RU1775818C

RU1775818C - Two-ended dc voltage converter

Info

Publication number: RU1775818C
Application number: SU914910579A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Стуковнин; Владимир Иванович Хандогин; Анатолий Николаевич Якушкин
Original assignee: Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1992-11-15

Abstract

Использование: преобразование посто нного напр жени в системах вторичного электропитани . Сущность изобретени : преобразователь выполнен на двух управл емых в противофазе ключевых элементах 7, 8 и двух дроссел х 2, 18, соединенных по мостовой схеме. В выходную диагональ этой схемы включен силовой трансформатор 4, вторична обмотка которого через выпр митель 5 подключена к выходным выводам 16,17. Блок управлени 1 формирует выходные сигналы регулируемой длительности, поступающими в цепь управлени ключевых элементов 7,8, причем эта длительность превышает половину периода напр жени на обмотках силового трансформатора 4. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.Usage: DC voltage conversion in secondary power systems. SUMMARY OF THE INVENTION: The converter is made on two antiphase controlled key elements 7, 8 and two throttles 2, 18 connected by a bridge circuit. A power transformer 4 is included in the output diagonal of this circuit, the secondary winding of which is connected through the rectifier 5 to the output terminals 16.17. The control unit 1 generates output signals of adjustable duration supplied to the control circuit of the key elements 7.8, and this duration exceeds half the voltage period on the windings of the power transformer 4. 2 z.p. f-ly, 3 ill.

Description

СОWith

сwith

ч| XI СЛ 00h | XI SL 00

0000

Изобретение относитс к источникам вторичного электропитани и может быть использовано дл питани различной радиоэлектронной аппаратуры.The invention relates to secondary power sources and can be used to power various electronic equipment.

Известны двухтактные преобразователи посто нного напр жени , содержащие блок управлени , дроссель соединенный одним выводом с первым входным выводом устройства, силовой трансформатор, выпр митель , фильтр и два ключевых элемента , первые выводы которых объединены и соединены со вторым входным выводом, а вторые выводы ключевых элементов подключены к концам первичной обмотки силового трансформатора, вторична обмотка которого через выпр митель и фильтр соединена с выходными выводами устройства. Недостатком известных устройств вл етс наличие отвода от средней точки первичной обмотки силового трансформатора, что усложн ет его конструкцию, ухудшает технологичность изготовлени и повышает стоимость трансформатора. Напр жение на ключевых элементах в таких устройствах в два раза превышает напр жение, поступающее на среднюю точку первичной обмотки силового трансформатора (т.е. в два раза превышает входное напр жение преобразовател ). Кроме того, большое вли ние на работу таких устройств оказывает индуктивность рассе ни трансформатора, котора приводит к значительным выбросам напр жени на ключевых элементах и заставл ет использовать дополнительные элементы дл разр да энергии, накапливаемой в индуктивности рассе ни . Все это усложн ет схему преобразовател и ограничивает его массогабаритные и энергетические характеристики .Known push-pull DC-DC converters comprising a control unit, a choke connected to a first output terminal of the device, a power transformer, a rectifier, a filter and two key elements, the first conclusions of which are combined and connected to the second input terminal, and the second conclusions of the key elements connected to the ends of the primary winding of the power transformer, the secondary winding of which is connected through the rectifier and filter to the output terminals of the device. A disadvantage of the known devices is the presence of a tap from the midpoint of the primary winding of the power transformer, which complicates its design, degrades manufacturability and increases the cost of the transformer. The voltage on the key elements in such devices is two times higher than the voltage applied to the midpoint of the primary winding of the power transformer (i.e., twice the input voltage of the converter). In addition, the operation of such devices is greatly influenced by the dissipation inductance of the transformer, which leads to significant voltage surges on the key elements and makes it necessary to use additional elements to discharge the energy stored in the dissipation inductance. All this complicates the converter circuit and limits its weight and size and energy characteristics.

