连接第二输出电容的第一端，该第二输出电容的第二端连接至该输出接地端。

2.如权利要求1所述的自激推挽式转换器，其特征在于，该负载侦测保护线路由离散元件构成。

3.如权利要求1所述的自激推挽式转换器，其特征在于，该负载侦测保护线路由集成电路构成。

4.如权利要求1、2或3所述自激推挽式转换器，其中，该负载侦测保护线路的该电源输入接脚连接有第一分压元件的第一端、第一闸级电阻的第一端及第三晶体管的源极，该致能接脚连接有该第一分压元件的第二端、第二分压元件的第一端及第四晶体管的闸极，该接地接脚连接有该第二分压元件的第二端、该第四晶体管的源极及第一软启动电容的第二端，该电源输出接脚连接该第三晶体管的汲极，该控制接脚连接有该第一闸极电阻的第二端、该第三晶体管的闸极、该第四晶体管的汲极及该第一软启动电容的第一端。

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