[发明专利]一种提高自激推挽式变换器工作效率的方法及自激推挽式变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高基于Royer电路的自激推挽式变换器工作效率的方法，还涉及一种实现上述方法的自激推挽式变换器。

背景技术

现有的自激推挽式变换器，电路结构来自1955年美国罗耶(G.H.Royer)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，也作Royer电路，这也是实现高频转换控制电路的开端。部分电路来自1957年美国查赛(Jen Sen，有的地方译作“井森”)发明的自激式推挽双变压器电路，后被称为自振荡Jensen电路或Jensen电路。这两种电路，后人统称为自激推挽式变换器。自激推挽式变换器的相关工作原理在电子工业出版社的《开关电源的原理与设计》第67页至70页有描述，该书ISBN号7-121-00211-6。电路的主要形式为上述著名的Royer电路和自振荡Jensen电路。

图1示出的为自激推挽式变换器常见应用，电路结构为Royer电路。自激推挽式变换器都要利用变压器的磁芯饱和特性进行振荡。Royer电路为单变压器直流变换器，因此磁饱和变压器即是主功率传输变压器。Jensen电路则将磁饱和变压器和主功率变压器分开，由磁饱和变压器产生开关控制信号，主功率变压器传输能量。

为了方便理解Royer电路的工作原理，特别是利用磁芯饱和特性进行振荡这一点，这里以图1为例，说明其工作原理。

电路如图1所示。接通电源瞬间，偏置电阻R1和电容C1并联回路通过线圈NP11和NP22绕组为三极管TR1和TR2的基极、发射极提供了正向偏压。两只三极管TR1和TR2开始导通。由于两个三极管特性不可能完全一样，因此，其中一只三极管会先导通。假设三极管TR2先导通，产生集电极电流IC2。其对应的线圈NP2绕组的电压为上正下负。根据同名端关系，其基极线圈NP22绕组也出现上正下负的感应电压。这个电压增大了三极管TR2的基极电流。这是一个正反馈的过程，因而很快使三极管TR2饱和导通。相应地，三极管TR1对应的线圈NP11绕组的电压为上正下负。这个电压减小了三极管TR1的基极电流，三极管TR1很快完全截止。

三极管TR2对应线圈N_P2绕组里的电流，以及这个电流产生的磁感应强度随时间而线性增加。当磁感应强度增加到接近或达到变压器T1磁芯的饱和点B_m时，线圈N_P2的电感量迅速减小。从而使三极管TR2的集电极电流急剧增加。由于集电极电流增加的速率远大于基极电流的增加，三极管TR2脱离饱和。三极管TR2的集电极到发射极的压降U_CE增大。相应地，变压器N_P2绕组上的电压就减小同一数值。线圈N_P22绕组感应的电压减小，结果使三极管TR2基极电压也降低，造成三极管TR2向截止方向变化。此时，变压器T1线圈上的电压将迅速减小并向相反方向变化，使另一只三极管TR1导通。此后，重复进行这一过程，形成推挽振荡。

Royer电路以其电路结构简单，成本低廉，在微功率电源领域有着广泛的应用。然而由于应用功率较低，控制功率比例较大；磁芯工作于磁饱和状态，变压器铁损较大等原因，实际应用中Royer电路的工作效率较低。在电子工业出版社出版的《开关电源设计》第二版第168页，最后一段最后一行提到了：由于在导通和关断时都会出现电流尖峰，所以变换器的效率低至50.6%。该书ISBN号7-121-01755-5。事实上，由于目前工业用的自激推挽式变换器大部分采用实面磁芯（即没开气隙的磁芯）变压器，像把5V变换为5V的1W产品，变换效率一般可以实现至78%左右，即便如此，这个效率在日益提倡节能的时代，也是偏低的。

目前提高Royer电路变换效率的最佳方案为申请号为201110436259.7文件中提及的自激推挽式变换器。该发明的技术方案摘录如下：本发明提供一种自激推挽式变换器，包括变压器，其特征是：所述的变压器的磁芯或铁心存在一个局部，所述的局部在相同的由小到大的磁场激励下可以比主部先达到磁饱和。较优地，所述的主部绕线圈、所述的局部不绕线圈。主部是对所述的先达到磁饱和的局部以外部分的定义。