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1、Royer 線路解說Date ：2000 年 7 月 4 日Page 1 電路原理變壓器算法變壓器結構設計注意事項影響輸出電壓的因數短路電流大小1. 電路原理：（以 CEUS0509 的線路作為實例解說）Royer 的電路架構，原屬西屋公司的專利，目前已經過期，一般稱為：電子變壓器，它是利用Q1、Q2 及變壓器飽和的原理，使初級側產生Duty = 50 % 的方波，利用變壓器N1：N2V1：V2 的圈比關係，使次級端產生感應電壓，當需要輸出電壓大一點，就把次級圈數繞多一點. ，基本電路如下：(a). 線路圖(b). 鐵心的 B-H 曲線此處的面積大小與損失成正比Royer 線路解說Date ：
2、2000 年 7 月 4 日Page 2 (c). 施加於變壓器N1、N2 電感上的電壓與磁通密度電壓值時間 的面積與磁通密度成正比磁通密度與電壓的積分成正比(a). 令磁通為，加在繞組N 圈上的電壓 V，根據法拉第定律，可以下式表示：V = N * （d dt）. （2-12）(b). 將上式兩邊以半週期積分運算 （所謂積分就是算這半週期T0T1 之 電壓 *時間的面積，就是常說的E-T常數），令 B * Ae （磁通量磁通密度* 截面積），則其公式如下：( 1N ) * V * dt = Ae * B ( +B = - B ) .（2-13）積分的時間t 係介於 0 T2 （T0 T1）
3、半個週期之內，此期間內之磁通密度變化，介於B B 的 2B 範圍內，由式子（2-13）可以求得( V * T ) ( 2 * N ) = 2 * Ae * B . （2-14）V = 4 * N * Ae * B T . （2-15） T 2 * TON ( Duty 50 % ) 及 f 1 T V = 2 * N * Ae * B TON . （2-15）V = 4 * N * Ae * B * f . （2-16）N =（ V * TON）（2 * Ae * B ） . （2-17）上式若磁通密度的單位為高斯（ Gauss） ，Ae 的單位為 cm2，則（ 2-16）式又可寫作：V =
4、4 * N * Ae * B * f * 10 - 8 . （2-18）T0T1Royer 線路解說Date ：2000 年 7 月 4 日Page 3 我已經將上述公式輸入到Excel 的表格內，只要把現有的參數輸入，即可得到希望的圈數1.1. Q1 啟動：輸入 +5V 經由 R1= N5、N6 後分別接到Q1、Q2 的基極（ Base)，假設 Q1 的 VBE比較小， Q1先 ON，啟始 IB電流流進 Q1 基極。此時 Q1 的集極（Collector）因為輸入 5V 早已經過 N1 而跨接 5V 等著，當 Q1 Base 有 IB1 時，利用晶體值的關係，而使IC1 IB1，於是電流從
5、+5V = N1 = Q1 = GND-P 請注意 N1、N5 的起繞點，因為極性的關係，當 N1 的電流增加， N5 的電流也跟著增加，於是Q1 很快的進入飽和區Q1 保持 ON 的時間，由變壓器的N1 圈數決定. TON =（2 * BMAX * Ae * Np ）VINFig. ( 1.1.A) 例如：以手上現有樣品CFUS0509-C 為例，原先的圈數= 初級（ Np） ：次級（ Ns） 15：33 輸入電壓與Q1 的波形比較：（電壓低= TON大，電壓高= TON小）(1). Vin = 4.7 V ，TON = 12.5 uS (2). Vin = 5.0 V ，TON = 11.
6、7 uS (3). Vin = 5.3 V ，TON = 11.1 uS 項次數值單位名詞解釋計算式（忽略VCE、VF）BMAX= 4580 Gauss 磁通密度TON =（2 * BMAX * Ae * Np ）VINAe = 0.04282 CM2鐵心截面積TON =（2 * 4580 * 0.04282 * 15 ）5 * 0.01Np = 15 圈初級圈數TON = 11.76 uS Vin = 5 伏特輸入電壓註： （1）TON算式中* 0.01 是單位換算時的比例係數（2）BMAX 係從材料表得知鐵心為Steward 的 # 33T 材質，Bs 約為 4700（Steward 型錄
7、 Page 8） ，因為從Royer 線路解說Date ：2000 年 7 月 4 日Page 4 波形測得 TON11.7 uS ，於是利用 Excel 試算表微調 ，得到實際 BMAX約4580 Gauss ，附上的 Excel公式則又把電晶體、二極體的壓降包含進去。（3）平常利用 LCR Meter 量電感分辨u 值，如今利用 Royer 線路從頻率的大小，可以反推BMAX，例如：每一批鐵心進料時，繞上CFUS0509 的圈數，測試TON就可以辨別鐵心是否正確，TON小（頻率高）表示 BMAX小。當 Q1 ON 時，初、次級電流路徑如下圖所示：流過 Q1 的最大電流IB1，而 IB1的大
