類似推挽拓撲的半橋開關變換器的製作方法

2023-06-01 15:39:06

專利名稱：類似推挽拓撲的半橋開關變換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及開關變換器領域，特別是一種類似推挽拓撲的半橋開關變換器。把它應用到螢光燈、節能燈、高壓鈉燈、金滷燈等的電子鎮流器，石英燈、霓虹燈等的電子變壓器，應急燈等的逆變器和開關電源等產品中，很有價值。
目前在電子照明、燈飾和開關電源等產品中使用的開關變換器有半橋式、全橋式和推挽式等，用得最廣泛的是半橋式電路，它有許多優點電路結構簡單、成本低、容易起振、開關三極體承受的反壓與輸入直流電壓相等。但它的致命缺點是因兩隻開關三極體直接串聯後跨接在直流電壓上，因而常常由於三極體開關時間的差異出現共同導通問題(簡稱「共導」)而被燒毀，產品有80％的損壞是由此造成的，這就是這類產品可靠性差的根本原因。
本實用新型的目的是針對使用最廣泛的半橋電路，提供一種類似推挽拓撲的半橋開關變換器，它既保留了半橋電路的上述優點，又克服了它的致命缺點，使「共導」問題從根本上得到解決，可靠性得到極大提高。
本實用新型的實施方案是它包括整流濾波後的直流電源(也可以是其他形式直流電源)、啟動電路、類似推挽拓撲的開關振蕩電路、續流電路、輸出電路等。本實用新型的特徵在於開關振蕩電路的開關三極體的橋臂是由三極體BG1、線圈N1(L1)、線圈N2(L2)和三極體BG2這四個元件串聯起來構成，其中BG1的集電極接在直流電源正極輸出端A上，BG1的發射極與線圈N1(L1)的同名端1相接，線圈N1(L1)的另一端與線圈N2(L2)的一端相接，這兩個線圈的連接點0構成半橋電路的中心抽頭，線圈N2(L2)的另一端2為同名端，接在三極體BG2的集電極上，BG2的發射極與直流電源負極輸出端B相連。續流二極體D7的正極接在直流電源負極B上，D3的負極與線圈N1(L1)的同名端1相接，續流二極體D8的正極與線圈N2(L2)的同名端2相接，D8的負極接在直流電源正極A上。半橋電容C3的一端接在電源正極A點上，另一端與半橋電容C4相連，C4的另一端接在電源負極B點上。C3和C4相連的K點形成半橋電容橋臂的中點。兩隻半橋電容C3和C4當中，可以只用電容C3或只用電容C4，也能正常工作。
本實用新型的特別優點(1)由於創造出類似推挽拓撲的開關振蕩電路，能有效地解決了半橋電路中的兩隻開關三極體存在的「共導」問題，使產品的可靠性極大地提高；(2)本實用新型改善了三極體的開關特性，令兩隻開關三極體的集電極電壓波形的上升沿、下降沿比較陡直，且飽和壓降小，從而降低了三極體的溫升，有效地延長了產品壽命。
以下結合附圖
對本實用新型加以說明。
附圖為本實用新型的電路結構圖。
如附圖所示本實用新型是由橋式整流濾波電路(二極體D1～D4、電解電容器C1；也可以用其他形式的直流電源代替)、啟動電路(電阻R1、電容C2、二極體D5、觸發二極體D6)、類似推挽拓撲的開關振蕩電路(開關三極體BG1、BG2、線圈N1(L1)、N2(L2)、基極電阻R2R3、基極二極體D9D10、磁環耦合變壓器T1及其線圈n0n1n2)、續流電路(二極體D7D8)、半橋電容(C3C4也可以只要C3或C4)和輸出電路(推挽電感L1L2、輸出電容C5、變壓器T2的推挽繞組N1N2和輸出繞組N3)等共同構成。
電路工作原理交流電壓UAC經橋式整流濾波後獲得脈動直流電壓UDC(也可以由其他形式的直流電源代替)。當電容C2經電阻R1充電至觸發二極體D6的擊穿電壓時，D6立即導通，呈現負阻特性，給三極體BG2提供一個較大的啟動電流，BG2開始導通。由於磁環線圈同名端的接法保證三極體的正反饋作用，使得BG2飽和、BG1截止。又由於主電路電流變化率符號的改變，通過磁環線圈的作用導致BG1飽和、BG2截止。如此反覆，BG1和BG2輪流飽和與截止，形成高頻開關振蕩，負載Z1或Z2得到高頻輸出功率，電路進入正常工作狀態。Z1為負阻特性負載，如螢光燈、節能燈、高壓鈉燈、金滷燈等，Z2為其他負載，如石英燈、霓虹燈、高頻整流輸出電路等。當只有Z1負載時，T2不設繞組N3當只有Z2負載時，就把Z1短接即可。
