专利名称：霓虹灯高频恒流电源变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种霓虹灯电源变换器，具体涉及一种霓虹灯高频恒流电 源变换器。
背景技术：
常用的霓虹灯电源变换器由于采用电压馈电双变压器拓扑结构(即电 压源供电结构)，当变换器在启动或输出开路及输入或输出受到异常干扰 时，此类结构无法限止开关管的瞬时过压和过流而会导致变换器的失效。 此类结构变换器的运行频率不易设定，且输出为矩型波电压驱动霓虹灯管， 这会产生由高次谐波引起的射频电磁干扰(RFI)，此类结构存在以下缺点
1，输出功率低，使霓虹灯管亮度偏暗；
2，恒流特性差，在驱动不同长度的霓虹灯管时亮度不均匀； 3，电磁干扰偏大，干扰周围的电子设备； 4，保护电路可靠性低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种霓虹灯高频恒流电源变换 器，它保护了霓虹灯变换器的电子器件，提高了霓虹灯变换器的可靠性， 延长了变换器及霓虹灯管的使用寿命。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种霓虹灯高频恒流电源变 换器，包括漏磁变压器，还包括至少一个恒流电感，该恒流电感串联在霓虹灯高频恒流电源变换器的供电回路中，以电流馈电的方式恒流供电。
因为本发明用电流馈电，可使变换器的供电电源具有很高的动态阻
抗(近似恒流源)，实时的阻止开关管在变换器启动或输出开路及输入或输
出受到异常干扰而导致的瞬时过压和过流，有效提高了变换器的可靠性，
延长了霓虹灯的使用寿命。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。 图1为典型的推挽拓扑结构示意图，-图2为典型的半桥拓扑结构示意图； 图3为本发明的电流馈电推挽拓扑结构示意图； 图4为本发明的电流馈电半桥拓扑结构示意图； 图5为本发明的自激式电流馈电并联谐振推挽拓扑结构示意图； 图6为本发明的自激式电流馈电并联谐振半桥拓扑结构示意图； 图7为本发明的他激式电流馈电并联谐振推挽拓扑结构示意图； 图8为本发明的他激式电流馈电并联谐振半桥拓扑结构示意图； 图9为本发明的漏磁变压器的一种结构。
具体实施例方式
本发明的霓虹灯电源变换器可以采用推挽拓扑结构或半桥拓扑结构， 如图l所示是典型的推挽拓扑结构的示意图，漏磁变压器的初级线圈Tl-2 带有中心抽头，该中心抽头与直流电源VCC连接，初级线圈Tl-2的两端 分别连在推挽开关Ql和Q2的漏极上，推挽开关Ql和Q2的源极均接地。 如图2所示是典型的半桥拓扑结构的结构示意图，半桥开关Q1的漏极接直流电源VCC，其源极与半桥开关Q2的漏极连接，半桥开关Q2的源极接 地，串联的电容C2和C3—端接电源，另一端接地，漏磁变压器的初级线 圈T1-2 —端接在半桥开关Ql的源极，另一端接在电容C2和C3的连接端。
如图3所示是图1的推挽拓扑结构中串联恒流电感的示意图，恒流电 感L1串联在推挽拓扑结构的供电主回路中。
如图4所示是图2的半桥拓扑结构中串联恒流电感的示意图，该结构 包括两个恒流电感L1、 L2，分别串联在半桥拓扑结构的供电回路的两端。 对于本发明的推挽拓扑结构或者半桥拓扑结构均可以采用自激式或他激 式驱动电路振荡。
本发明的霓虹灯高频电源变换器串联恒流电感后，还需在供电回路中 与恒流电感串联的电路部分的两端并联一个高压吸收电路，用于吸收恒流 电感产生的高压反电势。
