專利名稱：主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自激式直流-直流(DC-DC)變換器，應(yīng)用于開關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源、高亮度LED驅(qū)動電路等，尤其是一種自激式Boost變換器。
背景技術(shù)：
與線性(穩(wěn)壓或穩(wěn)流)調(diào)節(jié)器和他激式DC-DC變換器相比，自激式DC-DC變換器具有性價比高的顯著優(yōu)點(diǎn)。圖I給出的是ー種電路結(jié)構(gòu)簡單、元器件數(shù)目少的BJT(雙極型晶體管)型自激式Boost變換器，包括由輸入電容Ci、電感L、NPN型BJT管Ql、ニ極管D和輸出電容Co組成的Boost變換器的主回路，輸入電容Ci與直流電壓源Vi并聯(lián)，輸出電容Co兩端電壓為直流輸出電壓Vo，負(fù)載Ro與輸出電容Co并聯(lián)，直流電壓源Vi的負(fù)端與直流輸出電壓Vo的負(fù)端以及NPN型BJT管Ql的發(fā)射極相連，直流電壓源Vi的正端與電感L的一端相連，電感L的另一端與NPN型BJT管Ql的集電極以及ニ極管D的陽極相連，ニ極管D的陰極與輸出電壓Vo的正端相連。圖I所示的BJT型自激式Boost變換器還包括主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元，所述主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl和NPN型BJT管Q2組成，所述NPN型BJT管Q2的集電極和發(fā)射極分別與NPN型BJT管Ql的基極和發(fā)射極相連，NPN型BJT管Ql的基極還通過電阻Rl接于直流電壓源Vi的正端，電阻R2和電容Cl組成并聯(lián)支路，所述并聯(lián)支路的一端與NPN型BJT管Ql的集電極相連，所述并聯(lián)支路的另一端與NPN型BJT管Q2的基極以及電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端與NPN型BJT管Q2的發(fā)射極以及直流電壓源Vi的負(fù)端相連。圖I所示的BJT型自激式Boost變換器還包括電壓反饋支路，所述電壓反饋支路由電阻R4、穩(wěn)壓管Zl和NPN型BJT管Q3組成，所述穩(wěn)壓管Zl的陰極與輸出電壓Vo的正端相連，穩(wěn)壓管Zl的陽極與電阻R4的一端以及NPN型BJT管Q3的基極相連，NPN型BJT管Q3的集電極和發(fā)射極分別與NPN型BJT管Ql的基極和發(fā)射極相連，電阻R4的另一端接于直流電壓源Vi的負(fù)端。該電路的不足之處在于由驅(qū)動電阻R1、NPN型 BJT管Q2、電阻R2、電阻R3和電容Cl組成的主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元，當(dāng)主開關(guān)管Ql關(guān)斷時仍有較大電流流過驅(qū)動電阻R1，導(dǎo)致Ql的驅(qū)動損耗較大，從而影響電路的效率，尤其是電路的輕載效率。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有的BJT型自激式Boost變換器主開關(guān)管驅(qū)動損耗較大的不足，本發(fā)明提供一種主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器包括由輸入電容Ci、電感L、NPN型BJT管Ql、ニ極管D和電容Co組成的Boost變換器的主回路，輸入電容Ci與直流電壓源Vi并聯(lián)，輸出電容Co兩端電壓為直流輸出電壓Vo，負(fù)載Ro與輸出電容Co并聯(lián)，直流電壓源Vi的負(fù)端與直流輸出電壓Vo的負(fù)端以及NPN型BJT管Ql的發(fā)射極相連，直流電壓源Vi的正端與電感L的一端相連，電感L的另一端與NPN型BJT管Ql的集電極以及ニ極管D的陽極相連，ニ極管D的陰極與輸出電壓Vo的正端相連；所述主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器還包括主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元，所述主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元由電阻R1、電阻R2、穩(wěn)壓管Zl和PNP型BJT管Q2組成，所述PNP型BJT管Q2的發(fā)射極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端與電感L的一端以及直流電壓源Vi的正端相連，PNP型BJT管Q2的基極與穩(wěn)壓管Zl的陽極以及電阻R2的一端相連，穩(wěn)壓管Zl的陰極與電感L的另一端以及ニ極管D的陽極相連，電阻R2的另一端與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，PNP型BJT管Q2的集電極與NPN型BJT管Ql的基極相連。