[发明专利]双极型晶体管型自激式Zeta变换器

说明书

技术领域

本发明涉及自激式直流-直流变换器，应用于小功率开关稳压/稳流电源、高亮度LED驱动电路等，尤其是一种自激式Zeta变换器。

背景技术

与小功率线性电源和小功率他激式DC-DC变换器相比，小功率自激式DC-DC变换器具有电路结构简单、元器件数目少、成本低、自启动和自保护性能好、适用工作电压范围宽、效率高等优点。

中国专利ZL99108088.2公开了一种自激式降压DC-DC变换器，如图1所示。由PNP晶体管Q1、耦合电感L1、二极管D1和电容C2组成Buck变换器的主回路，Vi、Vo分别为直流输入、输出电压，R7为负载。耦合电感L2通过电容C1和电阻R3分别与Q1的发射极和基极相连，PNP晶体管Q2的发射极和集电极也分别与Q1的发射极和基极相连。Q1的基极由电阻R4接到Vi的负端。R1和R2相串联并接于Q1的发射极和NPN晶体管Q3的集电极两端，R1和R2的接点与Q2的基极相连。R5和R6的串联支路并接于Vo两端，R5和R6的接点与Q3的基极相连。Q3的发射极接于Vi的负端。该自激式降压DC-DC变换器的工作原理如下：当电路刚上电时，Q1饱和导通，D1、Q2均截止，Vi、Q1、L1、C2、R7、R5、R6形成回路，L1和C2都处于充电储能状态。在充电过程中，L1的电流增加，电路的输出电压增加，相应地Q1的射集极电压也随之增加，Q1的工作点逐渐退出饱和区，同时L1两端的电压下降。通过耦合L2两端的电压也随之减小，同时加大了对Q1基极电流的分流量，造成Q1的基极电流和集电极电流减小，进一步增加Q1的射集极电压，电路进入一种强烈的正反馈。这种正反馈工作的结果是Q1的集电极电流迅速减小，当小于L1的电流时D1就开始导通为L1续流，随后Q1截止。此时，L1、C2、R7、R5、R6和D1形成回路，L1进入放电释能状态。待L1放电结束，D1截止，Q1又重新饱和导通，进入下一个自激周期。经历若干个周期后，当输出电压达到设定值Vo，电压反馈支路R5、R6、Q3、R1、R2和Q2开始工作。当输出电压高于设定值时，Q3导通，导致Q2导通并分流一部分Q1的基极电流，达到缩短Q1导通时间、延长Q1关断时间的目的；当输出电压低于设定值时，Q3截止，导致Q2截止，Q1的开关时间又恢复原样。由此，电路实现输出稳压。该电路的不足之处在于：必需耦合电感L2参与电路的自激工作，耦合电感L1和L2制作较复杂，电路元器件数目较多，对减小产品的成本和体积不利。

中国专利ZL00122441.7公开了一种自激式升压DC-DC变换器，如图2所示。由NPN晶体管Q1、电感L1、二极管D1和电容C1组成Boost变换器的主回路，Vi、Vo分别为直流输入、输出电压，R4为负载。NPN晶体管Q2的集电极和发射极分别与Q1的基极和发射极相连。Q1的基极还通过电阻R1与Vi的正端相连。Q2的基极与R2和R3相连。R2的另一端与Q1的集电极相连。R3的另一端则通过稳压管Z1接于Vo的正端。该自激式升压DC-DC变换器的工作原理如下：当电路刚上电时，Q1饱和导通，二极管D1截止，Vi、L1、Q1形成回路，L1处于充电储能状态。在充电过程中，电感L1的电流增加，相应地Q1的集射极电压也随之增加，Q1的工作点逐渐退出饱和区。当Q1集射极电压增加到一定值以后，Q2的基极电流和集电极电流开始增加。同时，由于Q2对Q1基极电流的分流作用，Q1的基极电流、集电极电流开始减小，进一步增加Q1的集射极电压，电路进入一种强烈的正反馈。这种正反馈工作的结果是Q1的集电极电流迅速减小，当小于L1的电流时D1将导通为L1续流，随后Q1截止。此时，Vi、L1、D1、C1和R4形成回路，L1进入放电释能状态，电路的输出电压随之增加。待L1放电结束，D1截止，Q1又重新饱和导通，进入下一个自激周期。经历若干个周期后，当输出电压达到设定值Vo，电压反馈支路Z1、R3、Q2开始工作。当输出电压高于设定值时，Z1导通，加大了Q2集电极电流对Q1基极电流的分流作用，达到缩短Q1导通时间、延长Q1关断时间的目的；当输出电压低于设定值时，Z1截止，Q1的开关时间又恢复原样。由此，电路实现输出稳压。该电路的不足之处在于：只能实现电路的升压变换，应用范围有限。

发明内容

为了克服现有的自激式降压DC-DC变换器电路结构复杂、元器件数目较多，以及自激式升压DC-DC变换器应用范围较窄的不足，本发明提供一种电路结构简单、元器件数目少、拓宽应用范围的双极型晶体管型自激式Zeta变换器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：