專(zhuān)利名稱(chēng)：自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，尤指一種以單純線路構(gòu)造獲致各種保護(hù)功能的交流/交流電源轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)設(shè)備、民生用品高度電氣化的狀況下，供電問(wèn)題是一個(gè)重要的課題，其中，許多可攜式電子裝置的電源設(shè)備均使用了變壓器，該等可攜式電子裝置在體積上有力求輕薄短小的趨勢(shì)，因此，舉凡該等裝置使用的零附件亦須配合地盡量縮小其體積，然而傳統(tǒng)的線性變壓器存在體積大，重量重，效率低等諸多缺點(diǎn)，并不符合前述需求，故有待進(jìn)一步檢討，并謀求可行的解決方案。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型主要目的在提供一種可取代傳統(tǒng)線性變壓器而具有體積小、重量輕、效率高，并以最單純線路達(dá)成各項(xiàng)保護(hù)功能的自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的采取的主要技術(shù)手段是令前述電源轉(zhuǎn)換器包括一輸出變壓器，其一次側(cè)具有三組線圈N1、N3、N4，另具有一二次側(cè)線圈N2；一驅(qū)動(dòng)單元，主要由兩交替導(dǎo)通的第一/第二開(kāi)關(guān)晶體管、數(shù)個(gè)電阻R1、R2、電容C1、C2、C6等組成，其中電容C1、C2相互串接，并跨設(shè)于電源端上，另一電容C6一端連接于前述兩電容C1、C2的節(jié)點(diǎn)上，其另端則與輸出變壓器的一次側(cè)線圈N1連接；一起動(dòng)電路，由一RC電路及一觸發(fā)二極管組成，其中RC電路由輸入的直流電源充電，到達(dá)觸發(fā)二極管的門(mén)限電壓，即由觸發(fā)二極管產(chǎn)生一觸發(fā)脈沖予前述驅(qū)動(dòng)單元中的一開(kāi)關(guān)晶體管。
該輸出變壓器的第一線圈N1與第一開(kāi)關(guān)晶體管、電容C6、C1構(gòu)成回路，第二線圈N3一端與第一線圈N1的抽頭處連接，另端通過(guò)串聯(lián)的電容、電阻連接至第一開(kāi)關(guān)晶體管的基極；第三線圈N4一端通過(guò)串聯(lián)的電容C5、電阻R5連接至第二開(kāi)關(guān)晶體管的基極。
該第一/第二開(kāi)關(guān)晶體管的基極與輸出變壓器的一次側(cè)線圈之間分設(shè)有一二極管，而與其基極上的電容C4/C5、電阻R4/R5分別構(gòu)成一回充回路。
該起動(dòng)電路是令觸發(fā)二極管一端連接至電阻R3、電容C3的連接節(jié)點(diǎn)上，另端與第二開(kāi)關(guān)晶體管的基極連接。
該起動(dòng)電路進(jìn)一步以一二極管D6的一端連接至電阻R3、電容C3的連接節(jié)點(diǎn)上，另端與第一開(kāi)關(guān)晶體管射極與第二開(kāi)關(guān)晶體管集極的連接節(jié)點(diǎn)上。
該第一開(kāi)關(guān)晶體管的基/射極間設(shè)有一二極管D5，其與電阻R4、電容C4及第二線圈N3構(gòu)成回路，以作為電容C4的泄放二極管；又第二開(kāi)關(guān)晶體管的基/射極間亦設(shè)有一二極管D8，其與電阻R5、電容C5及第三線圈N4構(gòu)成回路，以作為電容C5的泄放二極管。
該驅(qū)動(dòng)單元前端進(jìn)一步連接一橋式整流器，以便將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，供后段電路使用。
該橋式整流器的前端進(jìn)一步設(shè)有一EMI濾波器。


圖1為本實(shí)用新型的電路圖。
具體實(shí)施方式
有關(guān)本實(shí)用新型的具體電路構(gòu)造，請(qǐng)參閱圖1所示，其包括一EMI濾波器(10)、一橋式整流器(20)、一驅(qū)動(dòng)單元(30)、一起動(dòng)電路(40)及一輸出變壓器(50)等；其中該驅(qū)動(dòng)單元(30)主要由兩交替導(dǎo)通的第一/第二開(kāi)關(guān)晶體管Q1、Q2、數(shù)個(gè)電阻R1、R2、電容C1、C2、C6等組成，其中電容C1、C2是相互串接，并跨設(shè)于電源端上，另一電容C6一端連接于前述兩電容C1、C2的節(jié)點(diǎn)上，其另端則與輸出變壓器(50)的一次側(cè)線圈連接；該起動(dòng)電路(40)由一RC電路(R3，C3)及一觸發(fā)二極管D7組成，其中觸發(fā)二極管一端連接至電阻R3、電容C3的連接節(jié)點(diǎn)上，另端則與第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2的基極連接；又前述電阻R3、電容C3的連接節(jié)點(diǎn)上進(jìn)一步設(shè)有一二極管D6，其另端連接至第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1射極與第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2集極上。
