变换器论文和设计

全文摘要

本申请公开了变换器，包括：变压器，包括：原边的第一绕组、原边的第二绕组，其中，第一绕组的异名端与第二绕组的同名端耦接，第一绕组的异名端与电源端耦接；第一晶体管，其发射极接地，其集电极与第一绕组的同名端耦接；第二晶体管，其发射极接地，其集电极与第二绕组的异名端耦接；第一电阻，连接在第一晶体管的基极与第二晶体管的集电极之间；第一电容，与第一电阻并联；第二电阻，连接在第二晶体管的基极与第一晶体管的集电极之间；以及第二电容，与第二电阻并联。根据本申请的变换器可以避免在电路中采用辅助绕组，从而可以减小变换器中变压器原边的绕组数，进而可以使得本申请的变换器的电路更加简洁和稳定。

主设计要求

1.一种变换器，其特征在于，包括：变压器(T1)，包括：原边的第一绕组(N1)、原边的第二绕组(N2)，其中，所述第一绕组(N1)的异名端与所述第二绕组(N2)的同名端耦接，所述第一绕组(N1)的异名端与电源端(Vin)耦接；第一晶体管(Q1)，其发射极接地，其集电极与所述第一绕组(N1)的同名端耦接；第二晶体管(Q2)，其发射极接地，其集电极与所述第二绕组(N2)的异名端耦接；第一电阻(R1)，连接在所述第一晶体管(Q1)的基极与所述第二晶体管(Q2)的集电极之间；第一电容(C1)，与所述第一电阻(R1)并联；第二电阻(R2)，连接在所述第二晶体管(Q2)的基极与所述第一晶体管(Q1)的集电极之间；以及第二电容(C2)，与所述第二电阻(R2)并联。

设计方案

1.一种变换器，其特征在于，包括：

变压器(T1)，包括：原边的第一绕组(N1)、原边的第二绕组(N2)，其中，所述第一绕组(N1)的异名端与所述第二绕组(N2)的同名端耦接，所述第一绕组(N1)的异名端与电源端(Vin)耦接；

第一晶体管(Q1)，其发射极接地，其集电极与所述第一绕组(N1)的同名端耦接；

第二晶体管(Q2)，其发射极接地，其集电极与所述第二绕组(N2)的异名端耦接；

第一电阻(R1)，连接在所述第一晶体管(Q1)的基极与所述第二晶体管(Q2)的集电极之间；

第一电容(C1)，与所述第一电阻(R1)并联；

第二电阻(R2)，连接在所述第二晶体管(Q2)的基极与所述第一晶体管(Q1)的集电极之间；以及

第二电容(C2)，与所述第二电阻(R2)并联。

2.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，进一步包括：

一个或多个输出绕组(N3，N4，N5，N6)，设置在所述变压器(T1)的副边；

一个或多个整流电路(110,120,130,140)，每个整流电路(110,120,130,140)与所述一个或多个输出绕组(N3，N4，N5，N6)中一个输出绕组耦接。

3.如权利要求2所述的变换器，其特征在于，所述一个或多个输出绕组(N3，N4，N5，N6)中每个输出绕组包括中心抽头，所述中心抽头接地，每个输出绕组(N3，N4，N5，N6)对应的整流电路(110,120,130,140)包括：

第一二极管(D1，D3，D5，D7)，其正极与所述输出绕组(N3，N4，N5，N6)的同名端耦接，其负极与所述整流电路(110,120,130,140)的输出端(Vout1，Vout2，Vout3，Vout4)耦接；

第二二极管(D2，D4，D6，D8)，其正极与所述输出绕组(N3，N4，N5，N6)的异名端耦接，其负极与所述整流电路(110,120,130,140)的输出端(Vout1，Vout2，Vout3，Vout4)耦接。

4.如权利要求3所述的变换器，其特征在于，每个输出绕组(N3，N4，N5，N6)对应的整流电路(110,120,130,140)进一步包括：

第三电阻(R3，R4，R5，R6)，连接在所述整流电路(110,120,130,140)的输出端(Vout1，Vout2，Vout3，Vout4)与接地端之间。

5.如权利要求3所述的变换器，其特征在于，每个输出绕组(N3，N4，N5，N6)对应的整流电路(110,120,130,140)进一步包括：

第三电容(E3，E4，E5，E6)，连接在所述整流电路(110,120,130,140)的输出端(Vout1，Vout2，Vout3，Vout4)与接地端之间。

6.如权利要求2所述的变换器，其特征在于，所述一个或多个整流电路(110,120,130,140)中每个整流电路的输出端(Vout1，Vout2，Vout3，Vout4)与一个负载耦接。

