一种自激式电源变换电路制造技术

本实用新型专利技术提供了一种自激式电源变换电路，它由开关体３０２、高频变压器、电容器３０４、电容器Ｃｘ、二极管３０８组成；高频变压器的初级线圈中心抽头３０１Ｃ与电源一端连接，电容器３０４被连接在所述初级线圈的３０１Ａ端和开关体３０２的第一端子，开关体３０２的第一端子、第三端子之间反向连接二极管３０８，开关体３０２的第三端子连接到公共端ＧＮＤ，开关体３０２的第二端子被连接到初级线圈３０１Ｂ端；公共端ＧＮＤ与电源另一端连接。本实用新型专利技术电源转换效率高，是利用ＬＣ电路的充放电过程的自动更替来实现持续的自激震荡。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电源变换器电路，更具体的是涉及利用半导体器件，将一种电源形态转 换成另一种电源形态的电路；本技术电路中不存在f生激励信号的震荡器，属于自激 式电源变换器；本技术中，输入和输出被高频变压器完全隔离，属离线式电源变换器。
技术介绍
电源一般都需要转换后才能被各种电器设备所使用，比如交流变直流，高压变低压，直 流变交流等，电源变换的方法是多样的。凡是利用半导体功率器件作为开关，将一种电源 形态转换成另一种电源形态的电路，叫做开关变换电路，又称为开关电源。电源变换器按激励方式，可以分为两大类自激式和他激式。其中，他激式电路中必须 要有产生激励信号的震荡器、驱动电路、辅助电源等，电路结构复杂，所需元器件较多， 成本较高。不是本技术所讨论的范畴。自激式离线电源变换器的典型代表为罗埃耶式 和约翰逊式变换器。图1图解了罗埃耶式电源变换器10的例子。该电路是美国科学家罗埃耶(GLH.Royer) 于1955年技术的。它的巧妙之处就在于，利用高频变压器的磁芯饱和来实现自激震荡。 此后，以该技术为基础的各种形式的电源变换器不断被研制出来，取代了早期的旋转式和 机械振子式换流设备。在当时被广泛应用于航天及军事电子设备上。在今天，罗埃耶式电源变换器未能得到广泛地应用。究其原因，是该电路存在许多缺点。 譬如(1 )高频输出变压器(101)的磁芯必须饱和才能实现持续的自激震荡，对磁芯材 料有特殊的要求， 一般要具有矩形磁滞回线，要有较高的磁通密度。(2 )半导体功率器件 (102、 103)的能量损耗很大，即或在轻负载时也是如此。(3 )工作频率较低。(4 )必 须要有一组独立的驱动线圈(1011)。 (5 )电路的平衡性能较差(晶体管102、 103的参数 是有差异的)。图2图解了约翰逊式电源变换器20的例子。该电路是美国科学家约翰逊(J丄.Jensen)于1957年研制成功的。其工作原理在本质上与上述罗埃耶式电源变换器是没有区别的，也要 依赖高频变压器的磁芯饱和来实现持续的自激震荡。其不同点在于，约翰逊式比罗埃耶式 多了一个高频变压器(202)，该变压器专门用于驱动、控制晶体管(203、 204)工作状态 的转换，它也需要磁芯饱和来实现持续的自激震荡。而输出变压器(201)在线性状态就可 实现电压变换和功率传输。故约翰逊式电源变换器也称为双变压器罗埃耶式电源变换器。 由于采用了独立的饱和驱动变压器，相对于罗埃耶式，约翰逊式电源变换器是一次技术进 步，其的电路性能有较大的改善。主要表现为(1)晶体管(203、 204)的损耗减小了。(2 )电路的工作频率有所提高，输出变压器(201)的体积可以变小。(3 )电路的平衡 性能有所改善。但是，其命运和罗埃耶式一样，在今夭也只局限在某些领域的应用，譬如 UPS电源的逆变部分。主要原因有二，第一、需要两个变压器；第二、驱动变压器和罗埃 耶式中的一样，对磁芯材料有特殊的要求， 一般要具有矩形磁滞回线，要有较高的磁通密 度。对于本领域的技术人员，上述两类电源变换器的工作原理应该是了解和熟悉的，在这里 不再详细描述其工作过程。自激式离线电源变换器除上述两个经典电路以外，还有许多相 似或相近的电路。如目前常见的、用于小功率的RCC变换电路(又叫自激回扫变换器， 输出功率一般在50W以下)等。在这里里不再一一加以描述。概括地说，自激式离线电源变换器现有技术存在的缺点或不足在于以下几方面需要一个单独的驱动变压器(如约翰逊式)，或一组单独的驱动线圈(如罗埃耶式和RCC式)等元器件构成的驱动单元。需要变压器的磁芯饱和(如罗埃耶式、约翰逊式)，或晶体管电流饱和(如RCC式) 才能实现持续的自激震荡。电源转换效率低。驱动损耗和晶体管开关损耗较大，电路中的元件，除电容和电感元件 外，还有电阻元件，其电阻损耗也很大。电源输入侧需要大容量的电容，如平滑用电解电容(多数电路中还兼起振电容的作用)。 如果输入是交流市电压或以上的电源，经整流后，还需要耐高电压的平滑用电解电容。输入电源是交流时(譬如220V/50HZ),若无功率因数校正电路，其功率因数很低。述缺点的、结构简单的、低成本的新型自激式离线电 源变换器。
