CN1022153C - 推挽式逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用作为冷阴极放电管和热阴极放电管等的驱动器的推挽式逆变器。本发明中，设有连接推挽式逆变器的第1开关元件与第2开关元件的控制极的电容器，同时，作为负载电流流回该电容器的电路连接，构造成使第1、第2开关元件交替工作。因而，在升压变压器中也可不设反馈用的线圈，另外，能够省略与该变压器一次线圈并联的共振用的电容器。

Description

本发明涉及用作为冷阴极放电管和热阴极放电管等的驱动器的推挽式逆变器。

图8示出构成荧光管11的驱动器的推挽式逆变电路。

该逆变电路是由升压变压器12、起开关作用的晶体管13、14、共振电路用的电容器15、扼流圈16等构成的推挽式电路。

在该推挽式电路中，电源开关17一关闭，起供电开关作用的晶体管18即导通，直流电力即从直流电源19输出。

这样，基极电流分别通过电阻20、21流入晶体管13、14。因此，这两个晶体管13、14一起朝导通方向变化，由于晶体管特性或电路结构不同，总有一个晶体管更快进入导通状态，故该晶体管就先导通。

例如，在晶体管13先导通的情况下，直流电源19送出的电流通过扼流圈16流入变压器12的一次线圈12p（一侧的一次线圈12P），在该一次线圈12P上产生图中实线所指方向的电压，晶体管13的集电极电位变得低于晶体管14的集电极电位。

另外，在三次线圈12F上产生图中实线所示方向的电压，从而在晶体管13的基极加上正反馈，集电极电流急剧增大。这时，在二次线圈12S上产生图中实线所示方向的感应电压，使荧光管11开始发亮。由于晶体管13的电流增大到由基极电流和放大率决定的饱和点时被限制住，故随着该电流增值的变小，在变压器12的一次线圈12P上产生图中虚线所指方向的电压，晶体管13从导通变成关断，晶体管14从关断变得导通。

由于晶体管14导通而在三次线圈12F下产生的图中虚线方向的电压给晶体管14的基极加上正反馈，由于该晶体管14的电流增大，在二次线圈12S上产生图中虚线方向的感应电压，使荧光管11继续发亮。

此后，晶体管13、14同样地反复交替导通，使二次线圈12S上产生高的交流电压。

另外，变压器12的一次线圈12P与电容器15一起形成共振电路，由于该共振电路的共振电压，二次线圈12S的输出电压和输出电流成为图9中所示的交流电压V₉和交流电流I₉，并且，加在荧光管11上的负载电压V₂₀与负载电流I₁₀成为图10所示那样。

此外，图8所示标号22是稳定电源电压用的电容器，23是用于稳定工作的电容器。

在构成上述逆变电路时，必须在变压器12中设置反馈用的三次线圈12F。

因此，增加了卷绕三次线圈12F和将该线圈端部焊到接线柱上等等工序，在提高变压器生产率方面不一定令人满意。

再有，因为上述变压器12是小形的，如果设置上述那样的三次线圈12F的话，就需要该线圈的接线柱，因而，变压器12的小形化就成问题了。

具体地说，在上述变压器12中，需要三个一次线圈12P的接线柱、两个二次线圈12S的接线柱、两个三次线圈12F的接线柱，共计为7个接线柱。

并且，由于二次线圈12S高压一侧的接线柱与其他接线柱隔开的缘故，要将该高压接线柱固定在卷绕线圈的线圈管架（在卷线部分两侧有凸缘的线圈管架）一端的凸缘上，其他接线柱固定在另一端的凸缘上。就是说，在线圈架另一端的凸缘上不得不隔开适当间距固定6个接线柱，其结果是线圈管架变大，变压器的小形化变得困 难。

再有，在图8中，连接二次线圈12S卷绕开始一端的接线柱为高压侧。

另一方面，在上述逆变电路中，必须在变压器12的一次线圈12P上设置用于共振电路的电容器15。因此，由于在共振电路中有共振电流流动，来自直流电源19的输入电流增大的同时，变压器12产生的热量也变多。这个发热问题对变压器形状的影响是越小形化越大。

本发明考虑到上述情况，目的在于做出能省略反馈用的三次线圈，并且开发出采用根据需要能省略共振电路用的电容器的推挽式电路的逆变器。

上述目的通过构成具有下列特征的推挽式逆变器而实现。该推挽式逆变器具有升压变压器和装有控制极的第1、第2开关元件，升压变压器具备有中间抽头的一次线圈和连接负载的二次线圈，第1、第2开关元件交替切断和接通在中间抽头一侧的一次线圈部分中和在另一侧的一次线圈部分中流动的电流，在该推挽式逆变器中，设置电容器，连接第1开关元件的控制极和第2开关元件的控制极，同时构成使第1、第2开关元件交替工作的正反馈电路，作为负载电流回入该电容器的电路连接。