7.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述变压器(T1)为磁芯变压器。

8.如权利要求7所述的变换器，其特征在于，所述变压器(T1)进一步包括骨架。

9.如权利要求1所述的变换器，其特征在于，进一步包括第四电容(E0)，其正极与所述电源端(Vin)连接，其负极接地。

设计说明书

技术领域

本申请涉及电路技术领域，特别涉及变换器。

背景技术

随着电子技术的发展，变换器广泛应用到各种设备中。例如，变换器可以将直流信号转换为交流信号。又例如，变换器可以将直流信号转换为交流信号，再将交流信号转换为直流信号(即实现DC-DC转换)。在一些场景中，变换器可以采用罗耶(Royer)架构。罗耶架构为一种自激式谐振架构。然而，目前的罗耶式变换器需要在变压器中布置辅助绕组。

实用新型内容

本申请的实施例提供了一种变换器，包括：

变压器，包括：原边的第一绕组、原边的第二绕组，其中，所述第一绕组的异名端与所述第二绕组的同名端耦接，所述第一绕组的异名端与电源端耦接；

第一晶体管，其发射极接地，其集电极与所述第一绕组的同名端耦接；

第二晶体管，其发射极接地，其集电极与所述第二绕组的异名端耦接；

第一电阻，连接在所述第一晶体管的基极与所述第二晶体管的集电极之间；

第一电容，与所述第一电阻并联；

第二电阻，连接在所述第二晶体管的基极与所述第一晶体管的集电极之间；以及

第二电容，与所述第二电阻并联。

在一些实施例中，本申请的变换器进一步包括：一个或多个输出绕组，设置在所述变压器的副边；一个或多个整流电路，每个整流电路与所述一个或多个输出绕组中一个输出绕组耦接。

在一些实施例中，所述一个或多个输出绕组中每个输出绕组包括中心抽头，所述中心抽头接地，每个输出绕组对应的整流电路包括：第一二极管，其正极与所述输出绕组的同名端耦接，其负极与所述整流电路的输出端耦接；第二二极管，其正极与所述输出绕组的异名端耦接，其负极与所述整流电路的输出端耦接。

在一些实施例中，每个输出绕组对应的整流电路进一步包括：第三电阻，连接在所述整流电路的输出端与接地端之间。

在一些实施例中，每个输出绕组对应的整流电路进一步包括：第三电容，连接在所述整流电路的输出端与接地端之间。

在一些实施例中，所述一个或多个整流电路中每个整流电路的输出端与一个负载耦接。

在一些实施例中，所述变压器为磁芯变压器。

在一些实施例中，所述变压器进一步包括骨架。

在一些实施例中，本申请的变换器进一步包括第四电容，其正极与所述电源端连接，其负极接地。

综上，根据本申请的变换器可以避免在电路中采用辅助绕组，从而可以减小变换器中变压器原边的绕组数，进而可以使得本申请的变换器的电路更加简洁和稳定。

附图说明

图1示出了根据本申请一些实施例的变换器的示意图；

图2A示出了根据本申请一些实施例的变换器的示意图；

图2B示出了根据本申请一些实施例的变换器的示意图；

图2C示出了根据本申请一些实施例的变换器的示意图；

图3示出了根据本申请一些实施例的变换器的示意图

附图标记说明

110,120,130,140 整流电路

R1-R6 电阻

C1,C2 电容

E0,E3-E6 极性电容

Q1 第一晶体管

Q2 第二晶体管

Vin 电源端

Vout1-Vout4 整流电路的输出端

D1-D8 二极管

N1-N6 绕组

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请进一步详细说明。

在一些实施例中，罗耶式变换器需要辅助绕组。例如，图1示出了一种变换器的示意图。图1中变换器可以通过辅助绕组N11和N12的感应电动势，使得晶体管Q11和Q12交替导通。这样，图1中变换器可以使得变压器T11的输出绕组N15和N16输出交流方波信号。

图2A示出了根据本申请一些实施例的变换器的电路图。如图2A所示，变换器可以包括变压器T1、第一晶体管Q1、第一晶体管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2。

其中，变压器T1可以包括原边的第一绕组N1和原边的第二绕组N2。第一绕组N1的异名端与第二绕组N2的同名端耦接。在一些实施例中，第一绕组N1和第二绕组N2可以被替换为包含中心抽头的一个绕组。第一绕组N1的异名端与电源端Vin耦接。