為提高電路的動態(tài)性能，可在直流電壓源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基極之間并聯(lián)電容Cl。進(jìn)ー步，作為優(yōu)選的一種方案所述主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器還包括電壓反饋支路，所述電壓反饋支路由電阻R3、電阻R4和NPN型BJT管Q3組成，所述NPN型BJT管Q3的集電極與PNP型BJT管Q2的集電極以及NPN型BJT管Ql的基極相連，NPN型BJT管Q3的發(fā)射極與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，NPN型BJT管Q3的基極與電阻R3的一端以及電阻R4的一端相連，電阻R3的另一端與ニ極管D的陰極以及直流輸出電壓Vo的正端相連，電阻R4的另一端與直流輸出電壓Vo的負(fù)端相連。為提高電路的動態(tài)性能，電阻R3兩端可并聯(lián)電容C2?！ず笳?，作為優(yōu)選的另ー種方案所述主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器還包括電流反饋支路，所述電流反饋支路由電阻R3、電阻R4、ニ極管Dl和NPN型BJT管Q3組成，所述NPN型BJT管Q3的集電極與PNP型BJT管Q2的集電極以及NPN型BJT管Ql的基極相連，NPN型BJT管Q3的發(fā)射極與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，NPN型BJT管Q3的基極與電阻R3的一端以及ニ極管Dl的陽極相連，電阻R3的另一端與直流電壓源Vi的正端以及電感L的一端相連，ニ極管Dl的陰極與電阻R4的一端以及輸出電壓Vo的負(fù)端相連，電阻R4的另一端與輸出電容Co的一端、NPN型BJT管Ql的發(fā)射極以及直流電壓源Vi的負(fù)端相連。為提高電路的動態(tài)性能，電阻R3兩端可并聯(lián)電容C2。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為在圖I所示現(xiàn)有BJT型自激式Boost變換器的基礎(chǔ)上，用損耗小的主開關(guān)管驅(qū)動單元代替原有損耗大的主開關(guān)管驅(qū)動單元(如圖2和圖3所示)。損耗小的主開關(guān)管驅(qū)動單元由電阻R1、電阻R2、PNP型BJT管Q2、穩(wěn)壓管Zl等組成。其特征如下所述PNP型BJT管Q2的發(fā)射極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端與電感L的一端以及直流電壓源Vi的正端相連，PNP型BJT管Q2的基極與穩(wěn)壓管Zl的陽極以及電阻R2的一端相連，穩(wěn)壓管Zl的陰極與電感L的另一端以及ニ極管D的陽極相連，電阻R2的另ー端與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，PNP型BJT管Q2的集電極與NPN型BJT管Ql的基極相連。為提高電路的動態(tài)性能，可在直流電壓源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基極之間并聯(lián)電容Cl。為獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓，在Boost變換器主回路的輸出端與主開關(guān)管驅(qū)動單元之間可增加一條電壓反饋支路，由NPN型BJT管Q3、電阻R3和電阻R4組成(如圖2所示)。為提聞電路的動態(tài)性能，電阻R3兩端可并聯(lián)電容C2。為獲得穩(wěn)定的直流輸出電流，在Boost變換器主回路的輸出端與主開關(guān)管驅(qū)動單元之間可增加一條電流反饋支路，由NPN型BJT管Q3、電阻R3、電阻R4和ニ極管Dl組成(如圖3所示)。為提高電路的動態(tài)性能，電阻R3兩端可并聯(lián)電容C2。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在本發(fā)明提出的BJT型自激式Boost變換器不但具有電路結(jié)構(gòu)簡單、元器件數(shù)目少的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有主開關(guān)管驅(qū)動損耗小、輕載效率高的優(yōu)點(diǎn)，非常適合小功率(數(shù)瓦級以下)升壓型的開關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源、高亮度LED驅(qū)動電路等應(yīng)用。


圖I是現(xiàn)有的ー種BJT型自激式Boost變換器的電路圖。圖2是主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器實(shí)施例I的電路圖。圖3是主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器實(shí)施例2的電路圖。