本发明的霓虹灯高频电源变换器还可以带有一个并联谐振电容，该谐 振电容并联在漏磁变压器的初级线圈Tl-2的两端，漏磁变压器的初级线 圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的电容、及谐振 电容的并联总电容，与漏磁变压器的初级线圈Tl-2构成并联谐振，谐振 频率为
/ = ^^,
上述公式中，f为谐振频率，L为初级线圈的电感量，C为漏磁变压 器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的电 容、及谐振电容的并联总电容。
带有谐振电容的霓虹灯高频电源变换器可以采用推挽拓扑结构或半桥拓扑结构，可以采用自激式或他激式产生振荡。
本发明的霓虹灯电源变换器，其漏磁变压器的结构可以采用图9的
结构，包括两个"E"字型铁氧体磁芯，两个"E"字型铁氧体磁芯的开 口部相对合，组成"曰"字型铁氧体磁芯，在"曰"字型铁氧体磁芯的中 柱上分别绕有初级线圈Tl-2和次级线圈Tl-2，在"曰"字型铁氧体磁芯 的中柱与两个边柱之间，且位于初级线圈Tl-2和次级线圈T1-2间的窗口 中分别设置两个铁氧体漏磁片。
铁氧体漏磁片可以用胶固定在窗口的任意一边；也可以在"口"字型 铁氧体磁芯的上下边柱间设置一个支架，将铁氧体漏磁片用胶固定在支架 上；或者也可以直接用上下边柱或左右两个线圈将铁氧体漏磁片夹紧固 定。铁氧体漏磁片其长度和宽度尺寸可以改变，不同尺寸的铁氧体漏磁片 其形成的漏磁分路的磁通量大小不同。
漏磁变压器的两个"E"字型铁氧体磁芯的中柱短于两个等长度的边 柱或者漏磁变压器的两个"E"字型铁氧体磁芯的两个边柱对合处分别垫 有等量的非导磁材料，使得"曰"字型铁氧体磁芯的中柱中形成防止因变 压器的磁通不平衡及磁芯饱和而导致变换器失效的气隙。
"曰"字型铁氧体磁芯的中柱的初级线圈Tl-2 —侧还绕有至少一个 反馈绕组Tl-3、 T1-4，此类结构用于自激振荡电路中，如图5中所示的 T1-3，和图6中所示的T1-3、 Tl-4。
图5是本发明的自激式电流馈电并联谐振推挽结构的实施例，本结构 由高压吸收电路，偏置电路，电流馈电恒流电感Ll,谐振电容Cl，漏磁变压 器Tl (含有中心抽头的初级绕组Tl-l，次级绕组Tl-2，和反馈绕组Tl-3)及推挽开关管Q1与Q2组成。
直流电源正极VCC接L1的一端，Ll的另一端接高压吸收电路和T1-1 中心头，高压吸收电路的另一端接地。Tl-3两端分别连接Ql和Q2的栅 极，偏置电路接Q1或Q2的栅极(图8中接Q1的栅极)，Q1与Q2的源极 接直流电源负极(地)。C1并联在T1-l的两端，Tl-l的上端与Q1的漏极 连接，下端与Q2的漏极连接，T1-2两端为输出端。
在上述电路中直流电源VCC经L1为推挽主回路恒流供电；Cl、负载 电容折算到变压器初级线圈端的电容、初级线圈的分布电容的并联总电 容，与漏磁变压器的初级线圈Tl-l并联构成并联谐振，谐振频率为
/ = ~^;偏置电路为Ql与Q2设置静态工作点，反馈绕组Tl-3驱动由
Q1，Q2,T1构成的推挽电路自激振荡；高压吸收电路吸收由开关电流在L1 上产生的高压反电势；漏磁变压器次级Tl-2恒流输出，此结构的输出为 正弦波电压和正弦波电流。
图6为本发明的自激式电流馈电并联谐振半桥拓扑结构的实施例， 本结构由高压吸收电路，偏置电路，电流馈电恒流电感L1-1与Ll-2，谐振 电容Cl，漏磁变压器Tl (含有初级绕组Tl-l，次级绕组T1-2,和反馈绕组 Tl-3与T卜4)及半桥结构开关管Ql与Q2和电容C2与C3组成。
