电路图
仿真输出
结合模拟输出说明电路工作原理： 三条曲线分别为
- 绿色V(n003): 输出负载的右侧R2两端电压
- 红色V(n005): Q1基极电压
- 蓝色I(L2): 线圈L2电流
- 电源电压从0us-20us, 从0V线性增长至6V
振荡电路工作分为三个阶段：
- 阶段1: 随着电源电压的升高， L2.最大电流继续上升， 轻微振荡， Q1基极电压略有变化
- 阶段2: 电源电压稳定后， L最大电流不再上升， 振荡逐渐放大， Q1基极电压变化增加， 负毛刺开始放大
- 阶段3: L2电流全振荡， 振荡幅度保持稳定， Q基极负毛刺最低点稳定 阶段3之后, 振荡电路正常工作
工作原理
- 电路的初始状态， 电流均为0
- 通过电源电压L1和R1加到Q1的基极, 当Q正电压出现后，1基极， Q1导通
- Q1导通后, V1通过L2和R3, 流向V1负极
- L2,R3电流增大
- L感应到的正电势增大， Q基极电压升高
- L2,R电流进一步增加， L1感应正向电势达到最大， Q基极电压达到高点
- L2,R3.电流增速减慢， L1感应的正向电动势减小, Q1基极电压下降
- Q1基极电压恢复到中值， L2,R电流达到高点
- L2,R3电流减小
- L感应反向电势增大， Q降低基极电压
- L2,R进一步降低电流， L感应反向电势增大， Q基极电压达到临界点
- Q1截止, 这时候L2,R电流突然归零， 会在L1和L3都感应到很大的负电压， Q1基极电压出现低压峰值， 这时候L2,R3电流是最低点， 因为归零了
- L负电压不再感应， Q1基极电压恢复到临界点以上， Q1开始导通, L2,R3出现电流
- L2,R3电流增大, 进入下一个循环
- Q基极电压正常稳定为0.7V - 0.8V附近
- L电流变化在2中L2上感应电压， 注意是
- 自感电势的方向总是与磁通量的变化趋势相反， 所以L1.感应电压总是L2的电流变化
- L2电流会在L产生正电压(L1的R1端往V1端), L2电流会在L产生反向电压； L电流在高值和低值时变化接近0， 所以这两点在L1上感应电压为0
- L感应正电压， 会使得Q基极电压略有升高. 反之，感应反向电压， 会使得Q1基极电压略有下降
- Q基极电压的变化， 放大后， 又会引起L2,R3.电流大小变化
- Q1当基极电压降至临界电压时，Q1截止, 此时骤降的L2电流会在L1和L3都产生了很大的电势
下图是Q1基极电压与L对比电流调整坐标轴比后获得的图像
- L电流最快增加L1电压高点(正电压)， L电流最快减小L1电压低点(负电压)， 基极电压最低
- L电流最快增加R1电压低点， L电流最快减小R1电压的高点
稳定振荡进入. 每一次在L2,R当3的电流即将达到峰值时， Q2基极上的额外电压会消失， 这会导致L2,R3电流加速减小， 电流的快速减少导致电流的快速减少L感应反向电压Q1基极负电压， 伏电压导致Q1截止, 此时L2,R3电流归零, L1负电压峰值后电压突然消失， Q1基极恢复正电压, L2,R3电流再次爬升， 周而复始.
元件参数
- L1: L1匝数不能太小， 感应电压太小，无法振动， 也不能太大， 过大会导致负电压峰值增加， 负电压过大可能会损坏三极管， 控制在电压为5V以内, 根据电源电压和L2匝数计算, 一般取L2匝数的1/3
- L2: L2匝数的大小会影响振动后的频率， L2越小, 振动频率越高， 但右侧输出越低， L2如果太大, 一是内阻增加损失， 二是超出L过多会导致无法振动， 这是L电流有振荡，但是Q1无截止动作， 正电流总会存在， 增加损耗
- L3: L一方面，三匝数决定了感应电压， L电压越大，内阻越大。 另一方面，负载R2的影响, 如果R2太小, 则L这个电流太大了，负担不起， 左侧无法进入完全振荡， 发热损失. 此时需要减少L降低输出电压， 或提高R2降低电流, 振荡恢复正常.
- R1: R基极上串联的保护电阻， 振动后的频率也会受到影响， R1越大, 振动频率越高， L工作电流越低， L输出越低； R1不能太低, 虽然频率太低，但频率太低， 但是L2电流大, 会导致每次峰值能量L正反向感应大电压， 容易损坏Q1, R1取值在1k - 2k欧之间.
- R2: R二是负载电阻， R2值会直接影响R两端采集的电压， 影响左侧振荡频率， R2越小, 电压越低, 振荡频率越高， 最大振幅越快. 取决于R3的大小, 当R当低于某个值时(例如)R3 40, R2 5K), 输出电压无法有效升压. R2一般为阻值100K上述低功耗元件.
- R3: R3的大小也会影响振动后的频率， R3越小, 起振频率越高, L3输出越高, R增加会增加热损失， R3太大会导致无法振动， 在实际使用中，取值很小， 在0-5欧之间.
实际测试
- 变压器: 尺寸为EE13, 3 3pin, 绕组分别为L1(0.25mm, 10匝), L2(0.15mm, 37匝), L3(0.07mm, 1300匝)
- 三极管: D882
- 其他: R1(1.4K), R2(开路), R3(1.2), D1(1N4007), C1(223, 1KV)
L内阻为150欧元， 使用电源3.3V进行测试, 在C电压240V
实际测试中
- 电源使用5V, 输出电压不如3.3V电压时高.
- 在R2.增加负载， 电压明显下降. 开路电压330V, 加上1M欧的R2, 电压降到220V
- R3的阻值降至0(即将到来)R3短路)后, 电路仍在正常工作， 三极管没有过流， 这样节约了R3上的损耗, 电路效率更高
- R1的阻止从1.4K欧开始, 电路越大，功率越低， 振荡频率越高， 初始时为18KHz, 在2K欧时为22KHz, 3K欧时为45KHz. 同时R2上的电压越低
- R2为1M欧时, 整个电路的功率为1W - 3W
参考
- 单管自激电路 http://www.360doc.com/content/18/0806/20/30362566_776183558.shtml
- 单管自激 http://www.geekfans.com/article-4275-1.html
- 单管自激 https://power.baidu.com/question/308990386.html
- 三极管应用 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1662284687197779801
- https://www.ednchina.com/news/20180123power.html