Наиболее близким к предложенному вл етс двухтактный преобразователь посто нного напр жени , содержащий два дроссел , каждый из которых первым выводом соединен с первым входным выводом преобразовател , а вторым выводом - с соответствующим выводом первичной обмотки силового трансформатора и через соответствующий ключевой элемент - со вторым входным выводом преобразовател , причем вторична обмотка силового трансформатора через выпр митель и фильтр соединена с выходными выводами преобразовател , и блок управлени . Недостатком этого устройства вл етс относительна сложность схемы преобразовател и организации управлени ключевыми элементами .Closest to the proposed one is a push-pull DC / DC converter containing two throttle, each of which is connected to the first input terminal of the converter by the first terminal and the second terminal to the corresponding terminal of the primary winding of the power transformer and through the corresponding key element to the second input terminal a converter, the secondary winding of the power transformer through a rectifier and a filter connected to the output terminals of the converter, and a control unit. The disadvantage of this device is the relative complexity of the converter circuit and the organization of key element management.

Целью изобретени вл етс упрощение двухтактного преобразовател посто нного напр жени .An object of the invention is to simplify a push-pull DC / DC converter.

Поставленна цель достигаетс тем, что в двухтактном преобразователе посто нного напр жени , содержащем два дроссел , каждый из которых первым выводом соединен с первым входным выводом преобразовател , а вторым выводом - с соответствующим выводом первичной обмотки силового трансформатора и через соответствующий ключевой элемент - соThis goal is achieved in that in a push-pull DC-voltage converter containing two throttle, each of which is connected to the first input terminal of the converter by the first terminal, and the second terminal - with the corresponding terminal of the primary winding of the power transformer and through the corresponding key element - with

0 вторым входным выводом преобразовател , причем вторична обмотка силового трансформатора через выпр митель и фильтр соединена с выходными выводами преобразовател , и блок управлени , блок0 by the second input terminal of the converter, and the secondary winding of the power transformer through the rectifier and filter is connected to the output terminals of the converter, and the control unit, block

5 управлени выполнен с формирователем на его выходе сигнала отпирани ключевого элемента длительностью более половины периода, а фильтр выполнен в виде конденсатора , включенного между выходными вы0 водами преобразовател .5, the control is executed with a driver at its output of a key element unlocking signal lasting more than half the period, and the filter is made in the form of a capacitor connected between the output leads of the converter.

Каждый ключевой элемент выполнен на двух транзисторах, соединенных между собой эмиттерами и коллекторами, а базами подключенными соответственно к первомуEach key element is made on two transistors interconnected by emitters and collectors, and the bases are connected respectively to the first

5 и второму управл ющему входу ключевого элемента,5 and the second control input of the key element,

Блок управлени содержит задающий генератор, фазосдвигающее устройство усилитель посто нного тока, компаратор,The control unit comprises a master oscillator, a phase shifting device, a DC amplifier, a comparator,

0 делитель напр жени , элемент опорного напр жени и два предварительных усилител мощности с управл ющими трансформаторами , вторичные обмотки которых выполнены с отводом от средней точки и0 voltage divider, a reference voltage element and two preliminary power amplifiers with control transformers, the secondary windings of which are tapered from the midpoint and

5 подключены к выходам блока управлени , при этом концы вторичной обмотки управл ющего трансформатора первого усилител мощности соединены с первыми управл ющими входами ключевых элемен0 тов, а концы вторичной обмотки управл ющего трансформатора второго усилител мощности соединены со вторыми управл ющими входами ключевых элементов, а отводы от средних точек вторичных обмоток5 are connected to the outputs of the control unit, while the ends of the secondary winding of the control transformer of the first power amplifier are connected to the first control inputs of the key elements, and the ends of the secondary windings of the control transformer of the second power amplifier are connected to the second control inputs of the key elements midpoints of secondary windings

5 управл ющих трансформаторов соединены со вторым входным выводом преобразовател , выход задающего генератора соединен со входом первого усилител мощности непосредственно, а со входом второго уси0 лител мощности -- через фазосдвигающее устройство, управл ющий вход которого соединен с выходом усилител посто нного тока, входом подключенного к выходу компаратора , входы которого подключены к5 control transformers are connected to the second input terminal of the converter, the output of the master oscillator is connected directly to the input of the first power amplifier, and to the input of the second power amplifier, through a phase shifting device, the control input of which is connected to the output of the DC amplifier, the input connected to the output of the comparator, the inputs of which are connected to

5 элементу опорного напр жени и к делителю напр жени , крайние выводы которого вл ютс измерительными входами блока управлени .5 to the reference voltage element and to the voltage divider, the extreme terminals of which are the measuring inputs of the control unit.

