RU2711312C1 - Resonance key control method - Google Patents
Resonance key control method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711312C1 RU2711312C1 RU2019115871A RU2019115871A RU2711312C1 RU 2711312 C1 RU2711312 C1 RU 2711312C1 RU 2019115871 A RU2019115871 A RU 2019115871A RU 2019115871 A RU2019115871 A RU 2019115871A RU 2711312 C1 RU2711312 C1 RU 2711312C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- key
- resonant
- control
- circuit
- pulse
- Prior art date
Links
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
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/06—Circuits specially adapted for rendering non-conductive gas discharge tubes or equivalent semiconductor devices, e.g. thyratrons, thyristors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Предложение относится к силовой электронике, в частности к управлению гибридными силовыми модулями и может быть использовано при разработке преобразователей с энергетически эффективными методами резонансной коммутации.The proposal relates to power electronics, in particular to the management of hybrid power modules and can be used in the development of converters with energy-efficient resonant switching methods.
Наиболее эффективным способом снижения мощности динамических потерь в полупроводниковых ключах является активное разделение фронтов его тока и напряжения, который на практике реализуется с помощью различных методов резонансной коммутации.The most effective way to reduce the power of dynamic losses in semiconductor switches is to actively separate the edges of its current and voltage, which in practice is realized using various methods of resonant switching.
Резонансный ключ (РК) состоит из соединения полупроводникового элемента с колебательным контуром LC - контуром. Резонансная LC - цепь формирует «плавную» траекторию изменения напряжения и тока полупроводникового ключа и обеспечивает его коммутацию в режимах нулевого напряжения и тока. Наиболее эффективным решением является применение РК с составным последовательно - параллельным LCC контуром. При отпирании полупроводникового ключа составная схема работает как параллельный LC - контур, обеспечивающий принудительный сброс напряжения до нулевого уровня в его выходной цепи. При запирании полупроводникового ключа составная схема работает как последовательный LC - контур, формирующий ток, направленный встречно по отношению к току нагрузки, обеспечивая выключение полупроводникового ключа при нулевом токе. Неотъемлемым элементом схемы РК, используемой в преобразователях с широтно-импульсным методом регулирования (ШИМ), является вспомогательный полупроводниковый ключ. Назначение данного ключа - в активации резонансного процесса в необходимый момент времени. Как правило, активацию резонансного процесса необходимо осуществлять непосредственно перед включением и непосредственно перед выключением основного полупроводникового ключа в составе РК. При этом вспомогательный ключ должен отпираться на относительно короткий интервал времени, однако достаточный для того, чтобы резонансный процесс в выходной цепи основного ключа обеспечил нулевой уровень напряжения при включении и нулевой уровень тока при выключении.The resonant switch (RC) consists of connecting a semiconductor element with an LC oscillatory circuit - a circuit. The resonant LC circuit forms a “smooth” trajectory of the voltage and current changes of the semiconductor switch and ensures its switching in zero voltage and current modes. The most effective solution is to use a RC with a composite series - parallel LCC circuit. When unlocking the semiconductor key, the composite circuit operates as a parallel LC circuit, which provides a forced voltage drop to zero in its output circuit. When locking a semiconductor key, the composite circuit operates as a sequential LC circuit, forming a current directed counter-to the load current, ensuring that the semiconductor switch is turned off at zero current. An integral element of the RK circuit used in converters with a pulse-width regulation method (PWM) is an auxiliary semiconductor switch. The purpose of this key is to activate the resonant process at the right time. As a rule, the activation of the resonance process must be carried out immediately before turning on and immediately before turning off the main semiconductor switch as part of the RC. In this case, the auxiliary key must be unlocked for a relatively short time interval, however, sufficient for the resonant process in the output circuit of the main key to provide a zero voltage level when turned on and a zero current level when turned off.
