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摘要：以应用于霓虹灯的电子变压器为例，通过分析其工作状态和开关频率，解释其原理，并以此为基础设计了新型稳压电源。研究表明，控制电子变压器电源反馈的小磁环耦合绕线的匝数应当尽可能减少而降低磁芯的伏秒值。通过改变变压器的输出绕线结构，设计具有调节电压和限制电流功能的新型稳压电源，结构小巧，制作方便。
关键词：电子变压器；稳压电源
目前结构小巧、成本低廉的开关式电源大有占据全部变压器市场的趋势，开关式电源中结构简单、电路传输迅速的的正激和反激电源更是独占鳌头。正激和反激电源在实际应用中，效率较之以往线性电源有了极大的提升，制作成本也因为电源中构件的减少而降低[1]。但正激和反激电源也有其明显的缺点，正是由于其构件的减少，那么构件必会承受更大的电流和电压，而构件的材质和寿命必会限制正激和反激电源的发展。
开关式电源中的典型代表，应用于霓虹灯中的电子变压器，具有开关式电源所有的优点，同时电子变压器相对于正激和反激电源更容易改造，通过改变变压器的输出绕线结构[3]，设计具有调节电压和限制电流功能的新型稳压电源，结构小巧，成本更低，推广应用范围更广。
1电子变压器的工作状态分析
电子变压器的运行图如图1。R1能够有效控制通过构件电流的最大值，对整个电路起到保护作用，是控制电阻。D1-D4构成整个电路循环。R2、C1、DB3、Q1、Q2、C2、C3和T2构成电路主体部分。T1a、T1b和T1c用来启动Q1和Q2。当电流经过电子变压器，各个构件依次导通，形成一个闭环，一个闭环从t0到t6可分为六个部分，各个部分状态不同。
图1 电子变压器原理图
(1)工作状态1(t0，t1)
t0的时候，电流流经Q2，Q2处有电流，Q1处无电流。
(2)工作状态2(t1，t2)
t1的时候，磁性产生的电流急速增高。在t1~t2这个状态区间内，电压为零时，趋向于磁饱和的小磁环会逐渐消失磁性，随着磁性的急剧减弱，电压降低。整个工作状态2，Q1和Q2始终是放大状态。
(3)工作状态3(t2，t3)
t2的时候，T1a的磁性产生的电流反向急速升高，Q1和Q2处在放大状态，IBC小于IAC，iT1a逆向增加；t3的时候，Q2从放大状态变为阻断状态，Q1趋于饱和。
(4)工作状态4(t3，t4)
t3的时候，Q1始终饱和，Q2始终位于阻断状态，电流反向流动。T1a的磁性产生的电流反向急速升高。
(5)工作状态5(t4，t5)
工作状态同工作状态2。
(6)工作状态6(t5，t6)
工作状态同工作状态3。t6的时候，工作状态完成一个循环闭环，开始重复工作状态t1。
2影响开关频率的因素
由法拉第电磁感应定律可以知道小磁环达到磁饱和后磁通量是一个定值，而三极管放大时间Δtr与饱和衰退时间Δte之和为一半的周期[4]。可以看出影响三极管放大时间Δtr与饱和衰退时间Δte的关键，也即影响开关频率的变化规律为：
(1)降低小磁环的电磁绕线，在不影响使用情况的前提下，尽可能的减少小磁环的电磁绕线，从而使小磁环的输入的感应电压UFB增加。
(2)感应电压UFB随着三极管的基极电阻的增加而呈现正相关趋势，通过增加基极电阻的电阻数，可以达到增加感应电压UFB的目的。
(3) 开关频率与其周期T呈现负相关，频率随着周期的增加而减小。而一半的周期等于三极管放大时间Δtr加上饱和衰退时间Δte，所以随着三极管放大时间Δtr加上饱和衰退时间Δte的减小，通过三极管的电流会减弱。所以通过三极管的电流的强弱直接影响着开关频率的大小。而输入电压的减小正好可以减小通过三极管的电流，从而增大开关频率。
(4) 如同上述理由，通过三极管的电流的强弱直接影响着开关频率的大小。所以当减小三极管负载的时候，在励磁电流不变的情况下，通过三极管的电流会增加，从而从而增大开关频率。
(5) 感应电压UFB随着外界温度的增加而呈现负相关趋势。外界温度严重影响三极管的感应电压UFB，温度升高，感应电压UFB随之降低。
显然，可以降低小磁环的电磁绕线，增加三极管的基极电阻，减小输入电压，减小三极管负载，减弱外界温度，从而达到提升开关频率的目的。
3新型稳压电源原理与设计
通过改变变压器的输出绕线结构和增加电压比较器，从而设计出具有调节电压和限制电流功能的新型稳压电源，设计的电源可以实现电压和电流的控制。其工作原理示意图见图3。
图3 稳压电源原理示意图
基于此原理，设计了具有调整电压和电流功能的稳压电源。当输入电压比较大，超过额定值时，输出电压增高，这时电子变压器接受信号，断开磁通片，输出电压会马上减小。当输入电压在额定值内，磁通片接通，电子变压器正常工作。限流保护原理和电压反馈原理相同。
结论
通过分析电子变压器的工作状态和影响开关频率的因素，并以此为基础设计了新型稳压电源。通过降低小磁环的电磁绕线，增加三极管的基极电阻，减小输入电压，减小三极管负载，减弱外界温度，能够提高开关频率。设计的具有调节电压和限制电流功能的新型稳压电源。
参考文献
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论文作者:吴宝强
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/9
标签：电压论文; 电流论文; 状态论文; 稳压电源论文; 工作论文; 电源论文; 频率论文; 《科技新时代》2019年3期论文;