可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器及其激勵方法
2023-10-08 00:48:39 1
專利名稱：可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器及其激勵方法
技術領域：
本實用新型涉及一種半橋振蕩器及其激勵方法，尤其涉及一種可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器及其激勵方法。
背景技術：
現有技術驅動半橋振蕩器的方法目前可分為兩個大類，一種是「自激」的方法；另一種稱之為「它激」的方法。
在「自激」方法中，是由高頻變壓器將輸入和輸出構成反饋迴路，從而形成自激振蕩。「自激」方法的優點是線路簡單，其缺點是頻率單一，不易做成變頻方式。
在「它激」方法中，是先由壓控振蕩器(VCO)產生振蕩波形，然後再去推動半橋電路。「它激」方法的最大優點是，能使振蕩器的頻率可變，這是因為半橋電路的振蕩頻率是由壓控振蕩器(VCO)頻率所決定的，由此這種可變頻率的方式可使某些電路的性能大大擴展，例如可變頻的電子鎮流器就可實現燈管的預熱、調節光亮等等。
目前用「它激」方式做成的產品非常多，國際上有幾家大的IC設計製造廠製成電子鎮流器集成電路就採用它激方式。例如，IR(國際整流器公司)的IR215X系列；ATT的ATT2161/2162；ST(意法半導體)的L6574；Samsung的KA7522/7531；西門子的TDA4814/4816；飛利浦的NE5565；MicroLinear的ML4830等。但是，這一類電路的共同特點是只能推動MOS電晶體，而不能推動雙極型電晶體。其原因是，驅動上橋臂的輔助電源是用電容自舉方式來實現的，這種方法只能驅動屬電荷器件的MOS電晶體，而若要推動屬電流器件的雙極性電晶體就不行了。到目前為止，還沒有推出過很實用的驅動由雙極性電晶體構成的半橋振蕩電路的激勵方法，國內和國外也沒有推出過能驅動雙極型電晶體的電子鎮流器專用晶片。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器及其激勵方法，它不僅能驅動由雙極性電晶體構成的半橋振蕩電路，並且電路功耗小，性能穩定，能容易製成電子整流器及開關電源用的專用集成電路。
本發明的目的是這樣實現的一種可變頻驅動由雙極型電晶體構成的半橋振蕩器，包括一壓控振蕩模塊，該壓控振蕩模塊是一個受電壓控制的頻率發生器，它提供工作過程中所需的各種頻率的振蕩信號；一高頻變壓器，提供工作過程中所需的電壓；一半橋振蕩器電路，它由雙極型電晶體構成，用於產生可變化的振蕩頻率；其特點是還包括一波形變換模塊，該波形變換模塊用於將壓控振蕩模塊即頻率發生器所產生的振蕩信號轉換成正弦波信號；一緩衝放大模塊，該緩衝放大模塊接收波形變換送出的正弦波信號，並將正弦波信號緩衝放大後送出同相和反相推輓輸出，在A和B兩點得到是交流的正弦波。
在上述的可變頻驅動由雙極型電晶體構成的半橋振蕩器中，其中，所述的緩衝放大模塊中設置有兩放大驅動器，一反相驅動器，該反相驅動器接收波形變換模塊送出的正弦波信號後進行反相放大後輸出；一同相驅動器，該同相驅動器接收波形變換模塊送出的正弦波信號後進行同相放大後輸出。
一種用於上述可變頻驅動由雙極型電晶體構成的半橋振蕩器的激勵方法，其特點是包括以下步驟步驟一，先由該壓控振蕩模塊產生高頻諧波，以提供工作過程中所需的各種頻率的振蕩信號，送入波形變換模塊；步驟二，波形變換模塊將所接收到的高頻諧波進行波形變換，形成正弦波後送入緩衝放大模塊；
步驟三，緩衝放大模塊中的兩驅動器同時工作，其中，反相驅動器接收波形變換模塊送出的正弦波信號後進行緩衝反相放大後輸出；同相驅動器接收波形變換模塊送出的正弦波信號後進行緩衝同相放大後輸出；使之高頻變壓器初級線圈A和B兩點得到交流的正弦波。
本實用新型可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器及其激勵方法，由於採用了上述的技術方案，使之與現有技術半橋振蕩器相比，具有以下的優點和積極效果1.本發明由於在壓控振蕩模塊後設置波形變換模塊和緩衝放大模塊，波形變換模塊將壓控振蕩模塊即頻率發生器所產生的振蕩信號轉換成正弦波信號；緩衝放大模塊將正弦波信號緩衝放大後送出同相和反相推輓輸出，使之在高頻變壓初級線圈A和B兩點得到是交流的正弦波，由此在正弦波的整個周期內，電壓是隨時間而變化，這樣磁鐵的磁通就不容易發生磁飽和現象，傳輸效率大為提高，適合做成集成電路；並且會自動產生死區(dead time)時間，這樣可保證雙極型電晶體T1和T2工作在良好的開關狀態，不可能發生「共通」現象；而且半橋振蕩電路做成的振蕩電路，頻率調節穩定，雙極型電晶體T1和T2的溫升指標很好。