第一晶体管Q1的发射极和第二晶体管Q2的发射极均接地。第一晶体管Q1的集电极与第一绕组N1的同名端耦接。第二晶体管Q2的集电极与第二绕组N2的异名端耦接。

第一电阻R1连接在第一晶体管Q1的基极与第二晶体管Q2的集电极之间。第一电容C1与第一电阻R1并联。第二电阻R2连接在第二晶体管Q2的基极与第一晶体管Q1的集电极之间。第二电容C2与第二电阻R2并联。

图2A中第一电阻R1和第二电阻R2的理论阻值相同，例如为1KΩ。第一晶体管Q1和第二晶体管Q2理论参数相同。在实际应用场景中，第一电阻R1和第二电阻R2的实际阻值略有差异。另外，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的电气性能也存在差异。因此，在电源端Vin接通电源(例如为5V的直流电源)的瞬间，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2之一会优先导通。

下面以第一晶体管Q1的基极优先导通为例进行说明。

第一绕组N1中磁通量大小取决于第一绕组N1中电流的大小。在第一晶体管Q1导通后，通过第一绕组N1的电流主要流入到第一晶体管Q1的集电极。因此，第一绕组N1中磁通量大小主要取决于流入第一晶体管Q1的集电极的电流。响应于第一绕组N1中磁场的变化，第一绕组N1中产生感应电动势e1。如图2B所示，感应电动势e1的极性为上正下负，即第一绕组N1的同名端为感应电动势e1的正极。类似地，第二绕组N2中产生感应电动势e2与e1方向相同。这样，第二绕组N2中的感应电动势e2与电源端Vin电压正向叠加。感应电动势e2可以加速第一晶体管Q1基极的电流的增大。感应电动势e1可以对第二电容C2进行充电。第二电容C2可以将第二晶体管Q2的基极电压拉低，并使得基极电压低于第二晶体管Q2的开启电压，从而使得第二晶体管Q2保持截止状态。

在第一绕组N1产生的磁场和感应电动势(e1和e2)的相互作用下，第一晶体管Q1的基极电流逐渐增加。第一晶体管Q1集电极的电流也逐渐增加，直到第一晶体管Q1进入到饱和导通状态。

在进入饱和导通状态的瞬间，第一晶体管Q1的集电极电流变化率为零。相应地，第一绕组N1中电流变化率为零，第一绕组N1中电流产生的磁场的磁通量变化率为零。由于磁通量变化率为零，第一感应电动势e1和第二感应电动势e2消失。

由于第二感应电动势e2消失，第一晶体管Q1的基极电流开始下降，集电极电流也开始下降。在此基础上，第一绕组N1中电流开始下降，产生磁场的磁通量逐渐减小。第一绕组N1中电流可以产生第三感应电动势e3。如图2C所示，第三感应电动势e3的方向与e1相反。另外，第二绕组N2产生第四感应电动势e4。第四感应电动势e4的方向与e2相反。这样，第四感应电动势e4可以加速第一晶体管Q1中基极电流的减小。第三感应电动势e3可以提高第二晶体管Q2的基极电位。这样，第一绕组N1中磁通量的变化与感应电动势(e3和e4)的相互作用，使得第一晶体管Q1进入截止状态，并使得第二晶体管Q2进入导通状态。这样，第一晶体管Q1的集电极电流为零。第二绕组N2中电流主要流入第二晶体管Q2的集电极。

第二绕组N2中电流产生磁场可以保持第三感应电动势e3的方向，以及保持第四感应电动势e4的方向。这样，第一绕组N1中的感应电动势e3与电源端Vin电压正向叠加。感应电动势e3可以加速第二晶体管Q2基极的电流的增大。感应电动势e4可以对第一电容C1进行充电。第一电容C1可以将第一晶体管Q1的基极电压拉低到低于第一晶体管Q1的开启电压，从而使得第一晶体管Q1保持截止状态。

在第二绕组N2产生的磁场和感应电动势(e3和e4)的相互作用下，第二晶体管Q2的基极电流逐渐增加。第二晶体管Q2集电极的电流也逐渐增加，直到第二晶体管Q2进入到饱和导通状态。

在进入饱和导通状态的瞬间，第二晶体管Q2的集电极电流保持稳定。相应地，第二绕组N2中电流保持稳定，第一绕组N1中电流产生的磁场的磁通量变化率为零。由于磁通量变化率为零，第三感应电动势e3和第四感应电动势e4消失。由于第三感应电动势e3消失，第二晶体管Q2的基极电流开始下降，集电极电流也开始下降。在此基础上，第二绕组N2中电流开始下降，产生的磁场的磁通量逐渐减小。第二绕组N2中电流可以产生第二感应电动势e2。第一绕组N1可以产生第一感应电动势e1。