8、小則由R1 與 N5 決定（它是一條串連回路） ，N5 越多圈， IB1就越大，請試繞一下就會瞭解），Q1 很快進入飽和區。其他半導體的工作說明如下：Q2 因為 N6 的極性關係，好像在Q2 的 VBE加逆電壓，使Q2 進入截區次級 N3 的極性允許電流流經D1A，使 N3 的感應電壓如下： （忽略 Q 1 之 VCE、D1A 之 VF）VN 3 5V （N3N1） 5 （2311）10.45V （實際考慮半導體壓降時會更低）C3 上的電壓 VN 3 VD1A 10.45V 1.5V 8.95V KDS-184 的規格上寫 IF 100 mA 時 VF 1.2V，CEUS0509 輸出電流 2
9、00 mA，顯然超出規格1.2. Q1 關閉：先前提到電子變壓器是利用變壓器的飽和來產生方波振盪，在此要請各位回憶一下磁滯曲線，Q1 持續 ON，超過變壓器的E-T 常數（ V-uS）時，變壓器就進入飽和區，所謂飽和就是磁通量不再隨時間的變化而變化Bt = 0，將產生下列情形：(a).變壓器失去功能，表示N5、N6 不再感應電壓， VN5、VN6 0，表示IB1 0 Royer 線路解說Date ：2000 年 7 月 4 日Page 5 (b).初級（N1）電感迅速減少，形同空心的線包，VN1的電壓 N1 漆包線內阻* IC1 0 ，而 VINVN1VCE1 表示 VCE1 5V (c).從
10、電晶體的特性曲線可以看出：VCE1 5V IB1 0，表示 Q1 將進入截止區1.3. Q2 啟動：當 Q1 變成 OFF時，因為磁場能量不滅，變壓器的繞組電壓極性反轉，N6 的極性變成適合驅動Q2 的基極，將在 Q2 上產生與 Q1 類似的電流路徑：(a).Q2 電流路徑： 5V = N2 = Q2 = GND-P (b).N6 將驅使 Q2 很快進入飽和區(c).次級電流路徑： N4 = D1B = C3 CFUS0509之 Q1、Q2 的測試波形如下： (1).為重載，TON 24.6 uS ， (2).為空載，TON 23.8 uS(1). Vin = 5 V ，Load = 200
11、mA (2). Vin = 5 V ，Load = 0 A 2. 變壓器結構：Royer 架構的 DCDC 變壓器與 Pulse Transformer的繞線原則完全相同，漏感越小，電壓耦合越好2.1.N1N2 與 N3N4 呈 360平均重疊繞 - 電壓耦合最好，如果能夠先絞線，漏感極低2.2.N1N2 與 N3N4 各佔半邊 180分開繞- 電壓耦合最差（短路電流較大 ）2.3.N5、N6 疏繞 180，平均重疊繞在 N1N2 - 驅動電壓耦合良好2.4.N5、N6 密繞，約 10 15疊繞在N1N2 中間 - 驅動電壓耦合較差（推測短路電流可能較小）註：因為我手上材料較欠缺，能否幫忙試驗
12、2.3 與 2.4 對短路電流的影響3. 設計注意事項：3.1.Q1、Q2 的 VCEO耐壓是否大於VCEPeak，目前測得CFUS0509 的 Q1 VCE Peak 18V，晶體為HSD1616A，因手上無目錄可查，不曉得是否合格，選用的原則是80%使用率，使用耐壓太大者，VCE變大，使整體效率變差3.2.N5、N6 上感應的 VPEAK，是否大於VEBO，目前測得 VEBO 4.5V，VEBO PEAK 9V，請注意圈數是否太多Royer 線路解說Date ：2000 年 7 月 4 日Page 6 3.3.輸出二極體的逆向耐壓，是否大於實測的逆向耐壓PEAK 值， KDS-184 =
13、80 V 3.4.輸出二極體的順向壓降，是否大於設計值（次級電壓VF輸出電壓），KDS-184 VF 1.2 V 3.5.輸出二極體的順向電流規格值，是否大於輸出電流值，KDS-184 IF 100 mA / 80V 4. 影響輸出電壓的因數：從之前的圈比關係得知，下列因素影響輸出電壓：4.1.輸出二極體的順向電壓4.2.變壓器初次級的繞線方式，因為已經是舊機種，繞線方式應該不會出問題4.3.電晶體的飽和電壓，VEC如果變大，將使輸出電壓降低4.4.鐵心的 BMAX變動（可以從震盪頻率得知鐵心的差異，BMAX變小= 頻率變高）5. 短路電流大小：5.1.震盪頻率越高，短路電流較小，提議的 14：30 圈比，因為初級圈數增加，造成TON也增加=頻率下降，短路電流上升5.2.震盪頻率越高，輸出Ripple 較小， 提議的 14：30 圈比，因頻率較低= 輸出 Ripple 較大5.3.短路電流會隨持續短路時間的加長而變大，終至燒毀 ，因為剛短路時 ，震盪頻率會很高= 短路電流較小，持續久了之後， 半導體發熱， VCE、VF等壓降上升 ，震盪頻率會下降= 短路電流升高5.4.繞線的方式會影響初始短路電流的大小5.5.基極驅動的圈數及繞線的方式，也會影響初始短路電流的大小