通過以下對本實用新型可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器及其激勵方法的一實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本實用新型的目的、具體結構特徵和優點。其中，附圖為圖1是依據本發明提出的可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器電路框圖；圖2是本發明中半橋振蕩器的波形圖；圖3是本發明中半橋振蕩器開關狀態的波形圖；具體實施方式
請參見圖1所示，這是本發明可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器電路框圖。本發明可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器電路由一壓控振蕩10、一波形變換模塊20、一緩衝放大模塊30、一高頻變壓器40、一半橋振蕩器電路50五部分組成。其中，壓控振蕩10，它是一個受電壓控制的頻率發生器，提供工作過程中所需的各種頻率的振蕩信號；波形變換模塊20，該波形變換模塊20用於將壓控振蕩模塊10即頻率發生器所產生的振蕩信號轉換成正弦波信號；一緩衝放大模塊30，該緩衝放大模塊30接收波形變換20送出的正弦波信號，並將正弦波信號緩衝放大後送出同相和反相推輓輸出，在A和B兩點得到是交流的正弦波，本實施例中，緩衝放大模塊30中設置一反相驅動器31和一同相驅動器32，該反相驅動器31接收波形變換模塊20送出的正弦波信號後進行反相放大後輸出；該同相驅動器32接收波形變換模塊20送出的正弦波信號後進行同相放大後輸出；高頻變壓器40，用於提供工作過程中所需的電壓，它的初級線圈與緩衝放大模塊30反相驅動器31和同相驅動器32A和B兩輸出端連接，次級兩線圈的與半橋振蕩器電路50雙極型兩電晶體連接；半橋振蕩器電路50，它由雙極型電晶體構成，用於產生可變化的振蕩頻率；雙極型兩電晶體T1和T2的基極和發射極分別與次級兩線圈的四端連接。
請結合圖1參見圖2所示，圖2是本發明中半橋振蕩器的波形圖。半橋振蕩器從一般的傳統意義上來說，只要在高頻變壓器線圈L的初級兩端加上一個交流脈衝波形，在這個交流脈衝中間插了一段死區(dead time)，其作用是讓上橋臂(high side)和下橋臂(low side)輪流導通的間隙有一段T1和T2同時不導通的時間，這樣可以保證T1和T2沒有「共通」的現象。圖2的波形就是描述了這種過程。圖2中的初級激勵信號經偶合在高頻變壓器線圈L的兩個次級線圈產生兩個反相的脈衝信號，這兩個信號分別送入T1和T2的基極，T1、T2開始輪流工作，電路即可震蕩了。
由上可知，圖1這種電路要可靠地工作必須滿足以下2個基本條件1.由於雙極型兩電晶體T1和T2是電流型的雙極性電晶體，故必須要有足夠的基極注入電流；2.雙極型電晶體T1和T2的激勵波形要有合適的「死區」時間。
目前圖2這種波形只是一種理想情況，電路的實際工作情況並非如此簡單，原因有兩點
1.推輓輸出驅動的L不是一個純電阻負載，而是一個電抗感性負載，這樣在磁環L1的初級和次級的電壓會產生相位差，正是由於這個相位差，即使送到高頻變壓器初級的脈衝已經設計了死區(dead time)，但傳到次級的波形已嚴重失真，這種失真會使死區時間不復存在，這種情況肯定會導致T1和T2有共通過程，功率管T1和T2很容易燒毀，電路的可靠性極差。
2.若用脈衝信號加在L1兩端，由於脈衝的平坦部分這段波形的dV/dT＝0，也就是說在這段時間裡電壓不隨時間而變化，這種狀態很容易使磁鐵進入磁飽和態，一旦磁飽和，那麼在高頻變壓器的次級就無法獲得能量，驅動器的輸出能量就不能提供給電晶體T1和T2，電路就無法工作。當然，也可以增大高頻鐵芯的面積和增加緩衝放大的輸出功率來克服這個問題，但這樣會增大變壓器的體積和整個電路的功耗，這從價格和體積的角度考慮都是不可取的。