На фиг.1 представлена структурна схема двухтактного преобразовател лосто нного напр жени ; на фиг.2 - вариант выполнени устройства с ключевыми элементами на транзисторах; на фиг.З - вариант выполнени блока управлени .Fig. 1 is a structural diagram of a push-pull constant voltage converter; Fig. 2 is an embodiment of a device with key elements on transistors; Fig. 3 is an embodiment of a control unit.

Двухтактный преобразователь посто нного напр жени содержит блок управлени 1, дроссель 2, соединенный первым выводом с первым входным выводом 3 устройства , силовой трансформатор 4, выпр митель 5, фильтр 6 и два ключевых элемента 7, 8, первые выводы 9, 10 которых объединены и соединены со вторым входным выводом 11, а вторые выводы 12, 13 ключевых элементов 7, 8 подключены к соответствующим выводам первичной обмотки 14 силового трансформатора 4, вторична обмотка 15 которого через выпр митель 5 и фильтр 6 соединена с выходными выводами 16, 17 устройства. К выводам 16, 17 подключаетс нагрузка преобразовател напр жени . Второй дроссель 18 соединен первым выводом с первым входным выводом 3, при этом вторые выводы первого 2 и второго 18 дроссел подключены к соответствующим выводам первичной обмотки 14 силового трансформатора 4. Управл ющие входы 19, 20 ключевых элементов 7, 8 соединены с выходами 21, 22 блока управлени 1, обеспечивающего на своем выходе сигнал отпирани ключевого элемента длительностью более половины периода. Фильтр 6 выполнен в виде конденсатора,A push-pull DC / DC converter contains a control unit 1, a choke 2, connected by a first terminal to a first input terminal 3 of the device, a power transformer 4, a rectifier 5, a filter 6 and two key elements 7, 8, the first terminals 9, 10 of which are combined and connected to the second input terminal 11, and the second conclusions 12, 13 of the key elements 7, 8 are connected to the corresponding terminals of the primary winding 14 of the power transformer 4, the secondary winding of which 15 through rectifier 5 and the filter 6 is connected to the output terminals 16, 17 of the device . The terminals 16, 17 are connected to the load of the voltage converter. The second inductor 18 is connected by the first terminal to the first input terminal 3, while the second terminals of the first 2 and second 18 throttle are connected to the corresponding terminals of the primary winding 14 of the power transformer 4. The control inputs 19, 20 of the key elements 7, 8 are connected to the outputs 21, 22 control unit 1, which provides at its output a key element unlocking signal with a duration of more than half a period. The filter 6 is made in the form of a capacitor,

Кроме того, ключевые элементы 7,8 (см. фиг,2) выполнены на транзисторах 23-26, причем каждый ключевой элемент 7 и 8 содержит два транзистора 23,24 и 25,26 эмиттеры и коллекторы которых объединены и вл ютс соответственно первым 9, 10 и вторым 12, 13 выводом ключевого элемента 7, 8, а базы подключены соответственно к первому 19 , 20 и второму 19 , 20 управл ющему входу ключевого элемента 7, 8.In addition, the key elements 7.8 (see FIG. 2) are made on transistors 23-26, and each key element 7 and 8 contains two transistors 23.24 and 25.26 emitters and collectors which are combined and are respectively the first 9 10 and the second 12, 13 output of the key element 7, 8, and the bases are connected respectively to the first 19, 20 and second 19, 20 control input of the key element 7, 8.

