RU2741969C1 - Single-cycle voltage converter - Google Patents
Single-cycle voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2741969C1 RU2741969C1 RU2019126366A RU2019126366A RU2741969C1 RU 2741969 C1 RU2741969 C1 RU 2741969C1 RU 2019126366 A RU2019126366 A RU 2019126366A RU 2019126366 A RU2019126366 A RU 2019126366A RU 2741969 C1 RU2741969 C1 RU 2741969C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power transistor
- main power
- additional
- circuit
- capacitor
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
- H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
- H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к силовой преобразовательной технике и является устройством, реализующим энергетически-эффективный импульсный способ регулирования мощности, передаваемой в нагрузку.The proposed device relates to power converting equipment and is a device that implements an energy-efficient pulse method for regulating the power transmitted to the load.
Однотактный преобразователь напряжения, рассматриваемый как прототип (патент РФ №2617716), содержит основной силовой управляемый ключ (основной силовой транзистор), трансформатор с первичной и вторичной обмотками, выпрямитель тока вторичной обмотки и выходной фильтр, а также дроссель, первый и второй диоды и конденсатор.A single-cycle voltage converter, considered as a prototype (RF patent No. 2617716), contains a main power controlled switch (main power transistor), a transformer with primary and secondary windings, a secondary current rectifier and an output filter, as well as a choke, first and second diodes and a capacitor ...
Существенные признаки предлагаемого устройства, совпадающие с аналогичными признаками прототипа, состоят в том, что:The essential features of the proposed device, which coincide with similar features of the prototype, are that:
Первичная обмотка трансформатора и выходная цепь основного силового транзистора образуют первую последовательную цепь, включенную между шиной питания устройства и его нулевой шиной, и один вывод выходной цепи силового транзистора соединен с нулевой шиной. The primary winding of the transformer and the output circuit of the main power transistor form the first series circuit connected between the power supply bus of the device and its zero bus, and one terminal of the output circuit of the power transistor is connected to the zero bus.
Вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель тока этой обмотки подключена к выходному фильтру. The secondary winding of the transformer is connected to the output filter through the current rectifier of this winding.
Обмотка дросселя и первый диод включены последовательно и образуют вторую последовательную цепь. Ее первый вывод соединен с нулевой шиной устройства, а второй вывод через второй диод подключен к шине питания устройства. The inductor coil and the first diode are connected in series and form a second series circuit. Its first output is connected to the zero bus of the device, and the second output through the second diode is connected to the power bus of the device.
Ко второму выводу второй последовательной цепи, кроме того, подключен первый вывод упомянутого конденсатора. To the second terminal of the second series circuit, in addition, the first terminal of the said capacitor is connected.
Существенные отличительные признаки предлагаемого устройства, состоят в том, что:The essential distinguishing features of the proposed device are that:
В устройство введены дополнительный диод и дополнительный силовой транзистор. Они соединены последовательно и образуют третью последовательную цепь. An additional diode and an additional power transistor are introduced into the device. They are connected in series and form a third series chain.
Третья последовательная цепь включена параллельно выходной цепи основного силового транзистора. При этом выходная цепь дополнительного силового транзистора, как и выходная цепь основного силового транзистора, подключена одним выводом к нулевой шине. The third series circuit is connected in parallel with the output circuit of the main power transistor. In this case, the output circuit of the additional power transistor, like the output circuit of the main power transistor, is connected by one terminal to the zero bus.
Второй вывод упомянутого конденсатора непосредственно соединен с общей точкой дополнительного диода и выходной цепи дополнительного силового транзистора. The second terminal of the said capacitor is directly connected to the common point of the additional diode and the output circuit of the additional power transistor.
Во втором варианте предлагаемого устройства в трансформатор введена дополнительная обмотка. Она соединена последовательно с обмоткой дросселя и вторым диодом, т.е. дополняет вторую последовательную цепь.In the second version of the proposed device, an additional winding is introduced into the transformer. It is connected in series with the inductor winding and the second diode, i.e. complements the second serial circuit.
Целью предложения, содержащегося в данной заявке, является повышение энергетической эффективности и надежности устройства. Поставленная цель достигается в результате взаимодействия известных и отличительных признаков предлагаемого устройства, принцип действия которого рассматривается ниже.The aim of the proposal contained in this application is to improve the energy efficiency and reliability of the device. This goal is achieved as a result of the interaction of known and distinctive features of the proposed device, the principle of which is discussed below.
Электрические схемы первого и второго вариантов предлагаемого устройства представлены соответственно на фиг. 1 и фиг. 2.The electrical diagrams of the first and second variants of the proposed device are shown in FIG. 1 and FIG. 2.
