改進的推挽式升壓電路的製作方法
2023-04-26 07:39:01
專利名稱：改進的推挽式升壓電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基本電子電路，尤其涉及一種可有效提高變壓器工作特性、縮小變壓器線圈匝數、減少相關電路設置以降低成本的推挽式升壓電路。
此處提出討論的升壓電路採用推挽式(Push-Pull)架構的直流/交流變換電路(如圖4所示)，其主要是由兩組開關三極體Q1、Q2進行交替導通，而將電能由變壓器70的初級線圈傳送到次級線圈，由於變壓器70繞組上的電流方向是相反的，因此，每一次導通對於變壓器70而言都是去磁作用。而變壓器70次級線圈是連接一橋式整流器71，以便對變壓器70輸出的電源進行全橋整流，隨後在電容C1、C2組成的充電電路72上取得直流的正負匯流線(BUS)電壓。
由於電容C1、C2一般較大，所以充電電路72的匯流線(BUS)充電電流峰值及變化率都會很大，因而必須在充電電路72的正負端上分別串聯一電感L1、L2。電感L1、L2的作用主要在於導通期間可限制變壓器70次級線圈的電流上升速率，而在截止期間可以達到續流的作用。
然而在電流突變時，串入的電感L1、L2會產生電壓尖峰，提高了橋式整流器71中各整流二極體的電壓應力，因而必須在橋式整流器71與兩電感L1、L2間加入一史納伯(Snubber)電路73，其是由二極體D5、D6，電容C3、C4，電阻R1、R2等組成，藉以消除橋式整流器71上的電壓尖峰，以降低二極體的電壓應力，並可因而選用較低規格的組件。
但前述的改善方式，首先面對的是加入的史納伯電路73意味著成本的提高。且由於史納伯電路73本身的損耗，降低了整個電路的效率。同時，由於電感L1、L2的存在，在出現變化的電流通過時，會感應出一定的壓降，亦即將會抵銷一部分該推挽式變壓器70的升壓作用，必須額外增加變壓器70次級線圈繞組匝數，以便得到設計要求的匯流線(BUS)電壓。但變壓器70次級線圈繞組匝數的增加，無論是從變壓器的設計、線圈繞制難度、成本、變壓器的工作效率，或由增加變壓器70匝數對整個電路的影響而言，都是不利的因素。
由此可見，在升壓電路中加入電感L1、L2，雖然有其必要性，但同時帶來了許多不利的影響，導致了整個電路的設計困難、成本上升和效率下降。故有待進一步檢討，並謀求可行的解決方案。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種改進的推挽式升壓電路，其是使一變壓器的初級線圈與直流電源連接，同時在初級線圈上分設有兩交替導通的開關三極體；又，變壓器次級線圈依序與一橋式整流器、一充電電路及一直流/交流轉換單元(INVERTER)相連接；其特徵在於所述橋式整流器與充電電路間是以兩耦合的電感相互連接。
前述改進的推挽式升壓電路，其中兩耦合電感是由一第二變壓器構成，該第二變壓器的初級線圈與次級線圈繞組的匝數比相同。
前述改進的推挽式升壓電路，其中充電電路是由兩電容組成，該兩電容是以一端點相互串接，另一端點分別連接有功率三極體。
前述改進的推挽式升壓電路，其中直流/交流轉換單元是由交替導通的兩功率三極體及由電感、電容構成的低通濾波器組成，該交替導通的兩功率三極體是以相鄰的源極、汲極相互串接，且連接該電感，相對另端的汲極、源極則分別與所述充電電路連接。
本實用新型解決其技術問題還可採用如下技術方案一種改進的推挽式升壓電路，其是使一變壓器的初級線圈與直流電源相連接，同時在初級線圈上分設有兩交替導通的開關三極體；又，變壓器次級線圈依序與一橋式整流器、一充電電路及一直流/交流轉換單元(INVERTER)相連接；其特徵在於所述變壓器次級線圈與橋式整流器之間是以兩耦合的電感相互連接。
前述改進的推挽式升壓電路，其中兩耦合電感是由一第二變壓器構成，該第二變壓器的初級線圈與次級線圈繞組的匝數比相同。
前述改進的推挽式升壓電路，其中充電電路是由兩電容組成，該兩電容是以一端點相互串接，另一端點分別連接有功率三極體。
前述改進的推挽式升壓電路，其中直流/交流轉換單元是由交替導通的兩功率三極體及由電感、電容構成的低通濾波器組成，該交替導通的兩功率三極體是以相鄰的源極、汲極相互串接，且連接該電感，相對另端的汲極、源極則分別與所述充電電路連接。
本實用新型的有益效果是，其可有效解決現有技術在設計上的困難、成本提高及工作效率不彰等問題。