直流电源正极VCC—路经过串连的L1、高压吸收电路、和L2接地； 另一路经过串连的C2和C3接地。Ql的漏极接Ll和高压吸收电路的连接 端，Ql的源极与Q2的漏极连接，Q2的源极接L2和高压吸收电路的连接 端。偏置电路分别与Ql和Q2的栅极接，T1-3和Tl-4的一端与偏置电路 连接，另一端分别和Ql、 Q2的源极连接。T1-1的一端接C2和C3的连接端，另一端接Q2和Q3的连接端。Cl并联在Tl-1的两端，Tl-2两端为输 出端。
上述电路中直流电源VCC经L1-1与L1-2为半桥主回路恒流供电； Cl、负载电容折算到变压器初级线圈端的电容、初级线圈的分布电容的并 联总电容，和漏磁变压器的初级Tl-l并联构成并联谐振，谐振频率为
/ = ~4=;偏置电路为Ql与Q2设置静态工作点，反馈绕组T卜3与Tl-4
驱动由Ql， Q2， C2， C3， Tl构成的半桥拓扑结构自激振荡；高压吸收电路吸 收由开关电流在Ll-l与L1-2上产生的高压反电势;漏磁变压器次级Tl-2 恒流输出，输出为正弦波电压和正弦波电流，由于半桥结构，开关管的耐 压(BVds)可降低。
图7为本发明的他激式电流馈电并联谐振推挽拓扑结构的实施例， 本结构由高压吸收电路，驱动电路，电流馈电恒流电感Ll，谐振电容Cl，漏 磁变压器Tl (含有中心抽头的初级绕组Tl-l，次级绕组T1-2)及推挽开关 管Ql与Q2组成。
直流电源正极VCC接L1的一端，Ll的另一端接高压吸收电路的一端 及T1-1中心头，高压吸收电路的另一端接地。驱动电路与Q1和Q2的栅 极连接，Ql与Q2的源极接直流电源负极(地)。H-l的上端接Ql的漏极， Tl-l的下端接Q2的漏极，C1并联在T1-l的两端，T1-2两端为输出端。
上述龟路中直流电源VCC经L1为推挽主回路恒流供电；Cl、负载 电容折算到变压器初级线圈端的电容、初级线圈的分布电容的并联总电 容，和漏磁变压器的初级T1-1并联构成并联谐振，谐振频率为/ = ^=;驱动电路驱动由Q1，Q2，T1构成的推挽拓扑结构自激振荡； 高压吸收电路吸收由开关电流在L1上产生的高压反电势；漏磁变压器次
级T1-2恒流输出，输出为准正弦波电压和准正弦波电流。
图8为本发明的他激式电流馈电并联谐振半桥拓扑结构的实施例， 本结构由高压吸收电路，驱动电路，电流馈电恒流电感L1-1与L卜2，谐振 电容Cl，漏磁变压器Tl (含有初级绕组Tl-l，次级绕组Tl-2，)及半桥结构 开关管Ql与Q2和电容C2与C3组成。
直流电源正极VCC—路经过串连的L1、高压吸收电路、和L2接地； 另一路经过串连的C2和C3接地。Ql的漏极接Ll和高压吸收电路的连接 端，Ql的源极与Q2的漏极连接，Q2的源极接L2和高压吸收电路的连接 端。驱动电路与Ql和Q2的栅极连接，T1-1的一端接C2和C3的连接端， 另一端接Q2和Q3的连接端。C1并联在T1-1的两端，T卜2两端为输出端。 上述电路中直流电源VCC经L1-1与L1-2为半桥主回路恒流供电； Cl、负载电容折算到变压器初级线圈端的电容、初级线圈的分布电容的并 联总电容，和漏磁变压器的初级Tl-l并联构成并联谐振，谐振频率为
/ = 驱动电路驱动由Ql， Q2， C2， C3， Tl构成的半桥拓扑结构自激
振荡；高压吸收电路吸收由开关电流在L1-l与Ll-2上产生的高压反电势； 漏磁变压器次级Tl-2恒流输出，输出为准正弦波电压和准正弦波电流， 由于半桥结构，开关管的耐压可降低。