圖4是主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器實(shí)施例I在電感電流iL臨界連續(xù)工作模式下的理想波形圖。圖5是主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器實(shí)施例2在電感電流iL臨界連續(xù)工作模式下的理想波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)ー步描述。實(shí)施例I參照圖2和圖4，一種主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器包括由輸入電容Ci、電感L、NPN型BJT管Ql、ニ極管D和電容Co組成的Boost變換器的主回路，輸入電容Ci與直流電壓源Vi并聯(lián)，輸出電容Co兩端電壓為直流輸出電壓Vo，負(fù)載Ro與輸出電容Co并聯(lián)，直流電壓源Vi的負(fù)端與直流輸出電壓Vo的負(fù)端以及NPN型BJT管Ql的發(fā)射極相連，直流電壓源Vi的正端與電感L的一端相連，電感L的另一端與NPN型BJT管Ql的集電極以及ニ極管D的陽極相連，ニ極管D的陰極與輸出電壓No的正端相連。所述主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器還包括主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元，所述主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元由電阻R1、電阻R2、電容Cl、穩(wěn)壓管Zl和PNP型BJT管Q2組成，所述PNP型BJT管Q2的發(fā)射極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端與電感L的一端以及直流電壓源Vi的正端相連，PNP型BJT管Q2的基極與穩(wěn)壓管Zl的陽極以及電阻R2的一端相連，穩(wěn)壓管Zl的陰極與電感L的另一端以及ニ極管D的陽極相連，電阻R2的另一端與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，PNP型BJT管Q2的集電極與NPN型BJT管Ql的基極相連。為提高電路的動態(tài)性能，在直流電壓源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基極之間并聯(lián)電容Cl。圖2是主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器實(shí)施例I的電路圖，采用了電壓反饋支路。所述電壓反饋支路包括NPN型BJT管Q3、電阻R3、電阻R4和電容C2，所述NPN型BJT管Q3的集電極與PNP型BJT管Q2的集電極以及NPN型BJT管Ql的基極相連，NPN型BJT管Q3的發(fā)射極與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，NPN型BJT管Q3的基極與電阻R3的一端以及電阻R4的一端相連，電阻R3的另一端與ニ極管D的陰極以及直流輸出電壓Vo的正端相連，電阻R4的另一端與直流輸出電壓Vo的負(fù)端相連。為提高電路的動態(tài)性能，電阻R3兩端并聯(lián)電容C2。圖4是主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器實(shí)施例I在電感電流iL臨界連續(xù)工作模式下的理想波形圖。其電路工作原理具體如下(I)電路上電啟動階段t=t0時刻，電路上電,直流電壓源Vi (vi)從O開始上升。剛開始，Q1、Q2、Q3、D均截止，Ql的集電極電壓vcl跟隨vi變化，而直流輸出電壓Vo (vo)為O。t=tl時刻，即直流電壓源vi上升至ニ極管D的正向?qū)▔航祬迹珼導(dǎo)通，直流電壓源vi通過L和D對Co充電,直流輸出電壓vo開始上升。t=t2時亥Ij,即直流電壓源vi上升至一定值時，Q2導(dǎo)通，Zl正向?qū)?，Ql導(dǎo)通。t=t3時刻，即Ql的集電極電壓vcl上升至一定值時，Q2關(guān)斷，Zl截止，Ql關(guān)斷。Ql關(guān)斷后，Ql的集電極電壓vcl繼續(xù)上升并超過直流電壓源vi。隨后，Zl反向?qū)?，但因vcl大于vi、Q2發(fā)射極一基極導(dǎo)通壓降、Zl反向?qū)▔航等咧?，Q2和Ql仍關(guān)斷。t=t4時刻，電感 電流iL下降為0，D截止。D截止后，vcl發(fā)生跌落，Q2和Ql導(dǎo)通。Ql導(dǎo)通后，vi、L、Ql形成回路，L充電，iL增加。此時，Zl正向?qū)?。隨著iL的增加，icl和vcl也跟著增加。t=t5時刻，即vcl上升到一定值時，Q2關(guān)斷，Zl截止，Ql關(guān)斷。