Известен способ управления резонансным ключом (RU 2457600 G1, 27.07.2012), при котором вспомогательный ключ отпирается дважды на относительно короткое время в каждом из циклов коммутаций. Первый раз он отпирается непосредственно перед включением основного ключа, что обеспечивает резонансный разряд выходной емкости основного ключа, и создает условие его последующего отпирания при нулевом напряжении. Второй раз вспомогательный ключ отпирается непосредственно перед выключением основного ключа, что обеспечивает резонансный сброс тока в выходной цепи основного ключа, и создает условие его последующего запирания при нулевом токе. Недостатком данного способа управления является то, что длительности импульсов управления вспомогательным ключом помимо основных интервалов, необходимых для проведения главных резонансных процессов, обеспечивающих нулевые уровни напряжения и тока основного ключа, содержат внутри себя дополнительные интервалы. В первом импульсе управления это половина периода резонансной частоты последовательного LC - контура, необходимая для дополнительного перезаряда резонансного конденсатора данного контура. Во втором импульсе управления это интервал времени необходимый для линейного заряда резонансного конденсатора до напряжения источника питания током нагрузки, и еще один интервал времени, равный три четверти периода резонансной частоты последовательного LC - контура, возникающий автоматически и обеспечивающий начальное напряжение на резонансном конденсаторе контура для следующего цикла коммутаций.A known method of controlling a resonant key (RU 2457600 G1, 07.27.07.2012), in which the auxiliary key is unlocked twice for a relatively short time in each of the switching cycles. The first time it is unlocked immediately before turning on the main key, which provides a resonant discharge of the output capacitance of the main key, and creates the condition for its subsequent unlocking at zero voltage. The second time, the auxiliary key is unlocked immediately before the main key is turned off, which provides a resonant current discharge in the output circuit of the main key, and creates a condition for its subsequent locking at zero current. The disadvantage of this control method is that the pulse widths of the auxiliary key control, in addition to the main intervals necessary for conducting the main resonant processes, ensuring zero voltage and current levels of the main key, contain additional intervals within themselves. In the first control pulse, this is half the period of the resonant frequency of the serial LC circuit, necessary for additional recharging of the resonant capacitor of this circuit. In the second control pulse, this is the time interval necessary for the linear charge of the resonant capacitor to the voltage of the power source by the load current, and another time interval equal to three quarters of the resonant frequency period of the serial LC circuit, which occurs automatically and provides the initial voltage on the resonant capacitor of the circuit for the next cycle commutation.
Начальные моменты времени импульсов управления вспомогательным ключом синхронизированы с импульсами ШИМ сигналов логической схемы управления преобразователем. Однако их конечные длительности из-за наличия указанных дополнительных интервалов, являются параметрами, зависящими от тока нагрузки, напряжения источника питания и допусков разброса номинальных значений конденсаторов и индуктивностей резонансных контуров. Все это приводит к необходимости составления отдельных алгоритмов управления как вспомогательным, так и основным ключом в составе РК. При этом длительности импульсов управления основным ключом не синхронизированы с длительностью логических импульсов ШИМ управления, которые исходно задаются системой управления для формирования требуемого качества выходного сигнала преобразователя. Кроме того, зависимость моментов времени, при которых в основном ключе реализуются нулевые напряжения и токи, от параметров электрического режима схемы и параметров резонансной цепи требует установки дополнительных датчиков контроля, усложняющих конструкцию схемы.The initial time instants of the auxiliary key control pulses are synchronized with the PWM pulses of the converter control logic. However, their finite durations, due to the presence of the indicated additional intervals, are parameters that depend on the load current, voltage of the power supply and tolerances of the spread of the nominal values of the capacitors and inductances of the resonant circuits. All this leads to the necessity of compiling separate control algorithms for both the auxiliary and the main key in the composition of the Republic of Kazakhstan. In this case, the durations of the control pulses of the main key are not synchronized with the duration of the logical pulses of the PWM control, which are initially set by the control system to generate the required quality of the converter output signal. In addition, the dependence of the times at which zero voltages and currents are mainly realized on the parameters of the electric mode of the circuit and the parameters of the resonant circuit requires the installation of additional monitoring sensors that complicate the design of the circuit.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому решению является способ управления резонансным ключом (RU 169427 U1, 16.03.2017), при котором вспомогательный ключ отпирается дважды на относительно короткое время в каждом из циклов коммутаций. Первый раз он отпирается непосредственно перед включением основного ключа, что обеспечивает резонансный разряд выходной емкости основного ключа, и создает условие его последующего отпирания при нулевом напряжении. Второй раз вспомогательный ключ отпирается непосредственно перед выключением основного ключа, что обеспечивает резонансный сброс тока в выходной цепи основного ключа, и создает условие его последующего запирания при нулевом токе. При этом начальные моменты времени импульсов управления вспомогательным ключом синхронизированы с импульсами ШИМ сигналов логической схемы управления преобразователем. В отличие от предыдущего аналога длительности сигналов управления вспомогательным ключом прототипа зависят практически только от длительности резонансных процессов, формирующих нулевое напряжение и нулевой ток в выходной цепи основного ключа в составе РК. При этом минимальная длительность первого сигнала управления (непосредственно перед отпиранием основного ключа) выбирается как четверть периода резонансной частоты параллельного LC - контура, а минимальная длительность второго сигнала управления (непосредственно перед запиранием основного ключа) выбирается как четверть периода резонансной частоты последовательного LC - контура. Недостатком данного способа управления является то, что длительность импульса управления основным ключом по-прежнему не синхронизирована с импульсами ШИМ сигналов логической схемы управления преобразователем. Данное обстоятельство определяется