上述逆变器中，负载中流动的交流电流流入第1、第2开关元件的控制极，这些开关元件受到负载电流的正反馈作用，交替地工作。

由于这种开关动作，在中间抽头一侧的一次线圈部分与在另一侧的一次线圈部分中交替有输入电流流动，在二次线圈上出现大致呈交流波形的输出电压。

另外，如果给变压器的一次线圈并联上电容器，则输出电压更加接近交流电压。

在上述推挽式逆变器中，因为没有必要在变压器中设置反馈用的三次线圈，所以能够提高变压器的生产率，同时，由于能省略用于该三次线圈的接线柱，因而对变压器的小形设计很有利。

再有，本发明的推挽式逆变器中，由于可以省略与变压器的一次线圈并联而形成共振电路的电容器，因而，成为变压器的发热极少、效率高的逆变器。

图1是本发明第1实施例的推挽式逆变器的电路图，图2是不设共振电路用的电容器时输出电压与输出电流的波形图，图3是不设共振电路用的电容器时荧光管上负载电压与负载电流的波形图，图4是设置共振电路用的电容器时输出电压和输出电流的波形图，图5是设置共振电路用的电容器时荧光管的负载电压和负载电流的波形图，图6是本发明第2实施例的推挽式逆变器的电路图，图7是晶体管13、14的基极-发射极间电压与发射极-集电极间电压的波形图，图8是作为已有例子示出的推挽式逆变器的电路图，图9是上述已有例子的推挽式逆变器中输出电压与输出电流的波形图，图10是上述已有例子的推挽式逆变器加在荧光管上的负载电压与负载电流的波形图。

下面，根据附图说明本发明的第1实施例。

图1所示推挽式逆变电路中，采用的升压变压器30具有由中间抽头一侧的线圈部分30P₁与另一侧的线圈部分30P₂构成的一次线圈30P₁、二次线圈30S。

该变压器30的二次线圈30S的一端（高压侧）通过电容器23连接荧光管11一侧的电极，另一端（低压侧）连接晶体管13的基极。

进而，荧光管11另一侧电极连接晶体管14的基极，再在晶体管13、14各自的基极-发射极之间连接偏置用的电容器31、32。

两条虚线示出的共振电路用的电容器33根据需要而设，因此， 没有也行。其它与图8所示已有例子结构相同，因此，相同的电路部件标以相同的标号。

上述逆变电路在电源开关17闭合后与已有例子一样地起振。

合上电源开关17后，基极电流通过电阻20、21流入晶体管13、14，两个晶体管中的一个首先导通。例如，如果晶体管13先导通，则由于一次线圈30P₁中流动的电流在变压器30的一次线圈30P上产生图中实线所示方向的电压，在二次线圈30S上产生图中实线指向的输出电压。

因此，荧光管11内流动的初期负载电流流过由二次线圈30S、晶体管13的基极-发射极、电容器32、荧光管11、电容器23组成的回路，因此，晶体管13受到正反馈作用而急剧增大集电极电流，这时，二次线圈30S如图中实线指向的输出电压增大，荧光管11开始发光。

晶体管13到达饱和点后，电流增大受到抑制，在一次线圈30P上产生图中虚线所示方向的电压，晶体管13从导通变至关断，晶体管14从关断变至导通。

结果，一次线圈30P₂中流动的电流在变压器30的一次线圈30P上产生图中虚线方向的电压，在二次线圈30S上产生图中虚线方向的输出电压。

这时，晶体管14因荧光管11内流动的初期负载电流而受到正反馈作用。因而，晶体管14的集电极电流很快增大，由于二次线圈30S上产生的图中虚线方向的输出电压，荧光管11继续发光。

另外，这时在荧光管11内流动的负载电流与前面反向流动，因此，电容器31、32被与图中所示极性反向地充电。

此后，同样因为荧光管11内流动的负载电流的正反馈作用，晶体管13、14反复交替导通，继续振荡动作。

图2示出在不设共振电路用的电容器33时变压器30的输出电 压V₂与输出电流I₂的波形图。

如图所示，与图9所示已有逆变器输出电压V₉相比，交流电压波形多少有些畸变，但是，这对于荧光管11的发光不构成为实用性的问题。

图3示出上述输出电压加在荧光管11上的负载电压V₃与负载电流I₃的波形图。

晶体管13、14由于图中所示脉冲状的负载电流I₃而受到正反馈作用。

图4示出装上共振电路用的电容器33时变压器30的输出电压V₄与输出电流I的波形图。

如图所示，电压波形得到改善，成为与图9所示已有逆变器输出电压V₉大致相同的交流电压。

图5是由于上述输出电压V₄而加在荧光管11上的负载电压V₅与负载电流I₅的波形图。

下面，将上述逆变电路的实验结果构成表1。

在该实验中，直流电源为12V，负载电压为2175V，环境温度为20℃，另外，变压器30采用的是在中间抽头一侧的一次线圈部分30P₁与另一侧的一次线圈部分30P₂分别绕25匝（φ0.16）卷线、二次线圈30S绕1500匝（φ0.04）卷线的。