Ql關(guān)斷后，D導(dǎo)通，vi、L、D、Co和Ro形成回路，L放電，iL減小。此時，Zl反向?qū)?。t=t6時刻，iL又下降為0，D截止。D截止后，Ql再次導(dǎo)通，電路進(jìn)入下ー個自激工作周期。歷經(jīng)若干個周期，當(dāng)電路的輸出電壓達(dá)到設(shè)定值Vo以后，電路就完成了上電啟動過程，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作階段。(2)電路穩(wěn)態(tài)工作階段當(dāng)電路的輸出電壓達(dá)到設(shè)定值Vo以后，電路的電壓反饋支路就開始起作用。當(dāng)輸出電壓高于設(shè)定值Vo吋，Q3導(dǎo)通，導(dǎo)致Ql關(guān)斷。通過縮短Ql的導(dǎo)通時間(即t8-t7)和延長Ql的關(guān)斷時間(即t9-t8)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的降低。當(dāng)輸出電壓低于設(shè)定值Vo吋，Q3關(guān)斷，Ql的導(dǎo)通和關(guān)斷時間又恢復(fù)原樣，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的提升。由此，電路可實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)壓。實(shí)施例2參照圖3和圖5，本實(shí)施例包括由輸入電容Ci、電感L、NPN型BJT管Ql、ニ極管D和電容Co組成的Boost變換器的主回路和由電阻R1、電阻R2、電容Cl、穩(wěn)壓管Zl和PNP型BJT管Q2組成的主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元，還包括電流反饋支路。所述電流反饋支路包括電阻R3、電阻R4、電容C2、ニ極管Dl和NPN型BJT管Q3，所述NPN型BJT管Q3的集電極與PNP型BJT管Q2的集電極以及NPN型BJT管Ql的基極相連，NPN型BJT管Q3的發(fā)射極與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，NPN型BJT管Q3的基極與電阻R3的一端以及ニ極管Dl的陽極相連，電阻R3的另一端與直流電壓源Vi的正端以及電感L的一端相連，ニ極管Dl的陰極與電阻R4的一端以及輸出電壓Vo的負(fù)端相連，電阻R4的另一端與輸出電容Co的一端、NPN型BJT管Ql的發(fā)射極以及直流電壓源Vi的負(fù)端相連。為提高電路的動態(tài)性能，電阻R3兩端并聯(lián)電容C2。本實(shí)施例的其他電路結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同。圖5是主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器實(shí)施例2在電感電流iL臨界連續(xù)工作模式下的理想波形圖。其電路工作原理具體如下(I)電路上電啟動階段與實(shí)施例I相同，歷經(jīng)若干個周期，當(dāng)電路的輸出電流達(dá)到設(shè)定值Io以后，電路就完成了上電啟動過程，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作階段。(2)電路穩(wěn)態(tài)工作階段當(dāng)電路的輸出電流達(dá)到設(shè)定值Io以后，電路的電流反饋支路就開始起作用。當(dāng)輸出電流高于設(shè)定值Io吋，Q3導(dǎo)通，導(dǎo)致Ql關(guān)斷。通過縮短Ql的導(dǎo)通時間(即t8-t7)和延長Ql的關(guān)斷時間(即t9-t8)，實(shí)現(xiàn)輸出電流的降低。當(dāng)輸出電流低于設(shè)定值Io吋，Q3關(guān)斷，Ql的導(dǎo)通和關(guān)斷時間又恢復(fù)原樣，實(shí)現(xiàn)輸出電流的提升。由此，電路可實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)流。
本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.