第一感应电动势e1可以加速第二晶体管Q2中基极电流的减小。第二感应电动势e2可以提高第一晶体管Q1的基极电位。这样，第二绕组N2中磁通量的变化与感应电动势(e1和e2)的相互作用下，使得第一晶体管Q1再次进入导通状态，并使得第二晶体管Q2进入截止状态。

综上，图2A中变换器可以交替导通第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。这样，变换器可以使得变压器T1的输出绕组(图2A未示出)输出交流方波信号。图2A中变换器可以避免在电路中采用辅助绕组(例如图1中N11和N12)，从而可以减小变换器中变压器原边的绕组数，进而可以使得本申请的变换器的电路更加简洁和稳定。本申请中避免输出绕组的电路设计可以便于变换器进行小型化。

在一些实施例中，本申请的变换器可以包括一个或多个输出绕组，以及一个或多个整流电路。输出绕组设置在变压器T1的副边。每个整流电路与所述一个或多个输出绕组中一个输出绕组耦接。本申请的变换器可以根据设计需求确定输出绕组数量，例如可以将输出绕组布置为2个、4个或8个等数量。例如图3示出了4个输出绕组，即N3、N4、N5和N6。图3中变换器可以包括4个整流电路，即110、120、130和140。每个输出绕组包括中心抽头。这里，每个输出绕组也可以被替换为两个串联的绕组。每个输出绕组的中心抽头可以接地。每个整流电路可以包括一个第一二极管，例如D1、D3、D5和D7。每个整流电路可以包括一个第二二极管，例如D2、D4、D6和D8。以整流电路110为例，第一二极管D1的正极与输出绕组N3的同名端耦接。第一二极管D1的负极与整流电路110的输出端Vout1耦接。第二二极管D2的正极与输出绕组N3的异名端耦接。第二二极管D2的负极与整流电路110的输出端耦接。这样，整流电路110可以将输出绕组N3输出的交流方波信号整流为直流信号。另外，图3中整流电路仅仅为示例，本申请实施例中整流电路还可以采用其他合适的整流电路模块，本申请对此不做限制。

在一些实施例中，每个整流电路的输出端可以与一个负载耦接。换言之，每个整流电路的输出端为变换器的一路供电端。例如，输出端Vout1、Vout2、Vout3和Vout4可以向总线电路(例如can总线电路)、设备接口(例如RS232、RS485等)等设备部件进行供电。综上，本申请的变换器可以支持多路供电输出端。在需要多路供电输出的设备中，本申请实施例的变换器可以代替多个单路输出的变换器。这样，本申请实施例的变换器可以便于设备供电的小型化和提高设备的供电稳定性。

在一些实施例中，如图3所示，每个整流电路还可以包括一个第三电阻，例如R3、R4、R5和R6。以第三电阻R3为例，第三电阻R3可以作为输出端Vout1的放电通道，以防止输出端Vout1的电压过冲。

在一些实施例中，每个输出绕组对应的整流电路还可以包括第三电容，例如E3、E4、E5、E6。第三电容连接在整流电路的输出端与接地端之间。这里，第三电容例如为极性电容。第三电容可以对输出端的电压进行滤波。例如，第三电容E3可以对输出端Vout1的电压信号进行滤波。

在一些实施例中，本申请变换器中的变压器T1为磁芯变压器。例如，变压器T1可以包括磁芯B1。这里，磁芯B1例如可以是EP10磁芯，但不限于此。磁芯B1例如为PC95材质，但不限于此。

需要说明的是，本申请的变换器通过固定原边的占空比(例如，第一绕组N1和第二绕组N2的占空比各为50％)。另外，本申请实施例的变换器可以避免输出端(即Vout1、Vout2、Vout3和Vout4)与第一晶体管T1(第二晶体管T2)之间的反馈电路。简言之，本申请的变换器采用了开环电路设计。这样，本申请的变换器通过固定原边的占空比以及采用开环电路设计，可以避免多路输出端之间的交叉影响，从而提高变换器多路输出端的隔离性。

本申请的变压器还可以包括安装磁芯B1的骨架(图3未示出)。另外，由于采用磁芯式变压器设计，本申请的变换器中绕组的接头便于固定，从而使得变压器适合于进行自动化的贴片加工。另外，本申请实施例减少变压器原边的绕组(即省略辅助绕组)，可以进一步使得变压器便于贴片加工。

在一些实施例中，如图3所示，本申请的变换器还可以包括第四电容E0。第四电容E0例如为极性电容。第四电容E0的正极与电源端Vin连接。第四电容E0负极接地。这样，第四电容E0可以对电源端Vin进行滤波。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

设计图

变换器论文和设计

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全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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