тем, что, как правило, значения емкостей составного LCC - контура являются разными. Вследствие этого минимально необходимая длительность первого импульса управления вспомогательным ключом не равняется длительности второго импульса управления. Другим недостатком прототипа является зависимость минимальных длительностей импульсов управления вспомогательным ключом от допусков номинальных параметров резонансных LC - контура, относительное влияние которых усиливается при увеличении частоты коммутаций.The closest in technical essence to the claimed solution is a method for controlling a resonant key (RU 169427 U1, 03.16.2017), in which the auxiliary key is unlocked twice for a relatively short time in each of the switching cycles. The first time it is unlocked immediately before turning on the main key, which provides a resonant discharge of the output capacitance of the main key, and creates the condition for its subsequent unlocking at zero voltage. The second time, the auxiliary key is unlocked immediately before the main key is turned off, which provides a resonant current discharge in the output circuit of the main key, and creates a condition for its subsequent locking at zero current. In this case, the initial time instants of the auxiliary key control pulses are synchronized with the PWM pulses of the converter control logic signals. In contrast to the previous analogue, the durations of the control signals of the auxiliary key of the prototype depend almost exclusively on the duration of the resonant processes that form the zero voltage and zero current in the output circuit of the main key as part of the RC. In this case, the minimum duration of the first control signal (immediately before unlocking the main key) is selected as a quarter of the resonant frequency of the parallel LC circuit, and the minimum duration of the second control signal (immediately before locking of the main key) is selected as a quarter of the resonant frequency of the serial LC circuit. The disadvantage of this control method is that the duration of the control pulse of the main key is still not synchronized with the pulses of the PWM signals of the converter control logic. This circumstance is determined by the fact that, as a rule, the capacitance values of a composite LCC circuit are different. As a result of this, the minimum required duration of the first control pulse of the auxiliary key does not equal the duration of the second control pulse. Another disadvantage of the prototype is the dependence of the minimum pulse widths of the auxiliary key control on the tolerances of the nominal parameters of the resonant LC - circuit, the relative influence of which increases with increasing switching frequency.
Техническим результатом, на получение которого направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечения одинаковых длительностей импульсов управления вспомогательным ключом и их независимость от электрического режима работы схемы и параметров разброса номинальных значений элементов резонансной цепи. Тем самым обеспечивается синхронизация импульсов управления всеми ключевыми элементами в составе РК с импульсами ШИМ сигналов логической схемы управления преобразователем, что позволяет сохранять требуемое качество выходного сигнала преобразователя при переходе от классических методов жесткой коммутации к энергетически более эффективным резонансным методам.The technical result, to which the proposed technical solution is directed, is to ensure the same pulse widths for controlling the auxiliary key and their independence from the electric mode of operation of the circuit and the parameters of the scatter of the nominal values of the elements of the resonant circuit. This ensures synchronization of the control pulses of all key elements in the RC with the PWM pulses of the converter control logic, which allows you to maintain the required quality of the converter output signal when switching from classical methods of hard switching to more energy-efficient resonant methods.
Технический результат достигается тем, что способ управления резонансным ключом, при котором вспомогательный ключ в составе резонансного ключа отпирается дважды в каждом из циклов коммутаций, при этом начало первого импульса управления вспомогательным ключом синхронизируют с передним фронтом ШИМ сигнала в логической последовательности сигналов системы управления преобразователем, начало второго импульса управления вспомогательным ключом синхронизируют с задним фронтом ШИМ сигнала, начало длительности импульса управления основным ключом в составе резонансного ключа синхронизируют с задним фронтом первого импульса управления вспомогательным ключом, а окончание длительности импульса управления основным ключом синхронизируют с задним фронтом второго импульса управления вспомогательным ключом, отличающийся тем, что в каждый из циклов коммутаций резонансного ключа вводят два дополнительных интервала свободной циркуляции части тока резонансного дросселя в цепи короткозамкнутого контура, образованного вспомогательным ключом, последовательно соединенным с ним резонансным дросселем, а также встречно-параллельным диодом основного ключа и его противофазным диодом, при этом длительность первого импульса управления вспомогательным ключом устанавливают равной длительности второго импульса управления вспомогательным ключом, а импульс управления основным ключом становится равным по длительности импульсу ШИМ сигнала и сдвинутым относительно его переднего фронта на фиксированную по времени величину.The technical result is achieved by the fact that the control method of the resonant key, in which the auxiliary key as part of the resonant key is unlocked twice in each of the switching cycles, the beginning of the first pulse of the auxiliary key control is synchronized with the leading edge of the PWM signal in the logical sequence of the signals of the converter control system, the beginning the second pulse control auxiliary key synchronize with the trailing edge of the PWM signal, the beginning of the duration of the control pulse the key as part of the resonance key is synchronized with the trailing edge of the first auxiliary key control pulse, and the end of the duration of the main key control pulse is synchronized with the trailing edge of the second auxiliary key control pulse, characterized in that two additional free circulation intervals are introduced into each of the switching cycles of the resonant key parts of the resonant inductor current in the squirrel-cage circuit formed by the auxiliary key connected in series with it a resonant inductor, as well as an anti-parallel diode of the main key and its antiphase diode, while the duration of the first control pulse of the auxiliary key is set equal to the duration of the second control pulse of the auxiliary key, and the control pulse of the main key becomes equal to the pulse width of the PWM signal and shifted relative to its front front by a fixed time value.
