一種dc-dc自激式變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型DC-DC自激式變換器。自激式變換器采用反激式電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，變換器輸入輸出級前后完全隔離。變換器利用變壓器T1和開關(guān)管V1之間電流和電壓的相互轉(zhuǎn)換使變壓器T1工作模式處于臨界狀態(tài)；副邊整流二極管D5零電流關(guān)斷；功率開關(guān)管V1零電流開通；功率開關(guān)管V1的基極對地之間通過穩(wěn)壓管D3將電容C2兩端電壓鉗位在VZ-Vbe，在開關(guān)管V1關(guān)斷時NII繞組將NIII繞組的電壓鉗位在VO=（VZ-Vbe+UD4）×NIII/NII-UD5，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓；由于變壓器T1處于完全能量傳遞模式，產(chǎn)生的噪聲相對于不完全能量傳遞模式要小很多；在結(jié)構(gòu)上是單極點(diǎn)系統(tǒng)，控制方式簡單，容易得到快速穩(wěn)定的響應(yīng)。
【專利說明】-種DC-DC自激式變換器
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種變頻式開關(guān)電源，特別涉及一種自激式反激變換器拓?fù)涞拈_關(guān)電 源。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004] 開關(guān)電源的研究領(lǐng)域涉及電力電子，自動控制等很多【技術(shù)領(lǐng)域】。其中自激式反激 變換器（即RCC電路)，由于其變壓器處于臨界的工作模式，結(jié)構(gòu)上是單極點(diǎn)系統(tǒng)，電路組成 簡單，成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于50W以下的開關(guān)電源或?qū)﹄娫雌焚|(zhì)要求不高的輔 助電源中。
[0005] 目前，民用產(chǎn)業(yè)界有多種形式的自激式反激變換器，常用的RCC電路結(jié)構(gòu)框圖如 圖1所示，一般包括：輸入濾波電路、反激式拓?fù)潆娐贰与娐?、誤差放大電路、隔離光耦、 PFM控制電路及驅(qū)動電路。其基本工作原理是：輸入端上電后，啟動電路工作使得開關(guān)管導(dǎo) 通，變壓器開始存儲能量，開關(guān)管關(guān)斷后，變壓器副邊將能量傳遞給負(fù)載，誤差放大電路采 集輸出電壓并與基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較后產(chǎn)生一個誤差信號，誤差信號通過隔離光耦聯(lián)接PFM 控制電路，PFM控制電路通過驅(qū)動電路控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而形成電壓負(fù)反饋回 路?？梢?，隔離光耦在整個反饋回路中起著至關(guān)重要的作用。在航天等對電源的控制有特 殊要求的領(lǐng)域，由于其工作環(huán)境的特殊性，隔離光耦可靠性差容易受到外界環(huán)境中各種輻 射的干擾，使其不能正常工作，進(jìn)而影響該電路的穩(wěn)定性，因此采用隔離光耦的RCC電路并 不適合應(yīng)用于航天領(lǐng)域。
[0006] 中國專利201010124062. 5中描述了一種自激式開關(guān)電源電路，提供了一種迅速 響應(yīng)一次線圈電流的上升，容易進(jìn)行恒壓控制，而且在無負(fù)載或連接輕載時進(jìn)行間歇震蕩 動作，抑制電力損失的自激式開關(guān)電源電路。中國專利200810027284. 8中描述了一種雙三 機(jī)管電流控制型自激震蕩反激變換器。
[0007] 上述幾種方法可以通過自激式震蕩產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓，但無一例外的采用了隔 離光耦。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決航天領(lǐng)域中對元器件使用的特殊性要求的問題，本發(fā)明的目的在于提供 一種減小開關(guān)損耗、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好且不使用隔離光耦的自激式開關(guān)電源變換器。
[0009] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為所采用的技術(shù)方案是提供一種DC-DC自激式變換 器，包括：三極管和變壓器構(gòu)成的反激式變換器主電路、三極管驅(qū)動電路、穩(wěn)壓控制電路，三 極管驅(qū)動電路與反激式變換器主電路聯(lián)接，用于驅(qū)動主開關(guān)管，穩(wěn)壓電路與三極管驅(qū)動電 路聯(lián)接，用于調(diào)整驅(qū)動信號實現(xiàn)反激式變換器輸出穩(wěn)定的電壓。