技术实现思路
为克服上述技术不足，本技术提供了一种能够能克服上述缺点的、结构简单的、 低成本的新型自激式离线电源变换器。 本技术是这样实现上述优点的；它主要由开关体302、高频变压器301、电容器304、电容器Cx、 二极管308组成；所述的开关体302至少有三个连接端子；包括第一端子，第二端子、第三端子，其中第 一端子为开关体控制端，第二端子和第三端子之间的导通或断开由第一端子控制。所述高频变压器301的初级线圈由电感3011和电感3012的异名端子串联而成，两电感 的串联点形成初级线圈中心抽头301C，电容器304被连接在所述初级线圈的301A端和开 关体302的第一端子，开关体302的第一端子、第三端子之间反向连接二极管308，开关 体302的第三端子连接到公共端GND ，开关体302的第二端子被连接到所述初级线圈 301B端；电容器Cx连接在初极线圈301B端和公共端GND之间，初级线圈中心抽头301C 与电源一端连接；公共端GND与电源另一端连接。初级线圈301A端和共端GND之间连接有开关体303,开关体303的第三端子连接到 公共端GND，开关体303第一端子、第三端子之间反向连接二极管309，开关体303的第 二端子被连接到初级线圈301A端。在初级线圈301B端和所述开关体303的第一端子之间 连接电容器305。开关体302的第一端子和公共端GND之间连接有电容器306;在开关体303的第一端 子和公共端GND之间连接有电容器307。开关体302、 303可以由MOSFET提供，MOSFET栅极、漏极、源极分别对应开关体 第一端子、第二端子、第三端子；其开关体也可以使用其它元件提供，包括SCR、 IGBT、 晶体管等，实现开关体功能。本电路可以被独立使用，也可以被其他电路组合使用。相对于现有的自激式变换器，本技术提供的电源变换器是一次技术进步，是就原理上的一次突破。其目标实现过程迥异。主要表现为以下几个方面(1) 已有技术需要高频变压器的磁芯饱和(如罗埃耶式、约翰逊式)，或晶体管电流饱和(如RCC式)才能实现持续的自激震荡。本技术是利用LC电路的充放电过程的 自动更替来实现持续的自激震荡。(2) 本技术中的电感，在储存或释放能量时，有两种方式当与之串联的开关处于闭合状态时，表现为纯电感式，当与之串联的开关处于截止状态时，与电容器串联构成LC式。而且这两种方式是交替进行的。(3) 本技术中，负载所获得的能量由两部分组成， 一部分能量由LC电路提供， 另一部分能量经由电感(一段线圈)和开关体提供。开关体的功率应力因LC电路的分流 而大为减小。作为开关的半导体器件，不是负载能量传递的唯一通道，而是实现持续的自 激震荡的通道。这是现有技术所不具备的。已有技术中，作为开关的晶体管，是能量传递、 储存的唯一通道，也就是说，只有当作为开关的晶体管导通时，才有能量被储存或传递到 负载。(4) 本技术中，LC电路在为负载提供能量的同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自激式电源变换电路，主要由开关体（３０２）、高频变压器（３０１）、电容器（３０４）、电容器Ｃｘ、二极管（３０８）组成；　所述的开关体（３０２）至少有三个连接端子；包括第一端子，第二端子、第三端子，其中第一端子为开关体控制端，第二端 子和第三端子之间的导通或断开由第一端子控制；　所述高频变压器（３０１）的初级线圈由电感（３０１１）和电感（３０１２）的异名端子串联而成，两电感的串联点形成初级线圈中心抽头（３０１Ｃ），电容器（３０４）被连接在所述初级线圈的（３０１Ａ） 端和开关体（３０２）的第一端子，开关体（３０２）的第一端子、第三端子之间反向连接二极管（３０８），开关体（３０２）的第三端子连接到公共端ＧＮＤ，开关体（３０２）的第二端子被连接到所述初级线圈（３０１Ｂ）端；电容器Ｃｘ连接在初极线圈３０１Ｂ端和公共端ＧＮＤ之间，初级线圈中心抽头（３０１Ｃ）与电源一端连接；公共端ＧＮＤ与电源另一端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马富，刘罡麟，虞茗畅，
申请(专利权)人：成都大殷电器科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]