Сущность предложенного изобретения и его технический результат поясняются соответствующими чертежами.The essence of the proposed invention and its technical result is illustrated by the relevant drawings.
Фиг. 1 Диаграммы логических импульсов в соответствии с представленным способом управления.FIG. 1 Logic pulse diagrams in accordance with the presented control method.
Фиг. 2 Схема коммутации тока нагрузки резонансным ключом.FIG. 2 Scheme of switching the load current with a resonant switch.
Фиг. 3 Диаграммы логических импульсов, напряжение и ток основного ключа в процессе коммутации при номинальных значениях параметров схемы и электрического режима ее работы.FIG. 3 Diagrams of logical impulses, voltage and current of the main switch during the switching process at nominal values of the circuit parameters and its electrical operation mode.
Фиг. 4 Диаграммы логических импульсов, напряжение и ток основного ключа в процессе коммутации при отклонении параметров от номинальных значений.FIG. 4 Diagrams of logical impulses, voltage and current of the main switch during switching when the parameters deviate from the nominal values.
Фиг. 5 Экспериментальные диаграммы логических импульсов управления, напряжения и тока основного ключа в процессе коммутации.FIG. 5 Experimental diagrams of logical control pulses, voltage and current of the main switch during the switching process.
Фиг. 1 содержит три диаграммы логических импульсов управления в соответствии с предложенным способом управления. На первой диаграмме представлен ШИМ сигнал 1 в последовательности логических сигналов системы управления преобразователем 1.FIG. 1 contains three diagrams of logical control pulses in accordance with the proposed control method. The first diagram shows the
На второй диаграмме представлены - первый импульс управления 2 вспомогательным ключом и равный ему по длительности второй импульс управления 3 вспомогательным ключом в составе РК. При этом начало первого импульса управления 2 вспомогательным ключом синхронизировано с передним фронтом ШИМ сигнала 1, а начало второго импульса управления 3 вспомогательным ключом синхронизировано с задним фронтом ШИМ сигнала 1.The second diagram shows the first pulse of
На третьей диаграмме представлен импульс управления 4 основным ключом в составе РК. Начало импульса управления 4 синхронизировано с задним фронтом первого импульса управления 2 вспомогательным ключом. При этом конец импульса управления 4 синхронизирован с задним фронтом второго импульса управления 3 вспомогательным ключом. При равной длительности импульсов управления 2 и 3 вспомогательным ключом импульс управления 4 основным ключом сдвинут относительно ШИМ сигнала 1 на величину фиксированной задержки и равен по длительности ШИМ сигналу 1.The third diagram shows the
Осуществление заявляемого способа управления резонансным ключом рассмотрим на примере схемы коммутации непрерывного тока нагрузки Фиг. 2.The implementation of the inventive method for controlling a resonant switch is illustrated by the example of a switching circuit of a continuous load current. FIG. 2.
Фиг. 2 представляет базовую схему коммутации тока нагрузки Iн с источником напряжения питания схемы Е и резонансным ключом в качестве коммутирующего элемента схемы. В состав РК входят: основной ключ со встречно параллельным диодом 7; последовательно соединенная с основным ключом составная диодная схема 8, содержащая противофазный основному ключу 7 диод 9 и последовательно присоединенный к нему дополнительный противофазный диод 10; вспомогательный ключ 11; резонансная цепь 12, в состав которой входят два резонансных LC - контура с магнитно-связанными резонансными дросселями L1 и L2 одинаковой индуктивности L и индуктивностью магнитной связи M=L и конденсаторами С1 и С2; дополнительный диод 13.FIG. 2 represents a basic circuit for switching a load current In with a power supply voltage of circuit E and a resonant switch as a switching element of the circuit. The composition of the RK includes: the main key with an
Основные диаграммы, иллюстрирующие процессы коммутации в схеме Фиг. 2, представлены на Фиг. 3 при номинальных значениях параметров схемы и электрического режима ее работы.Basic diagrams illustrating switching processes in the circuit of FIG. 2 are shown in FIG. 3 at nominal values of the circuit parameters and the electric mode of its operation.