因此，為了滿足以上兩個基本條件，就應將加載在L初級上的信號波形加以改造，因此，一種用於上述可變頻驅動由雙極型電晶體構成的半橋振蕩器的激勵方法，包括以下步驟第一，先由該壓控振蕩模塊10產生高頻諧波，以提供工作過程中所需的各種頻率的振蕩信號，送入波形變換模塊20；第二，波形變換模塊20將所接收到的高頻諧波進行波形變換，形成正弦波後送入緩衝放大模塊30；第三，緩衝放大模塊30中的兩驅動器同時工作，其中，反相驅動器31接收波形變換模塊20送出的正弦波信號後進行緩衝反相放大後輸出；同相驅動器32接收波形變換模塊20送出的正弦波信號後進行緩衝同相放大後輸出；使之高頻變壓器初級線圈A和B兩點得到交流的正弦波。
採用正弦波可以有以下幾個好處(請結合圖1和圖2參見圖3所示)1.在正弦波的整個周期內，其dV/dT只有一點為0，其電壓是隨時間而變化，這樣磁鐵的磁通就不容易發生磁飽和現象，傳輸效率大為提高。用一個很小的磁環作高頻變壓器，緩衝驅動器的輸出能量很容易傳到高頻變壓器的次級，這對緩衝驅動器的的驅動要求就大大降低，很適合做成集成電路。
2.從頻譜的角度來講，單一頻率的正弦波經過變壓器，不考慮其他的因素，其失真是很小的。
3.由於次級迴路最終是驅動一個雙極性電晶體的eb結，會有一個大約0.7V左右的嵌位作用，由於是正弦輸入，對應於被嵌位在0.7V電壓的時間佔整個正弦信號周期的比率不會達到50％，也就是說這種方式會自動產生死區(deadtime)時間，這樣可保證T1和T2工作在良好的開關狀態，不可能發生「共通」現象。
綜上所述，本發明可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器及其激勵方法，用該方法製作的電路功耗小，雙極型電晶體T1和T2的溫升指標很好；其振蕩電路頻率調節穩定；最易製成電子整流器及開關電源用的專用集成電路；本發明能廣泛適用於與螢光燈、高強度放電燈、節能燈、金屬滷化物燈、高/低壓鈉燈、汞燈等配套使用的各種電子鎮流器產品以及開關電源中。
權利要求
1.一種可變頻驅動由雙極型電晶體構成的半橋振蕩器，包括一壓控振蕩模塊(10)，該壓控振蕩模塊(10)是一個受電壓控制的頻率發生器，它提供工作過程中所需的各種頻率的振蕩信號；一高頻變壓器(40)，提供工作過程中所需的電壓；一半橋振蕩器電路(50)，它由雙極型電晶體構成，用於產生可變化的振蕩頻率；其特徵在於還包括一波形變換模塊(20)，該波形變換模塊(20)用於將壓控振蕩模塊(10)即頻率發生器所產生的振蕩信號轉換成正弦波信號；一緩衝放大模塊(30)，該緩衝放大模塊(30)接收波形變換(20)送出的正弦波信號，並將正弦波信號緩衝放大後送出同相和反相推輓輸出，在A和B兩點得到是交流的正弦波。
2.如權利要求1所述的可變頻驅動由雙極型電晶體構成的半橋振蕩器，其特徵在於所述的緩衝放大模塊(30)中設置有兩放大驅動器，一反相驅動器(31)，該反相驅動器(31)接收波形變換模塊(20)送出的正弦波信號後進行反相放大後輸出；一同相驅動器(32)，該同相驅動器(32)接收波形變換模塊(20)送出的正弦波信號後進行同相放大後輸出。
3.一種用於上述可變頻驅動由雙極型電晶體構成的半橋振蕩器的激勵方法，其特徵在於包括以下步驟步驟一，先由該壓控振蕩模塊(10)產生高頻諧波，以提供工作過程中所需的各種頻率的振蕩信號，送入波形變換模塊20；步驟二，波形變換模塊(20)將所接收到的高頻諧波進行波形變換，形成正弦波後送入緩衝放大模塊(30)；步驟三，緩衝放大模塊(30)中的兩驅動器同時工作，其中，反相驅動器(31)接收波形變換模塊(20)送出的正弦波信號後進行緩衝反相放大後輸出；同相驅動器(32)接收波形變換模塊(20)送出的正弦波信號後進行緩衝同相放大後輸出；使之高頻變壓器初級線圈A和B兩點得到交流的正弦波。
全文摘要
本發明涉及一種可變頻驅動雙極型電晶體構成的半橋振蕩器及其激勵方法，其中，振蕩器包括提供振蕩信號的壓控振蕩模塊、提供工作電壓的高頻變壓器、頻率可變化的半橋振蕩器電路；其特點是還包括波形變換模塊，用於將壓控振蕩模塊的振蕩信號轉換成正弦波信號；緩衝放大模塊，它將正弦波信號緩衝放大後送出同相和反相推輓輸出；激勵方法包括以下步驟由壓控振蕩模塊產生的高頻諧波送入波形變換模塊；波形變換模塊將高頻諧波變換成正弦波後送入緩衝放大模塊；緩衝放大模塊將正弦波信號緩衝放大後送出同相和反相推輓輸出，並在高頻變壓器初級線圈得到交流的正弦波。由此不僅能驅動振蕩電路，並且電路功耗小性能穩定，並能容易製成專用集成電路。
文檔編號H05B41/282GK1486126SQ0213728
公開日2004年3月31日 申請日期2002年9月29日 優先權日2002年9月29日
發明者王小明, 孟豪 申請人:上海貝嶺股份有限公司