[实用新型]一种自激式电源变换电路

说明书

所属技术领域

本实用新型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；本实用新型电路中不存在产生激励信号的震荡器，属于自激式电源变换器；本实用新型中，输入和输出被高频变压器完全隔离，属离线式电源变换器。

背景技术

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。不是本实用新型所讨论的范畴。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(G.H.Royer)于1955年实用新型的。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.L.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，在今天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。

因此，希望提供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。

实用新型内容

为克服上述技术不足，本实用新型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。

本实用新型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；