圖1是本實用新型一較佳實施例的電路圖。
圖2是本實用新型又一較佳實施例的電路圖。
圖3是本實用新型標示有電流方向的電路圖。
圖4是現有推挽式升壓電路的電路圖。
圖中標號說明10變壓器 20橋式整流器30第二變壓器 31、32電感50直流/交流轉換單元40充電電路70變壓器 71橋式整流器72充電電路 73史納伯電路在前述電路中，DC-DC部分為Push-Pull架構，初始的直流電源電壓Vdc通過開關三極體Q1、Q2，經過Push-Pull變壓器10的初級線圈，回到直流電源Vdc的負極。通過變壓器10初級、次級線圈間的耦合作用，及適當調整變壓器10初級、次級線圈繞組的匝數比，即可在次級線圈上得到適當的高頻交流電壓，經過橋式整流器20進行全波整流後，對充電電路40中的兩電容C1、C2充電，即得到一對相對穩定的正負匯流線(BUS)電壓，經過直流/交流轉換單元50中兩功率三極體Q3、Q4的高頻變換，再通過由L3、C3所構成的低通濾波器進行濾波後，以得到正弦信號輸出。
進一步而言，為降低匯流線(BUS)充電電流的峰值和電流變化率，同時又必須克服引入串聯電感所帶來的諸多不利影響，是將傳統升壓電路中充電迴路上兩組原來互不相關的電感產生磁場的耦合，亦即將兩個電感改由一個初級線圈、次級線圈繞組匝數相同的第二變壓器30取代，並選擇合適的繞制方式，使第二變壓器30的兩個繞組(即兩電感31、32)中因通過電流而產生的磁場互相抵消。
又，升壓電路工作時，電路中的電流始終是變化的，在傳統升壓電路中，變化的電流會在變壓器70串聯的兩電感L1、L2上產生一定的壓降，而抵消變壓器70一部分的升壓作用。經令兩電感31、32進行磁場耦合後，不僅不會抵消變壓器10的升壓作用，同時具備對匯流線(BUS)充電的能力，故可藉此減少變壓器10繞組的匝數比，如此既可方便推挽式變壓器的設計，同時也提高了工作效率。
以上所述，是本實用新型一較佳實施例的具體構造與工作原理。又如圖2所示，是本實用新型又一較佳實施例的電路構造，其電路構造與前一實施例大致相同，不同之處在於兩耦合電感31、32是設於橋式整流器20的前端，其依然可產生與前一實施例相同的功效。
有關前述升壓電路的工作特性現進一步配合附圖詳述如後請參閱圖3所示，通過第二變壓器30中第一繞組(電感31)的箭頭線是代表開關三極體Q2導通時正匯流線(BUS)充電電流Ic1，通過第二變壓器30中第二繞組(電感32)的箭頭線是代表開關三極體Q2導通時負匯流線(BUS)充電電流Ic2。由於正負匯流線(BUS)電容電壓不一致，地線上將導通一電流，其值大小是正負匯流線(BUS)充電電流之差。例如，如果直流/交流轉換單元50此時輸出電流的正半周，則由正匯流線(BUS)電容C1供電，此時電流Ic1較大，電流Ic2較小。如果第二變壓器30不存在，則兩個匯流線(BUS)電容C1、C2各自充電，二者互不影響。但在本發明中，由於引進了第二變壓器30，當開關三極體Q2導通時，Ic1、Ic2大小雖然不同，但其在第二變壓器30上的磁場是相互抵消的，相當於減小了串聯電感(基本上只有漏感)，當開關三極體Q2截止時，橋式整流器40上的電壓尖峰也相應降低。在現有電路中，由於Ic1、Ic2互不影響，正匯流線(BUS)電路給直流/交流轉換單元供電時，其電壓低，Ic1大，Ic2小，基本上沒有對匯流線(BUS)電容充電的作用。但由於第二變壓器30的加入，Ic1-Ic2這一電流差將在第二變壓器30的另一面感應出一電壓，方向如圖所示，其疊加在變壓器10電壓上對電容C2充電，使電容C2電壓提得更高。
進一步而言，本實用新型主要是利用在匯流線(BUS)電壓較低的情況下，直流/交流轉換時的損耗較低，同時在此情況下由於推挽式電路工作在連續模式，電流峰值低，其損耗也低。然而，通常在推挽式電路中，如果降低其變壓器匝數以降低匯流線(BUS)電壓的話，則當電池電壓降低時，而匯流線(BUS)電壓低於特定電壓(如330V)，則輸出波形的失真將變大不能滿足要求，而縮短實際放電時間。由於本實用新型在充電迴路上引入兩耦合的電感，其具有提高匯流線(BUS)電壓的作用，當Push-Pull變壓器匝數以等比降低時，相同電池電壓下，對應的匯流線(BUS)電壓降低程度較低，使放電終止電壓得以下調，最終能夠延長放電時間。
