CN1337773A - 自激式直流－直流变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自激式升压直流－直流变换器,具有一个由电感L1、晶体管Q1、二极管D1和电容C1构成的升压型直流－直流变换器主电路,以及一个集电极和发射极分别连接至晶体管Q1的基极和发射极的晶体管Q2,用以产生自激振荡。它不需要反馈绕组,减少了元器件。由于晶体管Q2同时还起到分流晶体管Q1的基极电流的作用,因此,晶体管Q2不会承受过大的电压,可以选用低损耗的晶体管,有利于减少产品体积。

Description

自激式直流-直流变换器
本发明涉及一种自激式直流-直流变换器。
直流-直流变换器及电源装置通常采用专用集成控制芯片来控制直流-直流变换器以实现输入输出的电压转换。图1所示为一种采用专用集成控制芯片的直流-直流变换器的电路实现方案，电路采用专用的集成控制芯片UC3842来控制一个直流-直流变换器将输入电压Uin转换成所需要的输出电压Uo。这一类方案由于采用了专用的集成控制芯片，因此成本较高；而且专用的集成控制芯片的输入工作电压范围较窄，不能适应输入电压小于5V的工作场合。
为此，中国专利99108088.2公开了一种自激式直流-直流变换器。该自激式直流-直流变换器由PNP型晶体管Q1、初级绕组L1、二极管D1和电容器C2组成一个降压型直流-直流变换器，反馈绕组L2通过电容器C1和电阻R3连接在晶体管Q1的基极和发射极之间，晶体管Q2的发射极、集电极分别连接晶体管Q1的发射极和基极，分流晶体管Q1基极电流的一部分，晶体管Q2根据输出电压通过改变分流量来控制晶体管Q1的导通和截止。
该自激式直流-直流变换器及电源装置不需采用专用的集成控制芯片，成本较低，并且能适应输入电压小于5V的工作场合，可以解决上述方案的缺点。但是，它还有如下不足之处：
1)电路必需一个反馈绕组以使电路起振，电路元件较多，不利于减小产品体积；
2)电路必须使用PNP型晶体管来实现。
3)电路只能实现自激式降压型直流-直流变换器，不能实现自激式升压型直流-直流变换器。
本发明鉴于上述问题，目的在于提供一种升压型自激式直流-直流变换器，旨在减少元件使用数量，降低制造成本，减小产品体积。
本发明的另一个目的是要提供一种改进的升压型自激式直流-直流变换器，旨在减小整个装置的通态损耗和开关损耗，进一步提高效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：自激式直流-直流变换器，其特征在于输入端正极通过电感L1连接至晶体管Q1的集电极和二极管D1的阳极，电容C1一端连接至二极管D1的阴极，另一端连接至输出端的负极，输入端与输出端的负极直接相连；晶体管Q1的基极通过电阻R1连接至输入端的正极，晶体管Q1的发射极连接至输入端负极；晶体管Q2的集电极和发射极分别连接至晶体管Q1的基极和发射极，晶体管Q2的基极通过电阻R2连接至晶体管Q1的集电极。
本发明的另一个目的是这样实现的：在上述自激式直流-直流变换器电路的输出端还设有由功放电路驱动的升压型直流-直流变换电路。
本发明电路不需要反馈绕组，只需一个型晶体管Q2即可实现电路的自激式振荡。利用型晶体管Q1从饱和状态进入非饱和状态时集射极电压Vcel的变化，导致晶体管Q2的导通，形成正反馈，从而使晶体管Q1关断，产生自激振荡。由于减少了元器件，可降低制造成本，并使体积小型化。
晶体管Q2连接在晶体管Q1的基极和发射极之间起分流晶体管Q1的基极电流的作用，因此，晶体管Q2不会承受过大的电压，可以选用低损耗的晶体管，有利于减小自激式直流-直流变换器的体积。
本发明升压型直流-直流变换器，能得到高于输入电压的输出电压。可以在输入电压小于5V的情况正常工作。
本发明晶体管Q1和Q2采用NPN晶体管为理想实施方式。
由于通过控制晶体管Q2的基极电流可以影响晶体管Q1的基极电流，当输入电压或负载变化时，有可能导致输出电压不稳定，在输出端正极与晶体管Q2的基极之间加设一稳压支路，就可以使输出电压保持恒定。
本发明功率放大电路由NPN型晶体管Q3、电阻R4、R5和电容C2组成，升压型直流-直流变换器由大功率晶体管Q4、电感L2、二极管D2和电容C3组成。功率放大电路的目的是将晶体管Q1集射极的电压Vcel脉冲信号功率放大，来推动大功率晶体管Q4，电阻R4和电容C2对脉冲信号起到整形作用。大功率晶体管Q4优选功率场效应晶体管，可以减小整个电源装置的通态损耗和开关损耗，故可以得到效率更高的自激式直流-直流变换器电源装置，而且可以在输入电压低于5V的情况下工作。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