[0010] 上述三極管和變壓器構(gòu)成的反激式變換器主電路包括：NPN三極管VI，變壓器T1， 續(xù)流二極管D5,輸出濾波電容C3,三極管VI的集電極與變壓器2腳聯(lián)接，VI的發(fā)射級接功 率地，變壓器的10腳與二極管D5的陽極聯(lián)接，電容C3的兩端與D5的陰極以及變壓器的6 腳聯(lián)接。
[0011] 上述的三極管驅(qū)動電路包括：電阻Rl、R2、電容C1、二極管Dl、D2,電阻R1兩端與 變壓器1腳以及三極管VI的基極聯(lián)接，電阻R2兩端與二極管D1的陰極以及三極管VI的 基極聯(lián)接，電容C1兩端與二極端D1兩端聯(lián)接，二極管D1陽極與變壓器4腳聯(lián)接，二極管D2 陽極和陰極分別與三極管VI發(fā)射極和基極聯(lián)接。
[0012] 上述的穩(wěn)壓控制電路包括：電阻R3、電容C2、二極管D4、穩(wěn)壓管D3,電阻R3的一端 與D3、D4的陽極以及C2的負(fù)極聯(lián)接，另一端與C2的正極以及VI的發(fā)射極聯(lián)接，二極管D4 的陰極與變壓器的4腳聯(lián)接，穩(wěn)壓管D3的陰極與VI的基極聯(lián)接。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種DC-DC自激式變換器由于使用了獨(dú)特的穩(wěn)壓控制 電路，從而避免了航天領(lǐng)域無法使用隔離光耦的弊端，其有益效果主要表現(xiàn)在：穩(wěn)壓控制電 路取代了傳統(tǒng)的誤差放大加隔離光耦的反饋控制方法；由于變壓器工作模式處于臨界狀 態(tài)，因此副邊整流二極管零電流關(guān)斷、功率開關(guān)管零電流開通，降低了整體損耗、提高了變 換器效率；由于變壓器T1處于完全能量傳遞模式，產(chǎn)生的噪聲相對于不完全能量傳遞模式 要小很多；在結(jié)構(gòu)上是單極點(diǎn)系統(tǒng)，容易得到快速穩(wěn)定的響應(yīng)。
[0014] 本發(fā)明通過仿真分析和實際電路測試，達(dá)到了如下的性能指標(biāo)：輸入工作電壓范 圍：18V?50V，負(fù)載范圍：20mA?300mA，輸出電壓范圍：12V?14V，最大頻率：320kHz、輸 出紋波：V PP < 100mV、輸入紋波VPP < 100mV。
[0015]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為常用RCC電路結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明實施的電路原理圖； 圖3為本發(fā)明變壓器示意圖； 圖4為本發(fā)明三極管VI導(dǎo)通時工作過程示意圖； 圖5為本發(fā)明三極管VI關(guān)斷時工作過程示意圖； 圖6為本發(fā)明負(fù)載電流為100mA時開關(guān)管實測波形圖； 圖7為本發(fā)明負(fù)載電流為200mA時開關(guān)管實測波形圖。

【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明一種DC-DC自激式變換器由于使用了獨(dú)特的穩(wěn)壓控制電路，從而避免了航 天領(lǐng)域無法使用隔離光耦的弊端。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明所闡述的DC-DC自激式變 換器進(jìn)一步加以闡述。
[0018] 圖2所示一種DC-DC自激式變換器的原理圖，包括：三極管和變壓器構(gòu)成的反激式 變換器主電路、三極管驅(qū)動電路、穩(wěn)壓控制電路。
[0019] 上述三極管和變壓器構(gòu)成的反激式變換器主電路包括：NPN三極管VI，變壓器T1， 續(xù)流二極管D5,輸出濾波電容C3,三極管VI的集電極與變壓器2腳聯(lián)接，VI的發(fā)射級接功 率地，變壓器的10腳與二極管D5的陽極聯(lián)接，電容C3的兩端與D5的陰極以及變壓器的6 腳聯(lián)接。三極管VI為開關(guān)管，VI的導(dǎo)通時變壓器T1存儲能量，當(dāng)VI關(guān)斷后變壓器將釋放 能量，通過二極管D5整流以及電容C3濾波后產(chǎn)生直流電壓輸出，電容C3正端與二極管D5 陰極相連接，電容C3負(fù)端與輸出-連接 上述的三極管驅(qū)動電路包括：電阻R1、R2、電容C1、二極管D1、D2。電阻R1兩端與變壓 器1腳以及三極管VI的基極聯(lián)接，變壓器1腳與母線+連接；電阻R2兩端與二極管D1的 陰極以及三極管VI的基極聯(lián)接，電容C1兩端與二極管D1兩端聯(lián)接，二極管D1陽極與變壓 器4腳聯(lián)接，二極管D2陽極與三極管VI發(fā)射極連接，三極管VI發(fā)射極與母線-連接，二極 管D2陰極分別與三極管VI基極聯(lián)接。電阻R1為啟動電阻，電阻R2為驅(qū)動限流電阻，二極 管 D1與電容C1用于加速三極管V1的導(dǎo)通和關(guān)斷，二極管D2用于鉗位三極管VI關(guān)斷后的 基極電壓。