該輸出變壓器(50)的一次側(cè)具有數(shù)組線圈N1、N3、N4，另具有一二次側(cè)線圈N2；其中第一線圈N1與第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1、電容C6、C1構(gòu)成回路，第二線圈N3一端與第一線圈N1的抽頭處連接，另端通過(guò)串聯(lián)的電容C4、電阻R4連接至第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1的基極；第三線圈N4一端通過(guò)串聯(lián)的電容C5、電阻R5連接至第二晶體管Q2的基極。又前述第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1的基/射極間設(shè)有一二極管D5，其與電阻R4、電容C4及第二線圈N3構(gòu)成回路，以作為電容C4的泄放二極管。再者，前述第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2的基/射極間亦設(shè)有一二極管D8，其與電阻R5、電容C5及第三線圈N4構(gòu)成回路，以作為電容C5的泄放二極管。
由上述說(shuō)明可看出本實(shí)用新型的具體電路構(gòu)造，以該等電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)可通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元(30)上一電容C6的電容值，使輸出變壓器(50)在線性區(qū)時(shí)其磁通變化率即開(kāi)始變小，令其在遠(yuǎn)離飽和區(qū)發(fā)生磁場(chǎng)極性反轉(zhuǎn)，且其負(fù)載越重，磁場(chǎng)極性反轉(zhuǎn)即越偏離飽和區(qū)，以達(dá)到過(guò)載保護(hù)。除此以外，尚具有其他的保護(hù)功能，容進(jìn)一步詳述如后本實(shí)用新型的主拓樸結(jié)構(gòu)為半橋結(jié)構(gòu)，其每一周期T由t1，t2兩個(gè)半周組成。當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)晶體管Q1導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2截止時(shí)，電流由電容C1+端流經(jīng)第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1，變壓器一次線圈N1，電容C6后回到電容C1-端而形成第一個(gè)半周t1。
當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)晶體管Q1截止，第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通時(shí)，電流由電容C2+端流經(jīng)電容C6、輸出變壓器(50)一次側(cè)的第一線圈N1、第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2后回到電容C2-端，形成第二個(gè)半周t2。
由于兩個(gè)半周電流方向相反，通過(guò)輸出變壓器(50)耦合后，由輸出變壓器(50)二次側(cè)線圈N2輸出交流電。
又本實(shí)用新型采用自激驅(qū)動(dòng)，其工作方式、原理與傳統(tǒng)的半橋式轉(zhuǎn)換器具有很大的的區(qū)別，特別是保護(hù)功能可以通過(guò)主拓樸元件予以實(shí)現(xiàn)。
在自激驅(qū)動(dòng)方面，是由輸入電源對(duì)起動(dòng)電路(40)中的電容C3充電，俟其端電壓VC3被充至觸發(fā)二極管D7的門(mén)限電壓后，即產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖給驅(qū)動(dòng)單元(30)中的第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2而起動(dòng)。