Фиг. 3 содержит диаграммы логических импульсов управления резонансным ключом в соответствии с предложенным способом управления и синхронизированные с ними по времени диаграммы напряжения 5 и тока 6 основного ключа в составе РК. Здесь же указаны основные интервалы отдельного цикла коммутаций, запускаемого заданным ШИМ сигналом 1.FIG. 3 contains diagrams of logical impulses for controlling a resonance key in accordance with the proposed control method and voltage diagrams 5 and current 6 of the main switch synchronized with them in time as part of the PK. It also shows the main intervals of a separate switching cycle, which is triggered by a given
Пусть в начальный момент времени основной ключ 7 и вспомогательный ключ 11 находятся в разомкнутом состоянии. Тогда ток нагрузки Iн протекает по цепи открытых диодов 9 и 10 в составной диодной схеме 8. Начальное напряжение на выходной емкости С1 основного ключа 4, равно при этом значению Е. Поскольку противофазный диод 9 открыт, начальное напряжение на емкости С2 равно нулю. При разомкнутом вспомогательном ключе 11 начальные значения токов в индуктивностях L1 равны нулю.Let the
Цикл коммутаций начинается в момент времени t0 с приходом ШИМ сигнала 1, передний фронт которого запускает импульс управления вспомогательным ключом 8.The switching cycle begins at time t0 with the arrival of the
Интервал (t1 - t0).Interval (t1 - t0).
Данный интервал включает в себя линейное нарастание тока в индуктивности L, последовательно соединенной со вспомогательным ключом 8, и резонансный процесс разряда конденсатора С1 после того, как ток в индуктивности L1 достигает величины тока нагрузки Iн. Длительность линейного нарастания тока в индуктивности L1 зависит от параметров электрического режима схемы Е и Iн, а длительность разряда конденсатора С1 равна четверти периода резонансной частоты процесса, протекающего в параллельном резонансном контуре, образованном индуктивностью L1 и емкостью конденсатора С1:This interval includes a linear increase in the current in the inductance L connected in series with the auxiliary key 8, and the resonant discharge process of the capacitor C1 after the current in the inductance L1 reaches the load current In. The duration of the linear increase in current in the inductance L1 depends on the parameters of the electric mode of the circuit E and In, and the discharge duration of the capacitor C1 is equal to a quarter of the period of the resonant frequency of the process occurring in the parallel resonant circuit formed by the inductance L1 and the capacitance of the capacitor C1:
В устройстве прототипа сразу после разряда конденсатора С1 вспомогательный ключ 11 запирался, а на основной ключ 7 подавался сигнал управления, что обеспечивало отпирание основного ключа 7 при нулевом напряжении.In the prototype device, immediately after the discharge of capacitor C1, the
Интервал (t2 - t1).Interval (t2 - t1).
В представленном способе управления после разряда конденсатора С1 вспомогательный ключ 11 остается в замкнутом состоянии. При этом в цикл коммутаций вводится первый дополнительный интервал, основанный на свободной циркуляции части тока ΔI резонансного дросселя L1 в цепи короткозамкнутого контура, образованного вспомогательным ключом 11, резонансным дросселем L1, а также встречно-параллельным диодом основного ключа 7 и его противофазным диодом 9. Током циркуляции ΔI является часть тока резонансного дросселя L1, превышающая величину тока нагрузки Iн, которая образовалась в результате поглощения дросселем L1 дополнительной энергии при разряде емкости конденсатора С1. Величина начального тока циркуляции определяется формулой:In the presented control method, after the discharge of the capacitor C1, the auxiliary key 11 remains in the closed state. In this case, the first additional interval is introduced into the switching cycle, based on the free circulation of a part of the current ΔI of the resonant inductor L1 in the short-circuit circuit formed by the
где - волновое сопротивление параллельного резонансного контура L1C1.Where - wave impedance of the parallel resonant circuit L1C1.