综上所述，常用的霓虹灯高频电源变换器均采用电压馈电拓扑结构 (即电压源供电结构)，当变换器在启动或输出开路及输入或输出受到异常干扰时，此类结构无法限止开关管的瞬时过压和过流而会导致变换器的失 效。本发明增加恒流电感采用电流馈电拓扑结构(即电流源供电结构)，可 使变换器的供电电源具有很高的动态阻抗(近似恒流源)，其作用是能实 时的阻止开关管在变换器启动或输出开路及输入或输出受到异常干扰而 导致的瞬时过压和过流，极大的提高了变换器的可靠性；能消除开关管在 导通和关断时的电流尖峰并实现零电压开关(ZVS)，降低了开关管的功耗， 提高了可靠性；能限止驱动电流的不对称，从而防止了因输出变压器的磁 通不平衡及磁芯饱和而导致的变换器失效。
常用的霓虹灯高频电源变换器采用双变压器结构，此类结构变换器的 运行频率不易设定，输出为矩型波电压驱动霓虹灯管，这会产生由高次谐 波引起的射频电磁干扰。本发明采用并联谐振结构，其作用是
(1) 变换器的运行频率为
式中L 一输出变压器的初级电感量，C 一谐振电容，分布电容及 折算到变压器初级的负载电容。
(2) 对自激式结构，开关管由输出变压器次级提供的正弦波电压驱动， 降低了开关管关断时的电压应力(dv/dt)，提高了可靠性，并且开关管在 电压过零时导通及关断，降低了开关管的功耗；对他激式结构，由电流馈 电的零电压开关作用，开关管同样在电压过零时导通及关断，降低了开关 管的功耗。
(4)对自激式结构，输出为正弦波电压驱动霓虹灯管，灯管电流也是 正弦波;对他激式结构，输出为准正弦波电压驱动霓虹灯管,灯管电流也是准正弦波。以此类波型驱动霓虹灯管，可提高灯管亮度，延长灯管寿命。并 降低由高次谐波辐射弓I起的射频电磁干扰。
(5)输出变压器设定在非饱和状态下运行，降低了变压器的温升，提 高了可靠性。
另外本发明的漏磁变压器采用"曰"字型铁氧体磁芯(E E型)由初
级线圈(含反馈绕组)与次级线圈，铁氧体磁芯及铁氧体漏磁片构成，其
结构特性有如下作用能对霓虹灯管提供高于额定运行电压1. 5倍的启动 电压;在额定负载范围内能对不同的霓虹灯管提供近似恒定的额定运行电 流，对不同长度的霓虹灯管负载，运行电流偏差小于的20%;能在用户不 当超载使用时，运行电压及电流会急剧下降，以防止变换器因超载使用而 导致的失效；具有额定的次级短路电流，次级短路电流不大于额定运行电 流的20%，因而能实时阻止由输出短路而导致的变换器失效；变换器采用 漏磁变压器输出，并在磁回路加入合适的气隙以防止因输出变压器的磁通 不平衡及磁芯饱和而导致开关管损坏的变换器失效。变换器采用此类结构 的漏磁变压器输出，其恒流特性能使不同管径及不同长度的霓虹灯管负载 发出均匀一致的亮度，其限流特性则提高了变换器的可靠性。
根据实验，用本发明技术制造的25mA9kV变换器驱动8m012mm氖氩 混合气霓虹灯管，功率可达90W;用本发明技术制造的40mA6kV变换器驱 动①15皿氖气霓虹灯管，管长6m时灯管电流为34. 3mA，管长lm时灯管 电流为40mA，则恒流性能为34. 3/40=0. 8575偏差小于20%;由于本发 明采用并联谐振结构，输出以正弦波电压驱动霓虹灯管,灯管电流也是正 弦波；提高了灯管亮度，延长了灯管寿命，并降低了由高次谐波辐射引起的射频电磁干扰；由于本发明采用漏磁变压器输出，能在用户不当超载使 用时，运行电压及电流会急剧下降，防止了变换器因超载使用而导致的失 效，提高了可靠性。
权利要求
1、一种霓虹灯高频恒流电源变换器，包括漏磁变压器，其特征在于，还包括至少一个恒流电感，所述的恒流电感串联在所述霓虹灯高频恒流电源变换器的供电回路中，以电流馈电的方式恒流供电。
2、 如权利要求1所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在于，所述的霓虹灯高频恒流电源变换器为推挽拓扑结构，采用自激式或他激式 产生振荡，所述恒流电感串联在所述推挽拓扑结构的供电回路中。