而在工作原理方面，假設(shè)驅(qū)動(dòng)單元(30)中的第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)，則電流由電容C1+端經(jīng)第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1、第一線圈N1、電容C6后回到電容C1-端，由于第一線圈N1與第二線圈N3的相位關(guān)系，因此第二線圈N3所產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)樯险仑?fù)，該電動(dòng)勢(shì)并通過(guò)電容C4，電阻R4維持第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1的導(dǎo)通狀態(tài)；又第三線圈N4與第二線圈N3的相位關(guān)系相反，故此時(shí)第三線圈N4的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)樯县?fù)下正，其電動(dòng)勢(shì)通過(guò)電容C5，電阻R5維持第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2的截止。又第一線圈N1中的電流會(huì)隨導(dǎo)通時(shí)間的增加而線性增加(假設(shè)負(fù)載為阻性負(fù)載，非阻性阻性負(fù)載原理分析與此類(lèi)似)，當(dāng)輸出變壓器(50)進(jìn)入接近飽和非線性區(qū)時(shí)，第二線圈N3的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)持續(xù)下降，該電動(dòng)勢(shì)的下降將導(dǎo)致第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1阻止第一線圈N1上的電流增加，直至第一線圈N1中的電流不再增加，在此同時(shí)第二線圈N3感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反向而加速第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1截止；同時(shí)第三線圈N4因與第二線圈N3相位相反，在正反饋過(guò)程中使第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2快速導(dǎo)通，完成由上半周到下半周的轉(zhuǎn)換。同樣原理，當(dāng)輸出變壓器(50)進(jìn)入接近飽和非線性區(qū)后，將完成下半周到第二個(gè)周期的轉(zhuǎn)換，從而完成各個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)任務(wù)。
在前述驅(qū)動(dòng)單元(30)中，第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1基極上的二極管D5為泄放二極管，作為重置(RESET)的用，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)晶體管Q1截止時(shí)，第二線圈N3的電動(dòng)勢(shì)為下正上負(fù)，電流經(jīng)二極管D5，電阻R4，電容C4回到第二線圈N3，該電流將對(duì)電容C4回充因驅(qū)動(dòng)第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1導(dǎo)通時(shí)所泄放的電量，而為下一個(gè)周期的第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1導(dǎo)通作準(zhǔn)備。同樣的道理，第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2基極上的二極管D8，其配合電容C5提供相同的回充功能。
由前述驅(qū)動(dòng)單元(30)的工作原理分析可知，輸出變壓器(50)一旦接近飽和區(qū)，其磁場(chǎng)方向就會(huì)反向，藉此能有效防止其磁通的進(jìn)一步增加，使其退出接近飽和區(qū)，以有效的防止輸出變壓器(50)進(jìn)入飽和區(qū)。換言之，即表示前述的驅(qū)動(dòng)單元(30)能有效限制輸出變壓器(50)一次側(cè)N1 I1的數(shù)值(N1為輸出變壓器(50)一次側(cè)第一線圈的匝數(shù)，I1為第一線圈N1上流過(guò)電流的大小)，由于線圈N1是一個(gè)常數(shù)，即其具有防止第一/第二開(kāi)關(guān)晶體管Q1，Q2過(guò)流的功能。