Кроме того, блок управлени 1 (см. фиг.З) содержит задающий генератор 27, фазосдвигающее устройство 28, усилитель посто нного тока 29, компаратор 30, делитель напр жени 31. элемент опорного напр жени 32 и два предварительных усилител мощности 33,34 с управл ющими трансформаторами 35, 36, вторичные обмотки 37, 38 которых выполнены с отводом от средней точки и подключены к выходам 21/.22,2Г/, 22,блока управлени 1 (см.фиг,2,3).При этом концы 21,22 вторичной обмотки 37 трансформатора 35 первого усилител 33 соединены первыми управл ющими входами 19. 20 ключевых элементов 7, 8, а концы 21 ,22 вторичной обмотки 38 трансформатора 36 второго усилител 34 соединены со вторыми управл ющими входами 19 ,20 ключевых элементов 7, 8. Отводы от средних т очск в горичных обмоток 37, 38 трансформаторов 35, 36 первого 33 и второго 34 усилителей соединены 5 со вторым входным выводом 11, Выход задающего генератора 27 соединен со входом первого усилител 33 непосредственно, а со входом второго 34 - через фазосдвигающее устройство 28, управл ющий вход которого 10 соединен с выходом усилител посто нного тока 29, входом подключенного к выходу компаратора 30, входы которого подключены к элементу опорного напр жени 32 и к делителю напр жени 31, крайние выводы 15 которого вл ютс измерительными входами 39, 40 блока управлени 1.In addition, the control unit 1 (see FIG. 3) contains a master oscillator 27, a phase shifter 28, a DC amplifier 29, a comparator 30, a voltage divider 31. a reference voltage element 32 and two preliminary power amplifiers 33.34 s control transformers 35, 36, secondary windings 37, 38 of which are tap-off from the midpoint and connected to the outputs 21 / .22,2G /, 22, control unit 1 (see Fig. 2,3). In this case, the ends 21 , 22 of the secondary winding 37 of the transformer 35 of the first amplifier 33 are connected by the first control inputs 19. 20 key elements Ovs 7, 8, and the ends 21, 22 of the secondary winding 38 of the transformer 36 of the second amplifier 34 are connected to the second control inputs 19, 20 of the key elements 7, 8. Taps from the middle points in the mountain windings 37, 38 of the transformers 35, 36 of the first 33 and the second 34 amplifiers are connected 5 to the second input terminal 11, the output of the master oscillator 27 is connected directly to the input of the first amplifier 33, and to the input of the second 34 through a phase shifter 28, the control input of which 10 is connected to the output of the DC amplifier 29, the input computer connected to the output arator 30, the inputs of which are connected to the reference voltage element 32 and to the voltage divider 31, the extreme terminals 15 of which are measuring inputs 39, 40 of the control unit 1.

Входы 39, 40 блока управлени 1 могут быть подключены к выходным выводам 16,17 преобразовател напр жени (см. фиг.1, 2). 0Выпр митель 5 может быть выполненThe inputs 39, 40 of the control unit 1 can be connected to the output terminals 16.17 of the voltage converter (see Figs. 1, 2). 0 straightening 5 can be performed

по любой из известных схем, например, по мостовой схеме. В базовые цепи транзисторов 23-26 ключевых элементов 7, 8 могут быть включены ограничительные резисторы 5 (см. фиг,2).by any of the known schemes, for example, by a bridge circuit. In the base circuit of the transistors 23-26 of the key elements 7, 8, limiting resistors 5 can be included (see FIG. 2).

Задающий генератор 27 может быть выполнен по любой из известных схем, например , по схеме автогенератора с магнитными св з ми.The master oscillator 27 can be made according to any of the known schemes, for example, according to the circuit of a magnetic oscillator.

0 Усилитель посто нного тока 29 и компаратор 30 могут быть реализованы с помощью операционного усилител , например, на микросхеме типа 140УД8А.0 DC amplifier 29 and comparator 30 can be implemented using an operational amplifier, for example, on a chip type 140UD8A.

Делитель напр жени 31 может быть 5 выполнен на резисторах, элемент опорного напр жени 32 - на стабилитроне с ограничительным резистором, подключенных к выходным выводам 16, 17.The voltage divider 31 can be 5 made on resistors, the reference voltage element 32 on a zener diode with a limiting resistor connected to the output terminals 16, 17.

Усилители 33 и 34 могут быть выполне- 0 ны по любой из известных схем, например, по двухтактной,Amplifiers 33 and 34 can be performed according to any of the known schemes, for example, push-pull,

Фазосдвигающее устройство 28 может быть выполнено на интегральных микросхемах серии 564.The phase shifting device 28 may be implemented on 564 series integrated circuits.

5 Двухтактный преобразователь посто нного напр жени на фиг.1 работает следующим образом. При подаче входного напр жени на выводы 3, 11 ключевые элементы 7, 8 попеременно наход тс в двух 0 квазистатических состо ни х: открыт, закрыт , причем длительность (интервал времени ) открытого состо ни может быть больше или равна длительности закрытого состо ни . При этом управл ющие импуль- 5 сы на выходах 21,22 взаимно противофазны со сдвигом на Т/2. При управл ющих импульсах типа меандр (интервал включенного состо ни равен интервалу выключенного состо ни ключевых элементов 7, 8) отсутствует режим гк оекрьпич и5 The push-pull DC-voltage converter of Fig. 1 operates as follows. When the input voltage is applied to terminals 3, 11, key elements 7, 8 are alternately in two 0 quasistatic states: open, closed, and the duration (time interval) of the open state can be greater than or equal to the duration of the closed state. In this case, the control pulses 5 at the outputs 21.22 are mutually antiphase with a shift by T / 2. With control pulses of the meander type (the on-state interval is equal to the off-state interval of the key elements 7, 8), there is no