В схеме на фиг. 1 между шиной питания 1 устройства и его нулевой шиной 2 включен источник энергии 3 в виде источника напряжения. К шинам 1 и 2, кроме того, подключена первая последовательная цепь. Она образована первичной обмоткой 4 трансформатора 5 и выходной цепью основного силового транзистора 6, которые соединены последовательно друг с другом. Один вывод выходной цепи основного силового транзистора 6 соединен с нулевой шиной 2.In the circuit in FIG. 1 between the
Вторичная обмотка 7 трансформатора 5 через выпрямитель 8 подключена к конденсатору 9 выходного фильтра. Параллельно этому конденсатору включена нагрузка 10.The
Обмотка дросселя 11 и первый диод 12 соединены последовательно и образуют вторую последовательную цепь. Ее первый вывод соединен с нулевой шиной питания 2, а второй вывод этой цепи через второй диод 13 подключен к шине питания 1 устройства.The choke winding 11 and the
Ко второму выводу второй последовательной цепи, кроме того, подключен первый вывод конденсатора 14.To the second terminal of the second series circuit, in addition, the first terminal of the
Параллельно выходной цепи основного силового транзистора 6 включены дополнительный диод 15 и выходная цепь дополнительного силового транзистора 16, которые соединены последовательно и образуют третью последовательную цепь. При этом один вывод выходной цепи дополнительного транзистора 16 соединен с нулевой шиной 2.In parallel with the output circuit of the main power transistor 6, an
Второй вывод конденсатора 14 непосредственно соединен с общей точкой дополнительного диода 15 и первым выводом выходной цепи дополнительного силового транзистора 16. Второй вывод выходной цепи этого транзистора подключен к нулевой шине 2.The second terminal of the
Во второй схеме на фиг. 2 трансформатор 5 дополнен вторичной обмоткой 17. Она включена во вторую последовательную цепь и соединена последовательно с обмоткой дросселя 11.In the second circuit in FIG. 2, the
Цели технического решения, предлагаемого в данной заявке, достигаются, благодаря взаимодействию существенных известных и отличительных признаков предлагаемого устройства. Принцип действия схемы рассматривается ниже.The objectives of the technical solution proposed in this application are achieved through the interaction of essential known and distinctive features of the proposed device. The principle of the circuit is discussed below.
В стационарном режиме работы однотактного преобразователя конденсатор выходного фильтра 9 заряжен до номинального уровня напряжения на нагрузке 10. На интервалах запертого состояния силового транзистора 6 это напряжение трансформируется в первичную обмотку 4.In the stationary mode of operation of a single-ended converter, the capacitor of the output filter 9 is charged to the nominal voltage level at the
В момент запирания основного силового транзистора 6 из-за наличия индуктивности рассеяния между обмотками трансформатора 5, на первичной обмотке 4 возникает выброс напряжения. Он превышает установившееся значение этого напряжения, которое существует на обмотке на интервале запертого состояния основного силового транзистора 6.At the moment of blocking of the main power transistor 6 due to the presence of leakage inductance between the windings of the
Конденсатор 14 через дополнительный диод 15 заряжается до амплитудного значения напряжения на первичной обмотке 4. Полярность этого напряжения на конденсаторе: плюс на выводе конденсатора 14, подключенного через дополнительный диод 15 к первому выводу выходной цепи дополнительного силового транзистора 16, и - минус на выводе конденсатора 14, подключенного через второй диод 13 к шине 1 питания устройства. Второй вывод выходной цепи дополнительного силового транзистора 16 соединен с нулевой шиной 2.
