RU1793520C

RU1793520C - Adjusting single-cycle direct-to-direct voltage converter

Info

Publication number: RU1793520C
Application number: SU904835689A
Authority: RU
Inventors: Михаил Ефимович Артеменко; Владимир Андреевич Попов; Виктор Григорьевич Маленко
Original assignee: Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1993-02-07

Abstract

Использование: в источниках вторичного электропитани систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники. Сущность изобретени : устр-во содержит регулирующий, транзистор 4, разделительный тр-р 5, сглаживающий дроссель 6 и конденсатор 10. Первична обмотка сглаживающего дроссел включена последовательно с первичной обмоткой разделительного тр- ра, параллельно которым включена последовательна цепь из конденсатора и вспомогательного транзистора 11, шунтированного диодом 12. Вторичные обмотки тр-ра и дроссел присоединены к выходным выводам через выпр мительные диоды 14, 15. Подключение входного напр жени разных номиналов осуществл етс коммутатором 17, имеющим один вход и два выхода, причем входное напр жение подаетс между входом коммутатора и первым входным выводом преобразовател , а выходы коммутаторов подключены к второму и третьему входным выводам преобразовател . 1 ил.Usage: in the sources of secondary power systems of radio engineering, automation and computer technology. SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises a regulating transistor 4, an isolation junction 5, a smoothing inductor 6 and a capacitor 10. The primary winding of the smoothing jumper is connected in series with the primary winding of the isolation trump, in parallel with which is connected a series circuit from the capacitor and auxiliary transistor 11 shunted by diode 12. The secondary windings of the transformer and throttle are connected to the output terminals through rectifier diodes 14, 15. The input voltage of different ratings is connected to a switch 17 having one input and two outputs, the input voltage being supplied between the input of the switch and the first input terminal of the converter, and the outputs of the switches connected to the second and third input terminals of the converter. 1 ill.

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитани систем радиотехники , автоматики и вычислительной техники дл преобразовани уровн посто нного напр жени .The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power sources of radio engineering, automation and computer systems for converting a constant voltage level.

Известен однотактный преобразователь напр жени , содержащий регулирующий транзистор, первый силовой вывод которого присоединен к первому входному выводу, а второй силовой вывод соединен с вторым входным выводом через последовательно соединенные первичные обмотки разделительного трансформатора и сглаживающего дроссел , вторичные обмотки которых присоединены к конденсатору фильтра через первый и второй выпр мительные диоды, последовательную цепь из диода и конденсатора, включенную между вторым силовым выводом регулирующего транзистора и вторым входным выводом, блок управлени , выход которого присоединен к входу управлени регулирующим транзистором, вспомогательный транзистор , силовые выводы которого включены параллельно диоду последовательной цепи из диода и конденсатора, а вход управлени подключен к дополнительному противофазному выходу блока управлени .A single-phase voltage converter containing a control transistor is known, the first power terminal of which is connected to the first input terminal, and the second power terminal is connected to the second input terminal through series-connected primary windings of an isolation transformer and a smoothing drossel, the secondary windings of which are connected to the filter capacitor through the first and second rectifier diodes, a series circuit of a diode and a capacitor connected between the second power terminal of the regulating nzistora and a second input terminal, the control unit whose output is coupled to a control input regulating transistor, an auxiliary transistor, the power terminals of which are connected in parallel diode series circuit of a diode and a capacitor, and a control input connected to an additional output of the control unit antiphase.