[0020] 上述的穩(wěn)壓控制電路包括：電阻R3、電容C2、二極管D4、穩(wěn)壓管D3,電阻R3的一端 與穩(wěn)壓二極管D3和二極管D4的陽極以及C2的負(fù)極聯(lián)接，二極管D4陰極與電容C2的正極 以及VI的發(fā)射極聯(lián)接，電容C2負(fù)極與母線-連接，二極管D4的陰極與變壓器的4腳聯(lián)接， 穩(wěn)壓管D3的陰極與VI的基極聯(lián)接。
[0021] 下面進(jìn)一步對本發(fā)明的工作過程進(jìn)行描述。
[0022] 開關(guān)管開通過程分析。當(dāng)母線上電后，如圖4所示，母線電壓Vin通過電阻R1給 三極管VI提供基極驅(qū)動電流Ibl，此時三極管VI開始導(dǎo)通。VI導(dǎo)通后，母線電壓Vin將加 在變壓器的初級繞組隊及三極管VI上，即Vini'+V。。（VT為變壓器隊繞組電壓，Vee為三 極管VI集電極發(fā)射極兩端電壓)，同時輔助繞組N n獲得感應(yīng)電動勢Vn，VnMNuM) '，于 是電流Ib2通過D1和R2注入到VI的基極，加大了 VI的集電極電流Ib(Ib=Ibl+Ib2)，而I b的 增加會進(jìn)一步加速VI的導(dǎo)通，形成正反饋過程，S卩：Ib / - V。。\ - Vn / - Ib /。
[0023] VI徹底導(dǎo)通后，Ib基本保持不變，變壓器T1繼續(xù)存儲能量，變壓器T1中1號腳與 2號腳所形成的繞組隊流過的電流L以'/k的斜率增加，且滿足如下關(guān)系：

【權(quán)利要求】
1. 一種DC-DC自激式變換器，包括：三極管和變壓器構(gòu)成的反激式變換器主電路，三 極管驅(qū)動電路，穩(wěn)壓控制電路，其特征在于，所述三極管驅(qū)動電路與反激式變換器主電路聯(lián) 接，用于驅(qū)動主開關(guān)管，穩(wěn)壓控制電路與三極管驅(qū)動電路聯(lián)接，用于調(diào)整驅(qū)動信號實現(xiàn)反激 式變換器輸出穩(wěn)定的電壓； 所述反激式變換器主電路包括：NPN三極管VI的集電極與變壓器的第2腳聯(lián)接，NPN三 極管VI的發(fā)射級接功率地，變壓器的第10腳與二極管D5的陽極聯(lián)接，電容C3的兩端分別 與二極管D5的陰極以及變壓器的6腳聯(lián)接； 所述三極管驅(qū)動電路包括；電阻R1兩端分別與變壓器1腳以及三極管VI的基極聯(lián)接， 電阻R2兩端分別與二極管D1的陰極以及三極管VI的基極聯(lián)接，電容C1兩端分別與二極 端D1兩端聯(lián)接，二極管D1陽極與變壓器的第4腳聯(lián)接，二極管D2陽極和陰極分別與三極 管VI發(fā)射極和基極聯(lián)接； 所述穩(wěn)壓控制電路包括：電阻R3的一端與二極管D3、二極管D4的陽極以及電容C2的 負(fù)極聯(lián)接，另一端與電容C2的正極以及NPN三極管VI的發(fā)射極聯(lián)接，二極管D4的陰極與 變壓器的第4腳聯(lián)接，穩(wěn)壓管D3的陰極與NPN三極管VI的基極聯(lián)接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC自激式變換器，其特征在于：所述的反激式變換器主 電路中，NPN三極管VI的型號為3DK35F，變壓器T1磁芯型號為⑶22 X 13A，二極管D5型號 為2DK180L，電容C3采用耐壓值為20V的貼片鉭電容。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC自激式變換器，其特征在于：所述的三極管驅(qū)動電路 中，電阻Rl、R2采用功率為1/4W的貼片電阻，電容C1采用容量為100nF的陶瓷電容，二極 管D1、D2的型號為1N4148。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC自激式變換器，其特征在于：所述的穩(wěn)壓控制電路 中，電阻R3采用功率為1/4W的貼片電阻，電容C2采用耐壓值為20V的貼片鉭電容，二極管 D4的型號為1N4148,穩(wěn)壓管D3的型號為BWB4V3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC自激式變換器，其特征在于：磁芯型號為GU22X13A， 匝數(shù)為NfSSJpSJnfSS。
【文檔編號】H02M3/338GK104377965SQ201410654667
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】沈昂, 汪超, 羅果, 周峰 申請人:上?？臻g電源研究所