При активном сопротивлении короткозамкнутого контура, составляющем единицы мОм, постоянная времени затухания тока циркуляции во много раз превосходит длительность первого дополнительного интервала. В результате чего величину тока циркуляции на всей длительности первого дополнительного интервала можно считать неизменной и равной значению ΔI. Обозначим длительность первого дополнительного интервала символом ΔТ1. При этом ΔT1=t3-t2.With an active resistance of a short-circuited circuit of units of mOhm, the damping time constant of the circulation current is many times greater than the duration of the first additional interval. As a result, the magnitude of the circulation current over the entire duration of the first additional interval can be considered unchanged and equal to the value of ΔI. Denote the duration of the first additional interval by the symbol ΔТ1. Moreover, ΔT1 = t3-t2.
Интервал (t3 - t2).Interval (t3 - t2).
По завершении интервала ΔТ1 вспомогательный ключ 11 запирается, а основной ключ 7 отпирается, забирая на себя ток нагрузки Iн. За счет магнитной связи между индуктивностями резонансной цепи 12, ток, накопленный в индуктивности дросселя L1, равный сумме тока нагрузки Iн и тока циркуляции ΔI, переводится в индуктивность дросселя L2, после чего данный ток при помощи дополнительного диода 13 заряжает емкость конденсатора С2 до начального напряжения:At the end of the interval ΔT1, the
где - волновое сопротивление резонансного контура L2C2.Where - wave impedance of the resonant circuit L2C2.
Интервал t4 - t3.Interval t4 - t3.
По окончании длительности ШИМ сигнала 1, его задний фронт запускает второй импульс 3 управления вспомогательным ключом 13 в рассматриваемом цикле коммутаций. При этом индуктивность резонансного дросселя L1 и емкость конденсатора С2, образуют последовательный резонансный контур, который формирует ток, направленный встречно току нагрузки в основном ключе. Волновое сопротивление данного контура ввиду равенства индуктивностей резонансных дросселей L1 и L2 соответствует значению . Когда через четверть периода резонансной частоты последовательного резонансного контура L1C2 емкость конденсатора С2 полностью разряжается, амплитуда встречного тока достигает значения: UC2(0)/ρ2=IH+ΔI и рассматриваемый интервал заканчивается. В устройстве прототипа сразу после разряда конденсатора С2 вспомогательный ключ 11 запирался. При этом снимался сигнал управления и с основного ключа 7, что обеспечивало его запирание при нулевом токе.At the end of the duration of the
Интервал (t5 - t4).Interval (t5 - t4).
В представленном способе управления после разряда конденсатора С2 вспомогательный ключ 11 остается в замкнутом состоянии. При этом в цикл коммутаций вводится второй дополнительный интервал, основанный на свободной циркуляции тока ΔI резонансного дросселя L1 в цепи короткозамкнутого контура, образованного вспомогательным ключом 11, резонансным дросселем L1, а также встречно-параллельным диодом основного ключа 7 и его противофазным диодом 9. Обозначим длительность второго дополнительного интервала символом ΔТ2. При этом ΔT2=t6-t5.In the presented control method, after the discharge of the capacitor C2, the auxiliary key 11 remains in the closed state. At the same time, a second additional interval is introduced into the switching cycle based on the free circulation of the current ΔI of the resonant inductor L1 in the short-circuit circuit formed by the
Интервал (t6 - t5).Interval (t6 - t5).
По завершении интервала ΔТ2 вспомогательный ключ 11 запирается. При этом снимается импульс управления 4 с основного ключа 7, после чего он запирается при нулевом токе. За счет магнитной связи между индуктивностями резонансной цепи 12, ток, накопленный в индуктивности дросселя L1, равный сумме тока нагрузки 1н и тока циркуляции ΔI, переводится в индуктивность дросселя L2, после чего данный ток при помощи дополнительного диода 13 начинает заряжать емкость конденсатора С2. Однако, при выключенном основном ключе 7 ток нагрузки Iн через открытый дополнительный противофазный диод 10 одновременно начинает разряжать емкость конденсатора С2 и заряжать емкость конденсатора С1. После того как конденсатор С1 зарядится до напряжения источника питания Е, конденсатор С2 полностью разрядится. При этом откроется противофазный диод 9 и ток нагрузки Iн полностью перейдет в цепь составной диодной схемы 8. По завершении последнего интервала начальные токи и напряжения на всех элементах РК вернутся к исходным начальным значениям, и схема РК будет готова к новому циклу коммутаций, начало которому будет задавать последующий ШИМ сигнал.At the end of the interval ΔT2 auxiliary key 11 is locked. In this case, the
Рассмотрим влияние отклонения параметров электрического режима схемы (Е и Iн) и параметров компонентов резонансной цепи 12 (L1, L2, С1 и С2) от номинальных значений на длительности интервалов коммутаций, которое поясняется диаграммами на Фиг. 4.Consider the influence of the deviation of the parameters of the electric mode of the circuit (E and In) and the parameters of the components of the resonant circuit 12 (L1, L2, C1 and C2) from the nominal values on the duration of the switching intervals, which is illustrated by the diagrams in FIG. 4.