При воздействии дестабилизирующих факторов (например, изменение входного напр жени UBx) изменение выходного напр жени приводит к изменению фазового сдвига между напр жени ми на выходах блока управлени 1 и изменению времени перекрыти ключевых элементов 7, 8 так, чтобы выходное напр жение оставалось неизменным .Under the influence of destabilizing factors (for example, a change in the input voltage UBx), a change in the output voltage leads to a change in the phase shift between the voltages at the outputs of the control unit 1 and a change in the overlap time of the key elements 7, 8 so that the output voltage remains unchanged.

В предложенном преобразователе пер- вична обмотка 14 трансформатора 4 не имеет отвода, что упрощает его конструкцию , улучшает технологичность и снижает стоимость его изготовлени , Кроме того, напр жение на обмотке 14 не превышает входное напр жение UBx, т.е. в два раза меньше, чем в известных устройствах, следовательно число витков в этой обмотке также в два раза меньше, что приводит к уменьшению вли ни индуктивности рассе- ни трансформатора на работу преобразовател , и улучшению его массогабаритных и энергетических показателей. Напр жение на ключевых элементах 7, 8 по сравнению с известными устройствами также снижено в два раза. При этом повышаетс КПД устройства . Кроме того, уменьшаютс выбросы напр жени на ключевых элементах (т.к. уменьшена индуктивность рассе ни трансформатора ) и могут быть исключены допол- нительные элементы дл разр да энергии, накапливаемой в индуктивности рассе ни .In the proposed converter, the primary winding 14 of the transformer 4 does not have a tap, which simplifies its design, improves manufacturability and reduces the cost of its manufacture. In addition, the voltage on the winding 14 does not exceed the input voltage UBx, i.e. two times less than in known devices, therefore, the number of turns in this winding is also two times less, which reduces the effect of transformer scattering inductance on the operation of the converter and improves its overall dimensions and energy parameters. The voltage on the key elements 7, 8 in comparison with the known devices is also reduced by half. This increases the efficiency of the device. In addition, voltage spikes on the key elements are reduced (since the dissipation inductance of the transformer is reduced), and additional elements for discharging the energy stored in the dissipation inductance can be eliminated.

Таким образом данное техническое решение позвол ет упростить двухтактный преобразователь посто нного напр жени . Thus, this technical solution simplifies the push-pull DC / DC converter.

Claims

1. A push-pull DC-voltage converter, containing two throttle, each of which is connected to the first input terminal of the converter by the first terminal, and the second terminal to the corresponding terminal of the primary winding of the power transformer and through the corresponding key element to the second input terminal of the converter, moreover, the secondary winding of the power transformer through the rectifier and filter is connected to the output terminals of the converter, and

a control unit, characterized in that, for the sake of simplicity, the control unit is configured to generate a key element unlocking signal at its output for more than half a half-life, and the filter is made in the form of a capacitor connected between the output terminals of the converter.

2. The converter according to claim 1, with the fact that each key element is made on two transistors interconnected by emitters and collectors, and the bases connected respectively to the first and second control inputs key element

3. The voltage converter according to claim 2. characterized in that the control unit comprises a master oscillator, a phase shifter, a DC amplifier, a comparator, a voltage divider, a voltage reference element, and two preliminary power amplifiers with control transformers, the secondary windings of which are tapered midpoint and connected to the outputs of the control unit, while the ends of the secondary winding of the control transformer of the first power amplifier are connected to the first control inputs of the key elements, the ends of the secondary winding and the control transformer of the second power amplifier are connected to the second control inputs of the key elements, and the taps from the midpoints of the secondary windings of the control transformers are connected to the second input terminal of the converter, the output of the master oscillator is connected directly to the input of the first power amplifier, and to the input of the second power amplifier - through a phase separating device, the control input of which is connected to the output of the DC amplifier, the input connected to the output of the comparator, the inputs of which connected to a voltage reference element, and to a voltage divider, the extreme terminals of which are the measurement inputs of the control unit,