[发明专利]一种自激推挽式变换器

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源，特别涉及自激推挽式变换器类开关电源。

背景技术

现有的自激推挽式变换器，电路结构来自1955年美国罗耶（G.H.Royer)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，也作Royer电路，这也是实现高频转换控制电路的开端；部分电路来自1957年美国查赛（Jen Sen，有的地方译作“井森”)发明的自激式推挽双变压器电路，后被称为自振荡Jensen电路或Jensen电路；这两种电路，后人统称为自激推挽式变换器。自激推挽式变换器的相关工作原理在电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第67页至70页有描述，该书ISBN号7-121-00211-6。电路的主要形式为上述著名的Royer电路和自振荡Jensen电路。

图1示出的为自激推挽式变换器常见应用，电路结构为Royer电路；图2示出的电路就是著名的自振荡Jensen电路，中文常音译为“井森”电路，在图1和图2中，电路都要利用变压器B1的磁芯饱和特性进行振荡，在图2的Jensen电路中，电路的自振荡频率和驱动功能，改由磁饱和的变压器B1来实现，因此，主功率变压器B2能工作在不饱和状态。

Royer电路的振荡频率是电源电压的函数，在电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第68页第18行有描述，该书ISBN号 7-121-00211-6。这里引用如下：

式中：f为振荡频率；BW为工作磁感应强度(T)，一般取50%～70%磁饱和点B_m值；N为线圈匝数；S为磁芯有效截面积；Vs为工作电源电压。

从公式(1)可以看出，Royer电路的工作电压一定的前提下，其工作频率是很稳定的。为了方便理解Royer电路的工作原理，从而进一步理解本申请，特别是电路利用磁芯饱和特性进行推挽振荡这一点，这里以图1为例，说明其工作原理。

图1的电路结构为：输入滤波电容C连接于电压输入端与地之间，对输入电压进行滤波；滤波后的输入电压接入启动电路，启动电路由偏置电阻R1和电容C1并联组成；偏置电阻R1的两端分别与电压输入端以及为两个推挽晶体管TR1、TR2基极提供正反馈的变压器B1原边线圈NB1和NB2的中心抽头连接；两个推挽晶体管TR1、TR2的发射极共地，两个集电极分别连接变压器原边线圈NP1和NP2的两个端头，基极连接变压器原边线圈NB1和NB2的两个端头，原边线圈NP1和NP2中的中心抽头连接电压输入端；变压器B1的副边线圈NS连接输出电路至电压输出端。

其工作原理简述为：参见图1，接通电源瞬间，偏置电阻R1和电容C1并联回路通过线圈NB1和NB2绕组为三极管TR1和TR2的基极、发射极提供了正向偏压，两只三极管TR1和TR2开始导通，由于两个三极管特性不可能完全一样，因此，其中一只三极管会先导通，假设三极管TR2先导通，产生集电极电流IC2，其对应的线圈NP2绕组的电压为上正下负，根据同名端关系，其基极线圈NB2绕组也出现上正下负的感应电压，这个电压增大了三极管TR2的基极电流，这是一个正反馈的过程，因而很快使三极管TR2饱和导通；相应地，三极管TR1对应的线圈NB1绕组的电压为上正下负，这个电压减小了三极管TR1的基极电流，三极管TR1很快完全截止。

三极管TR2对应的线圈NP2绕组里的电流，以及这个电流产生的磁感应强度随时间而线性增加，但磁感应强度增加到接近或达到变压器B1磁芯的饱和点B_m时，线圈NP2的电感量迅速减小，从而使三极管TR2的集电极电流急剧增加，增加的速率远大于基极电流的增加，三极管TR2脱离饱和，三极管TR2的集电极到发射极的压降UCE增大，相应地，变压器NP2绕组上的电压就减小同一数值，线圈NB2绕组感应的电压减小，结果使三极管TR2基极电压也降低，造成三极管TR2向截止方向变化，此时，变压器B1线圈上的电压将反向，使另一只三极管TR1导通，此后，重复进行这一过程，形成推挽振荡。绕组Ns的输出端的波形如图3所示。