3、 如权利要求1所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在于， 所述的霓虹灯高频恒流电源变换器为半桥拓扑结构，采用自激式或他激式 产生振荡，所述恒流电感为两个，分别串联在所述半桥拓扑结构的供电回 路的两端。
4、 如权利要求1所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在于， 还包括一个高压吸收电路，所述高压吸收电路并联在供电回路中与所述恒 流电感串联的电路部分的两端，用于吸收所述恒流电感产生的高压反电 势。
5、 如权利要求1所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在于， 还包括一个谐振电容，所述谐振电容并联在所述漏磁变压器的初级线圈两 端，所述漏磁变压器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到 其初级线圈端的电容、及所述谐振电容的并联总电容，与所述漏磁变压器的初级线圈构成并联谐振，谐振频率为其中，f为所述谐振频率，L为初级线圈的电感量，C为所述漏磁变压器的初级线圈的分布电容、次级线圈的负载电容折算到其初级线圈端的 电容、及所述谐振电容的并联总电容。
6、 如权利要求5所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在于， 所述的霓虹灯高频恒流电源变换器为推挽拓扑结构或半桥拓扑结构，采用 自激式或他激式产生振荡。
7、 如权利要求1或5所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在 于，所述的漏磁变压器包括两个"E"字型铁氧体磁芯，所述的两个"E" 字型铁氧体磁芯的开口部相对合，组成"曰"字型铁氧体磁芯，在该"曰" 字型铁氧体磁芯的中柱上分别绕有初级线圈和次级线圈，在所述"曰"字 型铁氧体磁芯的中柱与两个边柱之间，且位于所述初级线圈和所述次级线 圈间的窗口中分别设置两个铁氧体漏磁片。
8、 如权利要求7所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在于， 所述漏磁变压器的两个"E"字型铁氧体磁芯的中柱短于两个等长度的边 柱或者在所述漏磁变压器的两个"E"字型铁氧体磁芯的两个边柱对合处 分别垫入等量的非导磁材料，使得对合后在所述"曰"字型铁氧体磁芯的 中柱中形成防止因变压器的磁通不平衡及磁芯饱和而导致变压器失效的 气隙。
9、 如权利要求7所述的霓虹灯高频恒流电源变换器，其特征在于， 所述"曰"字型铁氧体磁芯的中柱的初级线圈一侧还绕有至少一个反馈绕 组，用于自激振荡电路中。
全文摘要
本发明公开了一种霓虹灯高频恒流电源变换器，包括漏磁变压器，还包括至少一个恒流电感，该恒流电感串联在霓虹灯高频恒流电源变换器的供电回路中，以电流馈电的方式恒流供电。因为本发明用电流馈电，可使变换器的供电电源具有很高的动态阻抗(近似恒流源)，实时的阻止开关管在变换器启动或输出开路及输入或输出受到异常干扰而导致的瞬时过压和过流，有效提高了变换器的可靠性，延长了变换器使用寿命。
文档编号H05B41/295GK101472375SQ20071009461
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月24日 优先权日2007年12月24日
发明者陈安迪, 陈白迪 申请人:迈博电子技术(上海)有限公司;陈白迪;陈安迪