假設(shè)第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1導(dǎo)通的前，因第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通而讓電容C6端電壓充電最大至VC2，則當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)晶體管Q1導(dǎo)通后，下半周時(shí)電容C6所能傳輸?shù)淖畲竽芰繛?/2 C6(VC1+VC2)2，即該線路有隨半周期限制功率的功能。實(shí)際上電容C6每個(gè)半周所能傳輸?shù)哪芰窟h(yuǎn)小于1/2 C6(VC1+VC2)2，由于隨著電容C6的端電壓升高，第一線圈N1的端電壓會(huì)以相同的大小下降，因此，只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)定電容C6的容值大小，即可令一次側(cè)線圈N1的dI1/dt在輸出變壓器(50)磁通變化率尚在線性區(qū)時(shí)即開(kāi)始減小，以便使輸出變壓器(50)在遠(yuǎn)離飽和區(qū)處發(fā)生磁場(chǎng)極性的翻轉(zhuǎn)，且過(guò)載越重，其磁場(chǎng)極性的翻轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)就離飽和區(qū)越遠(yuǎn)，從而可提高該線路工作的安全性。
而過(guò)載的極端情況即為短路，當(dāng)短路時(shí)，電容C6的端電壓將會(huì)充至最高，輸出變壓器(50)將在離飽和區(qū)最遠(yuǎn)處翻轉(zhuǎn)。假設(shè)短路時(shí)，第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通，第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1截止，則電容C6充電，當(dāng)該半周結(jié)束后，電容C6的端電壓VC6將會(huì)達(dá)到最高，下半周開(kāi)始時(shí)輸出變壓器(50)的第一線圈N1端電壓VC6+VC1為最大，由VC6+VC1＝L1dI1/dt可知第一線圈N1上的電流上升速度很快，可在很短的時(shí)間內(nèi)就讓輸出變壓器(50)因進(jìn)入接近飽和非線性區(qū)而翻轉(zhuǎn)，意即第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2只導(dǎo)通了一個(gè)很窄的脈沖。由此可見(jiàn)，只要適當(dāng)設(shè)計(jì)輸出變壓器(50)第一線圈N1的匝數(shù)，即可令電容C6的端電壓在短路時(shí)無(wú)法重置，而使該線路停止振蕩，達(dá)到短路保護(hù)的目的。
由于前述轉(zhuǎn)換器中存在起動(dòng)電路(40)，如果在正常工作時(shí)不消除其影響，可能造成第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2導(dǎo)通脈寬始終大于第一開(kāi)關(guān)晶體管Q1的導(dǎo)通脈寬。由于RC時(shí)間常數(shù)很大，而正常工作時(shí)第一開(kāi)關(guān)晶體管Q2開(kāi)關(guān)周期與R3，C3時(shí)間常數(shù)相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)(magnitude)，因此二極管D6利用第二開(kāi)關(guān)晶體管Q2的導(dǎo)通，即可將電容C3的端電壓箝位在0V左右，使起動(dòng)電路(40)在正常工作時(shí)失去作用，以解決驅(qū)動(dòng)不平衡的問(wèn)題。
由上述可知，本實(shí)用新型采自激驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)作，可有效簡(jiǎn)化線路構(gòu)造，以滿(mǎn)足體積小、重量輕的需求，另在效率上亦可大幅增進(jìn)，主要是通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)單元上一電容C6的電容值，可使輸出變壓器在線性區(qū)時(shí)其磁通變化率即開(kāi)始變小，而在遠(yuǎn)離飽和區(qū)發(fā)生磁場(chǎng)極性反轉(zhuǎn)，以此當(dāng)負(fù)載越重，磁場(chǎng)極性反轉(zhuǎn)即越偏離飽和區(qū)，而達(dá)到過(guò)載保護(hù)的目的。又在應(yīng)用范圍方面，主要可用以替代傳統(tǒng)的線性變壓器，且其具備傳統(tǒng)線性變壓器不具有的保護(hù)功能，故可具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，以取代大部份傳統(tǒng)變壓器，其主要用途如下列1.取代傳統(tǒng)線性變壓器輸出整流作為AC-DC電源。
2.直接驅(qū)動(dòng)阻性負(fù)載如低壓電熱器、鹵素?zé)舻取?br> 3.直接帶動(dòng)需限流的負(fù)載，如氣體類(lèi)燈具等。
綜上所述，本實(shí)用新型相較于傳統(tǒng)的線性變壓器確已具備顯著的技術(shù)特征與功效增進(jìn)，并符合實(shí)用新型專(zhuān)利要件，依法提起申請(qǐng)。