Недостатком известного преобразовател вл ютс ограниченные функциональные возможности вследствие того, что устройство выполн ет преобразование входного напр жени одного фиксированного номинала. В р де случаев требуетс обеспечить преобразование входного напр жени двух номиналов, отличающихс по величине в раза, например, при преобразовании выпр мленного напр жени промышленной сети 220и 110В. При подаче таких входных напр жений между первым и вторым входными выводами преобразовател блок управлени , предназначенный дл стабилизации выходного напр жени преобразовател , осуществит значительное изменение коэффициента заполнени управл ющих импульсов (приблизительно в два раза).что сужает возможности регулировани выходного напр жени , приводит к необходимости выбора ключевых и реактивных элементов преобразовател с двухкратными запасами по току и напр жению. При приведений входных напр жений разных номиналов к одной, большей величине схемой удвоени напр жени меньшего номинала возрастают массогабаритные показатели входного емкостного фильтра, возрастают коэффициенты нагрузки по напр жению регулирующего и вспомогательного транзисторов.A disadvantage of the known converter is limited functionality due to the fact that the device converts the input voltage of one fixed value. In a number of cases, it is required to provide conversion of the input voltage of two values, differing in magnitude in time, for example, when converting the rectified voltage of an industrial network 220 and 110V. When such input voltages are applied between the first and second input terminals of the converter, the control unit designed to stabilize the output voltage of the converter will significantly change the duty cycle duty factor (approximately two times). This reduces the possibility of regulating the output voltage, leading to the need selection of key and reactive elements of the converter with double reserves of current and voltage. When the input voltages of different ratings are reduced to one larger value, the circuit for doubling the voltage of a lower nominal increases the mass and size characteristics of the input capacitive filter, and the load coefficients for the voltage of the control and auxiliary transistors increase.

Цель изобретени - расширение функциональных возможностей преобразовател путем обеспечени преобразовани двух номиналов входного напр жени . Поставленна цель достигаетс тем, что преобразователь снабжен третьим входным выводом из точки соединени конденсатора , диода и силового электрода вспомогательного транзистора, причем .конденсаторThe purpose of the invention is to expand the functionality of the converter by enabling the conversion of two input voltage ratings. The goal is achieved in that the converter is provided with a third input terminal from the connection point of the capacitor, diode and power electrode of the auxiliary transistor, moreover, the capacitor

включен между вторым и третьим входнымиincluded between the second and third input

выводами преобразовател , а входное напр жение между первым и третьим входными выводами превышает в два раза напр жение между первым и вторым вход- 5 ными выводами преобразовател .the output of the converter, and the input voltage between the first and third input terminals exceeds twice the voltage between the first and second input-5 output terminals of the converter.

На чертеже приведена схема электрическа однотактного преобразовател посто нного напр жени в посто нное.The drawing shows a circuit diagram of a single-ended DC / DC converter.

Однотактный преобразователь посто0Single-ended DC / DC converter

нного напр жени в посто нное содержитthis voltage constant contains

первый 1, второй 2 и третий 3 входные выводы , регулирующий транзистор 4, разделительный трансформатор 5, сглаживающий дроссель 6 и конденсатор 7. Первична об5 мотка 8 сглаживающего дроссел б включена последовательно с первичной обмоткой 9 разделительного трансформатора 5, параллельно которым включена последовательна цепь из конденсатора 10 иthe first 1, second 2 and third 3 input terminals, regulating transistor 4, isolation transformer 5, smoothing inductor 6 and capacitor 7. The primary winding 8 of smoothing throttle 6 is connected in series with the primary winding 9 of isolation transformer 5, in parallel with which is connected a series circuit from the capacitor 10 and

0 вспомогательного транзистора 11, шунти-1 рованного диодом 12. Вторичные обмотки разделительного трансформатора 5 и сглаживающего дроссел 6 присоединены к выходным выводам 13 через первый 14 и0 auxiliary transistor 11, shunted by a diode 12. The secondary windings of the isolation transformer 5 and smoothing throttle 6 are connected to the output terminals 13 through the first 14 and

5 второй 15 выпр мительные диоды к к онден- сатору фильтра 7, блок 16 управлени , коммутатор 17, источник 18 входного напр жени ,.5 second 15 rectifier diodes to filter resistor 7, control unit 16, switch 17, input voltage source 18,.