Первым сигналом управления периодически отпирается основной силовой транзистор 6. Через незначительный промежуток времени процесса отпирания этого транзистора напряжение на его выходной цепи снижается практически до нуля. При этом к первичной обмотке 4 силового трансформатора 5 прикладывается напряжение питания. Трансформатор переходит к интервалу накопления магнитной энергии, во время которого запирается диод 8 выпрямителя, подключенный к вторичной обмотке 7.The first control signal periodically unlocks the main power transistor 6. After a short period of time during the unlocking process of this transistor, the voltage on its output circuit drops to almost zero. In this case, a supply voltage is applied to the
Вторым сигналом управления, который синхронизирован с первым сигналом, отпирается дополнительный силовой транзистор 16. Рационально второй сигнал управления задерживать относительно первого сигнала на время перехода первого силового транзистора 6 в проводящее состояние.The second control signal, which is synchronized with the first signal, unlocks the
После отпирания дополнительного силового транзистора 16 конденсатор 14, ранее заряженный, разряжается через выходную цепь этого транзистора, обмотку дросселя 11 и первый диод 12. Процесс разряда имеет колебательный характер. Во время этого процесса, ток обмотки дросселя, замыкающийся через выходную цепь дополнительного силового транзистора 16, изменяется по синусоидальному закону. Этот ток нарастает плавно от нулевого значения, и также плавно снижается до нуля через интервал времени, равный половине периода колебательного процесса. Из-за такого характера изменения тока выходной цепи дополнительного силового транзистора 16 в нем практически отсутствуют коммутационные потери.After unlocking the
Напряжение на конденсаторе 14 изменяется по закону косинусоиды. В конце этого процесса конденсатор 14 оказывается вновь заряженным до того же уровня, какой имел место на интервале запертого состояния дополнительного силового транзистора 16. Однако полярность напряжения на конденсаторе 14 - обратная. А именно: минус на выводе конденсатора, подключенного к точке соединения вывода дополнительного диода 15 и выходной цепи дополнительного силового транзистора 16, и плюс - на выводе этого конденсатора, подключенного ко второму выводу второй последовательной цепи (т.е. к точке соединения диодов 12 и 13 в схеме на фиг. 1).The voltage across the
Длительность указанного выше колебательного процесса целесообразно устанавливать меньше минимальной длительности проводящего состояния основного силового транзистора 6, которое изменяется в процессе регулирования выходной мощности преобразователя. Это необходимо для того, чтобы конденсатор 16 успел полностью перезарядиться к моменту начала запирания основного силового транзистора 6.It is advisable to set the duration of the above oscillatory process less than the minimum duration of the conducting state of the main power transistor 6, which changes in the process of regulating the output power of the converter. This is necessary so that the
Длительность второго управляющего сигнала рационально устанавливать чуть больше половины периода колебательного процесса. В этом случае дополнительный силовой транзистор 16 запирается сразу по завершении этого процесса. В непроводящем состоянии он будет находиться на интервале, когда основной силовой транзистор 6 будет пребывать в состоянии проводимости.It is rational to set the duration of the second control signal a little more than half the period of the oscillatory process. In this case, the
Если значение напряжения на конденсаторе 14 в начале процесса запирания транзистора 6 меньше напряжения питания, то разность потенциалов между выводами его выходной цепи скачкообразно нарастает до уровня, который равен разности между питающим напряжением и указанным начальным значением напряжения на конденсаторе 14. После момента скачкообразного нарастания напряжения на транзисторе 6 оно начинает нарастать плавно вследствие перезаряда конденсатора 14 током первичной обмотки 4.If the value of the voltage across the
В предлагаемой схеме уровень напряжения в момент скачкообразного его нарастания на выходной цепи основного силового транзистора 4 меньше, чем в исходной схеме. Это связано с тем, что в предлагаемой схеме конденсатор 14 заряжается до амплитуды напряжения на первичной обмотке 4 трансформатора 5, а в исходной схеме - до установившегося значения, которое меньше амплитудного.In the proposed circuit, the voltage level at the moment of its abrupt increase on the output circuit of the
Таким образом, применение описанного технического решения позволяет снизить начальный скачок напряжения на силовом транзисторе 6 при его запирании. Путем выбора соответствующего значения емкости конденсатора 14 создаются условия для плавного нарастания этого напряжения до уровня, который меньше напряжения пробоя выходной цепи основного силового транзистора 6. Тем самым снижается уровень коммутационных потерь энергии в этом транзисторе при его запирании и повышается надежность работы прибора. Это приводит к повышению надежности работы преобразователя напряжения в целом и увеличению энергетической эффективности процесса преобразования энергии.Thus, the application of the described technical solution makes it possible to reduce the initial voltage jump across the power transistor 6 when it is turned off. By choosing the appropriate value of the capacitance of the
В схеме на фиг. 2 дополнительная вторичная обмотка 17 трансформатора 5 обеспечивает условия для того, чтобы в колебательном процессе перезаряда конденсатора 14 на интервале состояния высокой проводимости дополнительного силового транзистора 16 конечное значение напряжения на конденсаторе установилось бы на уровне напряжения питания. При этом отпирается второй диод 13, и излишек энергии, запасенной в дросселе 11, возвращается в источник питания 3.In the circuit in FIG. 2, the additional secondary winding 17 of the