權(quán)利要求1.一種自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括一輸出變壓器，其一次側(cè)具有三組線圈N1、N3、N4，另具有一二次側(cè)線圈N2；一驅(qū)動(dòng)單元，主要由兩交替導(dǎo)通的第一/第二開(kāi)關(guān)晶體管、數(shù)個(gè)電阻R1、R2、電容C1、C2、C6組成，其中電容C1、C2相互串接，并跨設(shè)于電源端上，另一電容C6一端連接于前述兩電容C1、C2的節(jié)點(diǎn)上，其另端則與輸出變壓器的一次側(cè)線圈N1連接；一起動(dòng)電路，由一RC電路及一觸發(fā)二極管組成，其中RC電路由輸入的直流電源充電，到達(dá)觸發(fā)二極管的門(mén)限電壓，即由觸發(fā)二極管產(chǎn)生一觸發(fā)脈沖予前述驅(qū)動(dòng)單元中的一開(kāi)關(guān)晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該輸出變壓器的第一線圈N1與第一開(kāi)關(guān)晶體管、電容C6、C1構(gòu)成回路，第二線圈N3一端與第一線圈N1的抽頭處連接，另端通過(guò)串聯(lián)的電容、電阻連接至第一開(kāi)關(guān)晶體管的基極；第三線圈N4一端通過(guò)串聯(lián)的電容C5、電阻R5連接至第二開(kāi)關(guān)晶體管的基極。
3.如權(quán)利要求2所述的自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一/第二開(kāi)關(guān)晶體管的基極與輸出變壓器的一次側(cè)線圈之間分設(shè)有一二極管，而與其基極上的電容C4/C5、電阻R4/R5分別構(gòu)成一回充回路。
4.如權(quán)利要求1或3所述的自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該起動(dòng)電路令觸發(fā)二極管一端連接至電阻R3、電容C3的連接節(jié)點(diǎn)上，另端與第二開(kāi)關(guān)晶體管的基極連接。
5.如權(quán)利要求4所述的自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該起動(dòng)電路進(jìn)一步以一二極管D6的一端連接至電阻R3、電容C3的連接節(jié)點(diǎn)上，另端與第一開(kāi)關(guān)晶體管射極與第二開(kāi)關(guān)晶體管集極的連接節(jié)點(diǎn)上。
6.如權(quán)利要求1或3所述的自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一開(kāi)關(guān)晶體管的基/射極間設(shè)有一二極管D5，其與電阻R4、電容C4及第二線圈N3構(gòu)成回路，以作為電容C4的泄放二極管；又第二開(kāi)關(guān)晶體管的基/射極間設(shè)有一二極管D8，其與電阻R5、電容C5及第三線圈N4構(gòu)成回路，以作為電容C5的泄放二極管。
7.如權(quán)利要求1所述的自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)單元前端進(jìn)一步連接一橋式整流器，將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，供后段電路使用。
8.如權(quán)利要求1所述的自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該橋式整流器的前端進(jìn)一步設(shè)有一EMI濾波器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是關(guān)于一種自激式交流/交流電源轉(zhuǎn)換器，主要是由一輸出變壓器與兩開(kāi)關(guān)晶體管、電阻、電容構(gòu)成一驅(qū)動(dòng)單元，并由一起動(dòng)電路控制其起動(dòng)，該起動(dòng)電路經(jīng)由輸入電源對(duì)一RC電路充電，直至到達(dá)一觸發(fā)二極管的門(mén)限電壓后產(chǎn)生一觸發(fā)信號(hào)予其中一開(kāi)關(guān)晶體管而起動(dòng)；前述電路設(shè)計(jì)可通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)單元中一電容的容值使輸出變壓器的磁通變化率在線性區(qū)時(shí)即變小，使其在遠(yuǎn)離飽和區(qū)發(fā)生磁場(chǎng)極性反轉(zhuǎn)，且其負(fù)載越重，磁場(chǎng)極性反轉(zhuǎn)即越偏離飽和區(qū)，以由電路本身提供過(guò)載保護(hù)。
文檔編號(hào)H02M5/02GK2704964SQ200420006478
公開(kāi)日2005年6月15日 申請(qǐng)日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者鄭行道 申請(qǐng)人:帝聞企業(yè)股份有限公司