一種主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器包括由輸入電容Ci、電感L、NPN型BJT管Q1、二極管D和電容Co組成的Boost變換器的主回路，輸入電容Ci與直流電壓源Vi并聯(lián)，輸出電容Co兩端電壓為直流輸出電壓No，負(fù)載Ro與輸出電容Co并聯(lián)，直流電壓源Vi的負(fù)端與直流輸出電壓Vo的負(fù)端以及NPN型BJT管Ql的發(fā)射極相連，直流電壓源Vi的正端與電感L的一端相連，電感L的另一端與NPN型BJT管Ql的集電極以及二極管D的陽極相連，二極管D的陰極與輸出電壓Vo的正端相連，其特征在于所述主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器還包括主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元，所述主開關(guān)管Ql的驅(qū)動單元由電阻R1、電阻R2、穩(wěn)壓管Zl和PNP型BJT管Q2組成，PNP型BJT管Q2的發(fā)射極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端與電感L的一端以及直流電壓源Vi的正端相連，PNP型BJT管Q2的基極與穩(wěn)壓管Zl的陽極以及電阻R2的一端相連，穩(wěn)壓管Zl的陰極與電感L的另一端以及二極管D的陽極相連，電阻R2的另一端與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，PNP型BJT管Q2的集電極與NPN型BJT管Ql的基極相連。
2.如權(quán)利要求I所述的主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器，其特征在于所述直流電壓源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基極之間并聯(lián)電容Cl。
3.如權(quán)利要求I和2之一所述的主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器，其特征在于所述自激式Boost變換器還包括電壓反饋支路，所述電壓反饋支路由電阻R3、電阻R4、NPN型BJT管Q3組成，所述NPN型BJT管Q3的集電極與PNP型BJT管Q2的集電極以及NPN型BJT管Ql的基極相連，NPN型BJT管Q3的發(fā)射極與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，NPN型BJT管Q3的基極與電阻R3的一端以及電阻R4的一端相連，電阻R3的另一端與二極管D的陰極以及直流輸出電壓Vo的正端相連，電阻R4的另一端與直流輸出電壓Vo的負(fù)端相連。
4.如權(quán)利要求3所述的主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器，其特征在于所述電阻R3兩端并聯(lián)電容C2。
5.如權(quán)利要求I和2之一所述的主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器，其特征在于所述自激式Boost變換器還包括電流反饋支路，所述電流反饋支路由電阻R3、電阻R4、二極管Dl和NPN型BJT管Q3組成，所述NPN型BJT管Q3的集電極與PNP型BJT管Q2的集電極以及NPN型BJT管Ql的基極相連，NPN型BJT管Q3的發(fā)射極與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，NPN型BJT管Q3的基極與電阻R3的一端以及二極管Dl的陽極相連，電阻R3的另一端與直流電壓源Vi的正端以及電感L的一端相連，二極管Dl的陰極與電阻R4的一端以及輸出電壓Vo的負(fù)端相連，電阻R4的另一端與輸出電容Co的一端、NPN型BJT管Ql的發(fā)射極以及直流電壓源Vi的負(fù)端相連。
6.如權(quán)利要求5所述的主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器，其特征在于所述電阻R3兩端并聯(lián)電容C2。
全文摘要
主開關(guān)管驅(qū)動損耗小的BJT型自激式Boost變換器包括由輸入電容Ci、電感L、主開關(guān)管NPN型BJT管Q1、二極管D和電容Co組成的Boost變換器的主回路，還包括主開關(guān)管Q1的驅(qū)動單元，所述主開關(guān)管Q1的驅(qū)動單元由電阻R1、電阻R2、穩(wěn)壓管Z1和PNP型BJT管Q2組成，所述PNP型BJT管Q2的發(fā)射極與電阻R1的一端相連，電阻R1的另一端與電感L的一端以及直流電壓源Vi的正端相連，PNP型BJT管Q2的基極與穩(wěn)壓管Z1的陽極以及電阻R2的一端相連，穩(wěn)壓管Z1的陰極與電感L的另一端以及二極管D的陽極相連，電阻R2的另一端與直流電壓源Vi的負(fù)端相連，PNP型BJT管Q2的集電極與NPN型BJT管Q1的基極相連。為提高電路的動態(tài)性能，可在直流電壓源Vi的正端和PNP型BJT管Q2的基極之間并聯(lián)電容C1。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，元器件數(shù)目少，主開關(guān)管驅(qū)動損耗小，輕載時電路效率高。
文檔編號H02M3/156GK102684493SQ201210157788
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者南余榮, 陳怡 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)