由上述可知，本實用新型提高效率的作用在電池低壓下較為明顯，電池高壓時效率反而較低。因此，設計電路時，可使變壓器的匝數比儘可能低，使電池高壓下的匯流線(BUS)維持時間儘量短。例如13.2V電壓時，需通過控制推挽式電路脈寬將匯流線(BUS)電壓限制到380V，此時推挽式電路工作處於不連續模式，效率較低；隨著電池電壓下降，Push-Pull脈寬越來越大，直至工作變為連續模式，此時匯流線(BUS)電壓將隨電池電壓下降而相應下降非呈線性下降，故Push-Pull電路效率即得以提高。
當電池電壓再下降，因本實用新型引入充電迴路中的耦合電感具有提升匯流線(BUS)作用，當電池電壓下降到約11V，在相同變壓器的情況下，現有升壓電路的匯流線(BUS)已不能維持330V以上時，本實用新型升壓電路的匯流線(BUS)仍能高於330V，直至電池電壓由10V時達到330V。如此使電路在連續模式下工作時間較長，使整個電路的效率也較高。
因此，就本實用新型的升壓電路設計而言，變壓器匝數比的選擇十分重要，其使電路在不連續模式下工作時間儘量短，連續模式下儘量長。
本實用新型至少具備下列優點1.由於在升壓電路的橋式整流器前端或後端設有兩耦合電感，利用兩電感間的磁場耦合作用，使匯流線(BUS)充電迴路的電感很小，因而不會在橋式整流器的各整流二極體上產生很大的電壓尖峰(Spike)，不需要設置史納伯電路，從而可獲得極佳的工作效率，可有效降低成本。
2.設於充電迴路上的耦合電感使正負匯流線(BUS)充電電流趨於一致，因峰值降低而提高效率。
3.兩耦合電感等同於一變壓器，其具有一定提升匯流線(BUS)電壓的作用，可以減少Push-Pull變壓器的匝數比，有效提高工作效率。
綜上所述，本實用新型確可獲得如前所述的各項優點，與現有的推挽式升壓電路相比具備顯著功效，具有新穎性、創造性、實用性，符合新型專利要件，故依法提出申請。
權利要求1.一種改進的推挽式升壓電路，其是使一變壓器的初級線圈與直流電源連接，同時在初級線圈上分設有兩交替導通的開關三極體；又，變壓器次級線圈依序與一橋式整流器、一充電電路及一直流/交流轉換單元相連接；其特徵在於所述橋式整流器與充電電路間是以兩耦合的電感相互連接。
2.根據權利要求1所述改進的推挽式升壓電路，其特徵在於所述兩耦合電感是由一第二變壓器構成，該第二變壓器的初級線圈與次級線圈繞組的匝數比相同。
3.根據權利要求1所述改進的推挽式升壓電路，其特徵在於所述充電電路是由兩電容組成，該兩電容是以一端點相互串接，另一端點分別連接有功率三極體。
4.根據權利要求1所述改進的推挽式升壓電路，其特徵在於所述直流/交流轉換單元是由交替導通的兩功率三極體及由電感、電容構成的低通濾波器組成，該交替導通的兩功率三極體是以相鄰的源極、汲極相互串接，且連接該電感，相對另端的汲極、源極則分別與所述充電電路連接。
5.一種改進的推挽式升壓電路，其是使一變壓器的初級線圈與直流電源相連接，同時在初級線圈上分設有兩交替導通的開關三極體；又，變壓器次級線圈依序與一橋式整流器、一充電電路及一直流/交流轉換單元相連接；其特徵在於所述變壓器次級線圈與橋式整流器之間是以兩耦合的電感相互連接。
6.根據權利要求5所述改進的推挽式升壓電路，其特徵在於所述兩耦合電感是由一第二變壓器構成，該第二變壓器的初級線圈與次級線圈繞組的匝數比相同。
7.根據權利要求5所述改進的推挽式升壓電路，其特徵在於所述充電電路是由兩電容組成，該兩電容是以一端點相互串接，另一端點分別連接有功率三極體。
8.根據權利要求5所述改進的推挽式升壓電路，其特徵在於所述直流/交流轉換單元是由交替導通的兩功率三極體及由電感、電容構成的低通濾波器組成，該交替導通的兩功率三極體是以相鄰的源極、汲極相互串接，且連接該電感，相對另端的汲極、源極則分別與所述充電電路連接。
專利摘要一種改進的推挽式升壓電路，主要是在一變壓器的初級線圈設有交互導通的兩開關三極體，其次級線圈依序設有橋式整流器與充電電路；其中，該橋式整流器前端或後端加入一對磁場耦合的電感，利用耦合的存在，產生提升匯流線(BUS)電壓的作用，同時使電流通過兩個電感時相互產生去磁作用，降低其電感特性，以便在不增設史伯納電路的前提下，降低橋式整流器的尖峰電壓、平衡變壓器次級線圈電流、縮小變壓器線圈匝數比，而提高升壓電路工作效率。
文檔編號H02M3/04GK2566519SQ0224686
公開日2003年8月13日 申請日期2002年8月13日 優先權日2002年8月13日
發明者羅恆廉, 汪浩, 朱蘇學, 鄒家兵 申請人:飛瑞股份有限公司