图1、图2为现有技术的电路图。
图3为本发明实施例的电路图。
图4为上述实施例的主要电路波形。
图5为本发明的另一种实施方式。
图3所示实施例提供了一种不采用反馈绕组的自激式直流-直流变换器，电路采用NPN型晶体管实现自激式升压型直流-直流变换器。电路主要由NPN型晶体管Q1、电感L1、二极管D1和电容C1组成一个升压型直流-直流变换器：电感L1一端连接至输入端的正极，另一端连接至NPN型晶体管Q1的集电极和二极管D1的阳极，电容C1一端连接至二极管D1的阴极，另一端连接至输出端的负极，晶体管Q1的基极通过电阻R1连接至输入端的正极，晶体管Q1的发射极连接至输入端负极，输入端与输出端的负极直接相连，NPN型晶体管Q2的集电极和发射极分别连接至晶体管Q1的基极和发射极之间，晶体管Q2的基极通过电阻R2连接至晶体管Q1的集电极。稳压支路由稳压管Z1和电阻R3串联构成，稳压管Z1的阴极直接连接至输出端的正极，其阳极通过电阻R3连接至晶体管Q2的基极。
图4所示为上述实施例的自激式直流-直流变换器的主要电路波形，其工作原理解释如下：
(1)T0～T1期间：
   电阻R1给晶体管Q1提供基极电流IB1，晶体管Q1饱和导通，晶体管
   Q1的集电极和发射极间的电压Vcel约等于0.3V，晶体管Q2和二极管
   D1处于截止状态，输入电源Vin、电感L1和晶体管Q1形成回路，电
   感L1的电流iL1线性上升，电感L1存储能量。
(2)T1～T2期间：
   当电感L1的电流iL1上升到βIB1时，晶体管Q1开始退出饱和导通状
   态，进入非饱和导通状态，晶体管Q1集射极间的电压Vcel开始上升，
   由于晶体管Q2的基极通过电阻R2连接至晶体管Q1的集电极，故当
   Vcel的上升到门槛电压VT时将使晶体管Q2开始导通，使得晶体管Q1
   的基极电流IB1减小，而基极电流IB1的减小将进一步使晶体管Q1的
   集射极间电压Vcel加速上升，使得晶体管Q2的基极电流进一步增加，
   从而晶体管Q2的集电极电流增加，进一步减小晶体管Q1的基极电
   流IB1，从而形成正反馈，最后使晶体管Q1关断处于截止状态。电感L1
   的电流由晶体管Q1转移到二极管D1，输入电压Vin、电感L1、二极
   管D1、电容C1和输出端负载形成回路，电感L1存储的能量开始向
   负载端释放，电感电流iL1开始减小。在电感电流iL1减小至零(即
   T1～T2)期间，二极管D1保持导通，晶体管Q2保持导通，而晶体管
   Q1保持关断。
(3)T2～T3期间：
当t＝T2时，电感L1的电流iL1减小到零，二极管D1截止，晶体管Q2
恢复关断，晶体管Q1又开始恢复饱和导通，电路开始下一个振荡周
期。
图5所示为本发明的另一种实施方式。虚线框内的电路结构与前一实施例的电路结构一样，故对同一构成元件标注同一符号，省略其说明。
晶体管Q1集射极的电压Vcel为一脉冲信号，通过由NPN型晶体管Q3、电阻R4、R5和电容C2组成的功率放大电路来驱动功率场效应晶体管Q4，推动由功率场效应晶体管Q4、电感L2、二极管D2和电容C3组成的升压型直流-直流变换器，得到一个大于输入电压Vin的输出电压Vo。其中由NPN型晶体管Q3、电阻R4、R5和电容C2组成的功率放大电路目的是将晶体管Q1集射极的电压Vcel脉冲信号功率放大，来推动功率场效应晶体管Q4，电阻R4和电容C2对脉冲信号起到整形作用。输出电压的稳压功能通过稳压管Z1和电阻R3实现，其工作原理与前一实施例中的稳压管Z1和电阻R3同样。
本发明公开的自激式直流-直流变换器可用于升压型直流-直流变换器电源装置、电池充电器和自激式驱动器等应用场合。

Claims (4)

1、自激式直流-直流变换器，其特征在于输入端正极通过电感L1连接至晶体管Q1的集电极和二极管D1的阳极，电容C1一端连接至二极管D1的阴极，另一端连接至输出端的负极，输入端与输出端的负极直接相连；晶体管Q1的基极通过电阻R1连接至输入端的正极，晶体管Q1的发射极连接至输入端负极；晶体管Q2的集电极和发射极分别连接至晶体管Q1的基极和发射极，晶体管Q2的基极通过电阻R2连接至晶体管Q1的集电极。
2、如权利要求1所述的自激式直流-直流变换器，其特征在于的所述的晶体管为NPN型晶体管。
3、如权利要求2所述的自激式直流-直流变换器，其特征在于的所述的输出端正极与晶体管Q2的基极之间还设有一稳压支路。
4、如权利要求3所述的自激式直流-直流变换器，其特征在于还设有由功放电路驱动的升压型直流-直流变换电路。
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