Максимальная длительность первого интервала (t1max-t0) определяется по формуле:The maximum duration of the first interval (t1max-t0) is determined by the formula:
При всех других допустимых значениях параметров длительность первого интервала (t1-t0) будет короче, при этом минимальное значение длительности первого интервала (t1min-t0) будет равно:For all other valid parameter values, the duration of the first interval (t1-t0) will be shorter, while the minimum duration of the first interval (t1min-t0) will be:
Отметим, что изменение параметра Е, в соответствие с формулой (2) будет приводить к изменению амплитуда тока циркуляции ΔI.Note that a change in the parameter E, in accordance with formula (2), will lead to a change in the amplitude of the circulation current ΔI.
Выбирая длительность первого сигнала управления 2 вспомогательным ключом 11 из условия:Choosing the duration of the
получаем независимость выполнения условия отпирания основного ключа 7 при нулевом напряжении от изменения параметров. При этом разница между максимальной длительностью первого интервала (t1max-t0) и остальными возможными, но более короткими интервалами (t1-t0), будет компенсироваться первым дополнительным интервалом ΔТ1 свободной циркуляции тока ΔI резонансного дросселя L1 в цепи короткозамкнутого контура.we obtain the independence of the condition for unlocking the
Максимальная длительность временного интервала (t4max-t3) определяется по формуле:The maximum duration of the time interval (t4max-t3) is determined by the formula:
При всех других допустимых значениях параметров длительность временного интервала (t4-t3) будет короче, при этом минимальное значение длительности данного интервала (t4min-t3) будет равно:For all other valid parameter values, the duration of the time interval (t4-t3) will be shorter, while the minimum value of the duration of this interval (t4min-t3) will be:
Выбирая длительность второго сигнала управления 3 вспомогательным ключом 11 из условия:Choosing the duration of the
получаем независимость выполнения условия запирания основного ключа 7 при нулевом токе от изменения параметров. При этом разница между максимальной длительностью временного интервала (t4max-t3) и остальными возможными, но более короткими интервалами (t4-t3), будет компенсироваться вторым дополнительным интервалом ΔТ2 свободной циркуляции тока ΔI резонансного дросселя L1 в цепи короткозамкнутого контура.we obtain the independence of the condition for locking the
Введение двух новых интервалов ΔT1 и ΔТ2 в цикл коммутаций позволяет установить также равными длительности первого 2 и второго 3 сигналов управления вспомогательным ключом 11 и синхронизировать импульс управления 4 основным ключом 7 с импульсом ШИМ сигнала 1.The introduction of two new intervals ΔT1 and ΔT2 in the switching cycle allows you to set equal to the duration of the first 2 and second 3 control signals of the
Из двух максимальных по времени длительностей интервалов (t1max-t0) и (t4max-t3) выбирается тот, который является наибольшим. В схемах РК данного типа емкость конденсатора С2 значительно больше емкости конденсатора С1. По этой причине практически всегда выполняется условие: (t4max-t3)>(t1max-t0). Поэтому длительность второго сигнала управления 3 вспомогательным ключом 11 по-прежнему выбирают из условия (9). При этом для установления равенства Δt2=Δt3 длительность первого 2 сигнала управления вспомогательным ключом 11 искусственно увеличивают за счет добавочной длительности первого дополнительного интервала свободной циркуляции на величину:Of the two maximum time intervals (t1max-t0) and (t4max-t3), the one that is the largest is selected. In RC circuits of this type, the capacitance of capacitor C2 is much greater than the capacitance of capacitor C1. For this reason, the condition is almost always satisfied: (t4max-t3)> (t1max-t0). Therefore, the duration of the
При этом длительность импульса управления 4 основным ключом 7 в составе РК, становится равной длительности импульса ШИМ сигнала 1 в логической последовательности сигналов системы управления преобразователем и сдвинутой относительно его переднего фронта на фиксированную по времени величину. Таким образом, в представленном способе управления обеспечивается синхронизация импульсов управления всеми ключами в составе РК с классическими сигналами ШИМ последовательности.In this case, the duration of the
В подтверждение достигнутого результата в предложенном способе управления резонансным ключом на Фиг. 5 представлены экспериментальные данные процесса коммутации непрерывного тока индуктивной нагрузки величиной 100 А в схеме, аналогичной Фиг. 2, с источником напряжения питания 600 В.In confirmation of the result achieved in the proposed method for controlling the resonance key in FIG. 5 shows the experimental data of the process of switching a continuous current of inductive load of 100 A in a circuit similar to FIG. 2, with a voltage source of 600 V.