Если коэффициент трансформации дополнительной обмотки 17 установить равным половине, то к моменту запирания дополнительного транзистора 16 конденсатор 14 окажется заряженным до уровня напряжения питания, причем это будет иметь место независимо от значения выходного напряжения однотактного преобразователя. В этом случае при запирании основного силового транзистора 6 начальный скачок напряжения на нем будет отсутствовать, и напряжение на приборе начнет плавно нарастать практически от нулевого уровня. Это дополнительно способствует снижению уровня коммутационных потерь при запирании.If the transformation ratio of the additional winding 17 is set equal to half, then by the time the
Введение в схему дополнительных элементов и предложенное в заявке их соединение дает возможность оставить без увеличения потери мощности в основном силовом транзисторе 6 в состоянии его проводимости, что повышает надежность работы преобразователя. При этом дополнительные потери мощности, возникающие от протекания полуволны тока колебательного процесса, переносятся в дополнительный силовой транзистор 16.The introduction of additional elements into the circuit and their connection proposed in the application makes it possible to leave without increasing the power loss in the main power transistor 6 in its conduction state, which increases the reliability of the converter. In this case, additional power losses arising from the flow of a half-wave of the current of the oscillatory process are transferred to an
Приведенное выше описание дано применительно к обратноходовому однотактному преобразователю напряжения. Однако предлагаемое техническое решение может быть использовано также и в прямоходовом однотактном преобразователе.The above description has been given in relation to a flyback single-ended voltage converter. However, the proposed technical solution can also be used in a single-stroke forward converter.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019126366A RU2741969C1 (en) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | Single-cycle voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019126366A RU2741969C1 (en) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | Single-cycle voltage converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2741969C1 true RU2741969C1 (en) | 2021-02-01 |
Family
ID=74554392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019126366A RU2741969C1 (en) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | Single-cycle voltage converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2741969C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1628164A1 (en) * | 1988-06-20 | 1991-02-15 | Московский энергетический институт | Single-cycle voltage converter |
| RU2107983C1 (en) * | 1994-06-09 | 1998-03-27 | Акционерное общество закрытого типа Малое многопрофильное предприятие "ИРБИС" | Quasiresonant dc voltage changer incorporating zero-voltage change-over provision |
| RU32331U1 (en) * | 2003-05-15 | 2003-09-10 | Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие-ИРБИС" | Flyback DC-DC Converter |
| RU2617716C1 (en) * | 2016-04-05 | 2017-04-26 | Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" | Single-step voltage converter |
| CN107017780B (en) * | 2017-05-31 | 2019-05-10 | 青岛大学 | An isolated DC-DC boost converter with a pull-up active clamp branch and its control method |
-
2019
- 2019-08-21 RU RU2019126366A patent/RU2741969C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1628164A1 (en) * | 1988-06-20 | 1991-02-15 | Московский энергетический институт | Single-cycle voltage converter |
| RU2107983C1 (en) * | 1994-06-09 | 1998-03-27 | Акционерное общество закрытого типа Малое многопрофильное предприятие "ИРБИС" | Quasiresonant dc voltage changer incorporating zero-voltage change-over provision |
| RU32331U1 (en) * | 2003-05-15 | 2003-09-10 | Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие-ИРБИС" | Flyback DC-DC Converter |
| RU2617716C1 (en) * | 2016-04-05 | 2017-04-26 | Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" | Single-step voltage converter |
| CN107017780B (en) * | 2017-05-31 | 2019-05-10 | 青岛大学 | An isolated DC-DC boost converter with a pull-up active clamp branch and its control method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101552570B (en) | Switch voltage stabilizing circuit with frequency limiting function and method | |
| CN101645655B (en) | Quasi-resonance controlled switch voltage stabilizing circuit and method | |
| CN103066855B (en) | System and method used for no-voltage switch in power source transformation system | |
| US20090268489A1 (en) | Flyback converter having an active snubber | |
| CN102882377A (en) | Synchronous rectifying control method and circuit | |
| US20100328971A1 (en) | Boundary mode coupled inductor boost power converter | |
| JP6241334B2 (en) | Current resonance type DCDC converter | |
| CN112865540B (en) | Lossless clamping network of primary side feedback flyback converter and design method | |
| US11909323B2 (en) | Control method for increasing an inverse gain range of a power converter | |
| US11165360B2 (en) | Self-adjusting current injection technology | |
| TW201601439A (en) | A Quasi-Resonant Half-Bridge Converter and control method | |
| KR20050050674A (en) | Capacitively coupled power supply | |
| US11128172B2 (en) | Power transmitter and method for wirelessly transferring power | |
| WO2022121073A1 (en) | Isolated power conversion method for demagnetization iteration control, and power conversion circuit | |
| Schobre et al. | Design of a GaN based CLLC converter with synchronous rectification for on-board vehicle charger | |
| RU2741969C1 (en) | Single-cycle voltage converter | |
| RU2617716C1 (en) | Single-step voltage converter | |
| TWI840390B (en) | System for transferring electrical power to an electrical load | |
| RU2510864C1 (en) | Bridge voltage converter | |
| KR101456654B1 (en) | A common-core power factor correction resonant converter | |
| RU2635364C2 (en) | Push-pull dc/dc converter | |
| RU2717232C1 (en) | Two-cycle resonance dc-dc converter | |
| RU2742290C1 (en) | Two-stroke dc-dc converter with throttle in supply circuit | |
| RU2510862C1 (en) | Stabilised quasiresonent converter | |
| RU2653574C2 (en) | Push-pull dc/dc converter with l-inlet |