解決開關三極體「共導」問題的原理如下為簡單起見，設只有負載Z1。當BG1飽和BG2截止時，電容C4充電、C3放電，C4充電電流從A點→BG1→L1→n0→Z1(C5)→C4→B點，C3放電電流從C3上端→BG1→L1→n0→Z1(C5)→C3下端，可見，這兩路電流從L1的同名端1流入當BG1截止BG2飽和時，電容C3充電C4放電，C3充電電流從A點→C3→Z1(C5)→n0→L2→BG2→B點，C4放電電流從C4上端→Z1(C5)→n0→L2→BG2→C4下端。可見，這兩路電流從L2的異名端0流入。當BG1從飽和轉為截止瞬間，L1上的電流不能突變，其續流路徑從L1的0點→n0→Z1(C5)→C4→D7→L1的1點；此時L2的互感電壓的極性是節點0為正，節點2為負，其續流路徑從0點→n0→Z1(C5)→C4→D10(n2→R3)→BG2的bc結→2點。BG2從飽和轉為截止瞬間，L2上的電流也不能突變，其續流路徑從L2的2點→D8→C3→Z1(C5)→n0→L2的0點。此時L1的互感電壓的極性是節點1為正，節點0為負，其續流路徑從1點→D9(n1→R2)→BG1的bc結→C3→Z2(C5)→0點。可見，不管是電容C3C4的充放電的電流還是電感L1L2的充放磁的電流，以及所有續流電流均通過負載Z1，給Z1提供高頻輸出功率。
當BG1飽和BG2截止時，電流在L1上產生的電壓U10為自感電壓，同時在L2上感應的電壓U02為互感電壓。同理，當BG1截止BG2飽和時，U10為互感電壓，U02為自感電壓。由於節點1和節點2為同名端，所以自感電壓和互感電壓在任何瞬間都是大小相等方向相反，即U10＝-U02，亦即U10和U20的波形是相互重合的。因此，節點1和節點2的電位在任何瞬間都是相等的。但在電路結構上，節點1和節點2被L1和L2串起來隔開，我們稱這種等電位為「動態等電位」。從電工原理可知等電位的節點之間是沒有電流的。所以在任何瞬間，電流不可能從節點1直接流向節點2，也就是說不可能因BG1和BG2同時飽和造成大電流從節點1直接流向節點2而把直流電源電壓UDC短路，亦即在本實用新型的電路結構中，「共導」問題根本不會發生。我們通過大量模擬「共導」試驗和批量產品實踐應用均證明了上述結論的正確性。在模擬試驗中，傳統半橋電路的開關三極體立即被燒毀(4隻整流二極體、保險絲也被燒掉)，而本實用新型的開關三極體等所有元件均完好無損。
權利要求1.一種類似推挽拓撲的半橋開關變換器，包括直流電源、啟動電路、類似推挽拓撲的半橋開關振蕩電路、續流電路、輸出電路等，其特徵在於所說的類似推挽拓撲的半橋開關振蕩電路的三極體橋臂是由三極體BG1、線圈N1(L1)、線圈N2(L2)和三極體BG2這四個元件串聯起來構成，其中BG1的集電極接在直流電源正極輸出端A上，BG1的發射極與線圈N1(L1)的同名端1相接，線圈N1(L1)的另一端與線圈N2(L2)的一端相接，這兩個線圈的連接點0構成橋臂的中心抽頭，線圈N2(L2)的另一端2為同名端，接在三極體BG2的集電極上，BG2的發射極與直流電源負極輸出端B相連。
2.根據權利要求1所述的類似推挽拓撲的半橋開關變換器，其特徵在於續流二極體D7的正極接在直流電源負極B上，D7的負極與線圈N1(L1)的同名端1相接，續流二極體D8的正極與線圈N2(L2)的同名端2相接，D8的負極接在直流電源正極A上；
3.根據權利要求1所述的類似推挽拓撲的半橋開關變換器，其特性在於兩隻半橋電容C3和C4當中，可以只用電容C3或只用電容C4，電路也能正常工作。
專利摘要本實用新型提供了一種類似推挽拓撲的半橋開關變換器,它包括了直流電源、啟動電路、類似推挽拓撲的半橋開關振蕩電路、續流電路、輸出電路等。其特徵在於開關三極體的橋臂是由三極體BG
文檔編號H02M1/00GK2372823SQ99235520
公開日2000年4月5日 申請日期1999年3月11日 優先權日1999年3月11日
發明者羅初東, 陳鳥常, 羅穗生 申請人:羅初東, 陳鳥常, 羅穗生