На Фиг. 5 показаны следующие диаграммы:In FIG. 5 shows the following diagrams:
- логические импульсы управления: первый 2 и второй 3 импульсы управления вспомогательным ключом 11 одинаковой длительности 150 не и импульс управления 4 основным ключом 7 в составе РК длительностью 1 мкс;- logical control pulses: the first 2 and second 3 control pulses of the
- синхронизированные по времени с импульсами управления напряжение 5 и ток 6 основного ключа 7 в процессе коммутации.-
Масштаб по вертикали: для логических импульсов управления 2, 3 и 4 - 10 В на деление; для напряжения основного ключа 7 - 500 В на деление; для тока основного ключа 7 - 100 А на деление. Масштаб по горизонтали для всех диаграмм - 200 нс на деление.Vertical scale: for
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019115871A RU2711312C1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Resonance key control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019115871A RU2711312C1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Resonance key control method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2711312C1 true RU2711312C1 (en) | 2020-01-16 |
Family
ID=69171701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019115871A RU2711312C1 (en) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | Resonance key control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2711312C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6016258A (en) * | 1998-10-02 | 2000-01-18 | Nortel Networks Corporation | Full bridge DC-DC converters |
RU2457600C1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-07-27 | Открытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Энергомодуль" (Оао Нпо "Энергомодуль") | Power module with multi-resonance circuit (versions) |
WO2015093990A1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | Auckland Uniservices Limited | Inductive power transfer pick-up circuit with output current doubler |
RU169427U1 (en) * | 2016-11-08 | 2017-03-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Magnetically coupled resonance key |
-
2019
- 2019-05-23 RU RU2019115871A patent/RU2711312C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6016258A (en) * | 1998-10-02 | 2000-01-18 | Nortel Networks Corporation | Full bridge DC-DC converters |
RU2457600C1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-07-27 | Открытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Энергомодуль" (Оао Нпо "Энергомодуль") | Power module with multi-resonance circuit (versions) |
WO2015093990A1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | Auckland Uniservices Limited | Inductive power transfer pick-up circuit with output current doubler |
RU169427U1 (en) * | 2016-11-08 | 2017-03-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Magnetically coupled resonance key |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9985516B2 (en) | DC/DC converter and method for zero voltage switching | |
EP1519474B1 (en) | Synchronization of multiphase synthetic ripple voltage regulator | |
CN103997213B (en) | The saturation of forward converter transformer is prevented | |
CN101534060B (en) | Switching control circuit for multi-channels and multi-phases power converter | |
US20050001597A1 (en) | Synchronization of multiphase synthetic ripple voltage regulator | |
CN104079167A (en) | Control circuit, switching power supply and control method | |
CN101364763B (en) | Driven switch circuit and alternating driven switch method | |
Fnato et al. | Wireless power distribution with capacitive coupling excited by switched mode active negative capacitor | |
CN106059290A (en) | Multi-channel DC-DC converter and control circuit and method | |
US20200119635A1 (en) | Resonant switched capacitor dc/dc converter | |
Zhang et al. | A new design method for high efficiency DC-DC converters with flying capacitor technology | |
CN114421761A (en) | Three-level converter with flying capacitor and control method | |
EP1081824A2 (en) | A method and an apparatus for equalising the voltages over the capacitors in a series connection of capacitors during charging and discharging | |
Zhou et al. | A high efficiency synchronous buck converter with adaptive dead-time control | |
RU2711312C1 (en) | Resonance key control method | |
CN112421953B (en) | Multiphase converter and control circuit and control method thereof | |
RU2457600C1 (en) | Power module with multi-resonance circuit (versions) | |
US11888414B2 (en) | Driving circuit and driving method | |
CN101494415A (en) | Switching type power supply apparatus and method for improving light load efficiency | |
WO2020211059A1 (en) | Multi-phase signal control circuit and method | |
CN106533172B (en) | DC voltage-reducing voltage stabilizer and pulse frequency modulation control circuit and method thereof | |
RU212998U1 (en) | RESONANT SWITCH WITH MAGNETICALLY COUPLED THROTTLE | |
Liu et al. | A dynamic buck converter with ultra fast response and low voltage ripples designed for DVS systems | |
CN114244101B (en) | Switch capacitor resonance type direct current converter | |
RU2040105C1 (en) | A c converter for power supply of inductor |