表1

无电容器33    有电容器33    有反馈线圈

输入电流（A）    0.12    0.13    0.13

输出电压（V）    1500    1430    2160

输出电流（mA）    5.33    5.16    5.14

效率（%）    80.5    71.9    71.7

另外，在该实验中测定变压器30的温度的结果，证实了不设电容器33的时侯，一次线圈温度上升9.7℃，二次线圈温度上升10.1℃，与此相对，在设有电容器33时，一次线圈温度上升20.6℃，二次线圈温度上升18.4℃，在不设共振电路用的电容器33的时侯，变压器的温升大约减半。

再有，关于振荡频率，确证了在不设电容器33时为62KHz，设置时为26KHz，象已有例子那样设置反馈用的三次线圈12F时为42KHz。

另外，在实施本发明的时侯，在晶体管13、14的基极之间连接一个电容器，以代替偏置用的电容器31、32，这样构成也行。

如果去掉荧光管11，使上述逆变电路无负载地工作，则振荡变得不稳定。亦即，在去掉荧光管11的状态下，晶体管13、14上没有正常的反馈，因此，两个晶体管13、14的动作变得不稳定。这个问题由图6所示第2实施例解决。

在图6所示推挽式逆变电路中，41是连接晶体管13的基极与晶体管14的集电极的电容器，42是连接晶体管14的基极与晶体管13的集电极的电容器。

这两个电容器41、42构成辅助反馈电路。

亦即，作为第1开关元件的晶体管13从导通变至关断时，中间抽头一侧的一次线圈30P₁上产生的反向电力引起的电压通过电容器42反馈到晶体管14的基极，将该晶体管14可靠地从关断变至导通。

同样，作为第2开关元件的晶体管14从导通变至关断时，另一侧的一次线圈30P₂中发生的反向电力引起的电压通过电容器41反馈到晶体管13的基极，确保将该晶体管13从关断转换至导通。

其它与图1所示第1实施例的逆变电路结构相同。

本实施例的逆变电路只要接有作为负载的荧光管11，就与第1实施例逆变电路同样动作。

亦即，负载电流流过偏置用的电容器31、32、藉此，晶体管13、14借助正反馈作用，交替导通反复振荡。

在去掉荧光管11的无负载情况下，在偏置用的电容器31、32中无负载电流流过。

但是，当晶体管13从导通变至关断，或者，晶体管14从关断变至导通时，一次线圈部分30P₁上产生的电压通过电容器42反馈到晶体管14的基极，晶体管14迅速导通。

反过来，当晶体管14从导通变至关断时，在一次线圈30P₂上产生的电压通过电容器41反馈到晶体管13的基极，晶体管13迅速导通。

结果，在无负载的状态下，晶体管13、14反复地可靠地交替导通，继续振荡。

图7是在无负载的情况下，晶体管13或14基极-发射极电压Vbe和发射极-集电极电压Vce的波形图。

另外，实际上，Vce达到比图中所示Vbe波形高得多的峰值。

再有，上述逆变电路的输出电压是含有畸变波的交流电压，但是，通过如虚线所示那样给一次线圈30P并联上共振用的电容器33，该电压能够改善很多。

但是，如果不要求改善输出电压波形，则并不需要电容器33。

在设有上述共振用的电容器33的情况下，它成了使升压变压器30的温度上升的主要原因，因此，综合考虑输出电压波形的改善与变压器温度，从而采用适当容量的电容器，这是所希望的。

Claims (4)

1、一种推挽式逆变器，它包括：升压变压器，该变压器包含由直流电源供给电源电流的带中间抽头的一次线圈和连接负载的二次线圈；第1晶体管，其集电极连接中间抽头一侧的一次线圈的端部，发射极连接直流电源的负极；第2晶体管，其集电极连接中间抽头另一侧的一次线圈的端部，发射极连接直流电源的负极；连接在这些晶体管基极上起动用的电阻，从直流电源提供基极电流，使第1、第2晶体管交替导通。

其特征在于，设置连接第1晶体管的基极与第2晶体管的基极的电容器，并且设置反馈电路，该电路构造成通过负载将升压变压器的二次线圈的一个端部连接到第1晶体管的基极，而二次线圈的另一端部接到第2晶体管的基极。

2、如权利要求1所述的推挽式逆变器，其特征在于，在升压变压器的一次线圈上并联共振电路用的电容器。

3、如权利要求1所述的推挽式逆变器，其特征在于，在第1、第2晶体管各自的基极与发射极之间连接电容器。

4、如权利要求1所述的推挽式逆变器，其特征在于，还包括辅助反馈电路，它由连接升压变压器一次线圈一侧的端部与第2晶体管基极的电容器，和连接上述一次线圈另一侧的端部与第1晶体管基极的电容器构成。

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