Однотактный преобразователь посто0 нного напр жени , в посто нное работает следующим образом.A single-ended DC-to-DC converter operates as follows.

Регулирующий транзистор 4 и вспомогательный транзистор 11 работают в ключевом режиме и управл ютс в противофазеThe control transistor 4 and the auxiliary transistor 11 operate in a key mode and are controlled in antiphase

5 широтно-модулированными импульсами, вырабатываемыми блоком управлени 13.5 by the pulse-width modulated pulses generated by the control unit 13.

При поступлении отпирающего импуль- са на базу транзистора 4 последний отпираетс , и к последовательно соединеннымWhen a trigger pulse arrives at the base of transistor 4, the latter is unlocked, and to the series-connected

0 первичным обмоткам 8 и 9 трансформатора 5 и дроссел 6 прикладываетс входное напр жение 18, когда ко входу коммутатора 17 подключен вход 2 преобразовател , либо -разность входного напр жени 18 и напр 5 жени на конденсаторе 10, когда ко входу коммутатора 17 подключен вход 3 преобразовател . При этом фазировка вторичных обмоток трансформатора 5 и дроссел 6 такова , что к диоду 14 прикладываетс отпира- jomiee напр жение, а к диоду 15 запирающее . По окончании управл ющего импульса транзистор 4 запираетс , а транзистор 11 отпираетс . Под действием ЭДС самоиндукции пол рность напр жени на обмотках трансформатора 5 и дроссел 6 измен етс на противоположную, при этом диод 14 запираетс , а диод 15 отпираетс . Размагничивание сердечника сглаживающего дроссел 6 осуществл етс напр жением на конденсаторе фильтра 7, прикладываемым к вторичной обмотке дроссел 6 через диод 15. Перемагничива- ние сердечника трансформатора 5 осущест- вл етс разностью напр жений конденсатора 10 и конденсатора 7 (последнее пересчитано в соответствии с коэффициентом трансформации дроссел 6).The input voltage 18 is applied to the primary windings 8 and 9 of transformer 5 and throttle 6 when the input 2 of the converter is connected to the input of the switch 17, or the difference between the input voltage 18 and voltage 5 of the capacitor 10 when the input 3 is connected to the input of the switch 17 converter. In this case, the phasing of the secondary windings of the transformer 5 and the throttle 6 is such that a voltage jomiee is applied to the diode 14, and a locking voltage is applied to the diode 15. At the end of the control pulse, transistor 4 is turned off and transistor 11 is turned on. Under the influence of EMF self-induction, the voltage polarity on the windings of the transformer 5 and the throttle 6 is reversed, while the diode 14 is locked and the diode 15 is unlocked. The demagnetization of the core of the smoothing throttle 6 is carried out by the voltage on the filter capacitor 7, applied to the secondary winding of the throttle 6 through the diode 15. The demagnetization of the core of the transformer 5 is the voltage difference of the capacitor 10 and the capacitor 7 (the latter is recalculated in accordance with the transformation coefficient throttle 6).

Введем обозначени : Е - входное напр жение одинарного номинала; Е 2Е - входное напр жение двойного номинала; пТ: ni n - коэффициент трансформации трансформатора и дроссел соответственно; U, 11ц- напр жени на конденсаторе 10 и конденсаторе фильтра 7; у- коэффициент заполнени управл ющих импульсов транзистора 4, Тогда из баланса вольтсекундных площадей на обмотках трансформатора 5 и дроссел 6 в установившемс режиме можно записать системы уравнений и их решени относительно U и UH:We introduce the following notation: E is the input voltage of a single rating; E 2E - input voltage of double rating; Fri: ni n is the transformation coefficient of the transformer and the throttle, respectively; U, 11c - voltage across the capacitor 10 and the filter capacitor 7; y is the fill factor of the control pulses of the transistor 4, Then from the balance of the volt-second areas on the windings of the transformer 5 and the throttle 6 in the steady state, we can write down systems of equations and their solutions with respect to U and UH:

а) при подаче входного напр жени на вход 2 преобразовател a) when applying the input voltage to the input 2 of the Converter

(1-y);U E y/(1-y); (пЕ -и„)(1-Х); ин Е -п.у(1-y); U E y / (1-y); (pE-i „) (1-X); in Ye-pu

б) при подаче входного напр жени на вход 3 преобразовател b) when applying the input voltage to the input 3 of the Converter

()y-U(1-y);U () y-U (1-y); U

UHy(U-n-UH)(1-у); UH E. гту(1 -у)UHy (U-n-UH) (1-y); UH E. gtu (1st)

Из анализа выражений дл выходных напр жений следует, что при у 0,5 они равны. Это объ сн етс тем, что при подаче входного напр жени на введенный вывод 3 преобразовател на конденсаторе 10 гаситс его часть, равна U Е у, т.е. половина при у 0,5, и между выводами 1 и 2 действует такое же напр жение, как и при одинарном входном напр жении.From the analysis of the expressions for the output voltages it follows that at y 0.5 they are equal. This is explained by the fact that when the input voltage is applied to the input terminal 3 of the converter on the capacitor 10, part of it is extinguished, equal to U E y, i.e. half at y 0.5, and between pins 1 and 2 the same voltage acts as with a single input voltage.

Величина напр жени , прикладываемого к транзисторам преобразовател , составл ет;The voltage applied to the transistors of the converter is;

а) при подаче входного напр жени одинарного номиналаa) when applying an input voltage of a single rating

+ и Е-+ Е1у/(1-х)Е /(1-у); + and E- + E1y / (1-x) E / (1-y);

б) при подаче входного напр жени двойного номиналаb) when applying an input voltage of double rating

11кэ Е11ke E

т.е. при у 0,5 величина напр жени , прикладываемого к транзисторам преобразовател при преобразовании входного напр жени двойного номинала така же, как и в случае преобразовани входного напр жени одинарного номинала.those. at y 0.5, the magnitude of the voltage applied to the transistors of the converter when converting the input voltage of a double value is the same as in the case of converting the input voltage to a single value.

5Таким образом, введение дополнительного входного вывода преобразовател из точки соединени конденсатора, диода и вспомогательного транзистора и коммутатора позвол ет преобразовывать входные5 Thus, the introduction of an additional input output of the converter from the connection point of the capacitor, diode, and auxiliary transistor and switch allows the input

0 напр жени вдвое отличающиес по номиналу при сохранении массогабаритных, надежностных и регулировочных характеристик преобразовател .0 voltages are two times different in nominal value while maintaining the overall dimensions, reliability and adjustment characteristics of the converter.

Claims

1. Adjustable single-cycle DC / DC converter, autoswitch No. 1590500, containing the control transistor, the first power

0 the output of which is connected to the first input terminal, and the second power terminal is connected to the second input terminal through series-connected primary windings of the isolation transformer

5 and smoothing throttle, the secondary windings of which are connected to the filter capacitor through the first and second rectifier diodes, the series circuit from the diode and capacitor is turned on

0 between the second power terminal of the control transistor and the second input terminal, the control unit, the output of which is connected to the control input of the control transistor, is auxiliary

5 is a transistor, the power terminals of which are connected in parallel to the diode of the serial circuit from the diode and capacitor, and the control input is connected to an additional antiphase output of the control unit, which, in order to expand the functionality of the converter by ensuring the conversion of two values of the input voltage, the converter is provided with a third input output from the connection point of the capacitor, diode and power electrode of the auxiliary transistor, and the capacitor is connected between the second th and third input terminals of the converter and the input voltage na0 forth between the first and third input terminals exceeds twice the voltage between the first and second input terminals of the converter.

2. The converter according to claim 1, with the condition that a switch is introduced, the input terminal of which is connected to the output of the power source, and two output terminals to the second and third input terminals.