RU2007829C1 - Alternating-to-direct voltage converter - Google Patents
Alternating-to-direct voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2007829C1 RU2007829C1 SU5027138A RU2007829C1 RU 2007829 C1 RU2007829 C1 RU 2007829C1 SU 5027138 A SU5027138 A SU 5027138A RU 2007829 C1 RU2007829 C1 RU 2007829C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- transformer
- mosfet
- terminal
- gate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, радиоэлектронике и предназначено для использования в преобразовательных устройствах в качестве источника вторичного электропитания с емкостным накопителем для импульсной нагрузки (например, газоразрядной). The invention relates to electrical engineering, radio electronics and is intended for use in converting devices as a secondary power source with a capacitive storage for pulsed load (for example, gas discharge).
Широко известны преобразователи напряжения, являющиеся зарядными устройствами с различными токоформирующими элементами [1] . Входным напряжением в них является постоянное напряжение, преобразуемое инвертором в переменное. Затем это переменное напряжение выпрямляется и заряжает емкостный накопитель. Между инвертором и выпрямителем могут быть включены согласующие элементы или между ними используется непосредственная связь. Емкостный накопитель может быть непосредственно подключен к выходу выпрямителя или через согласующий элемент. Если в качестве входного напряжения использовать переменное напряжение, то необходимо применить дополнительный выпрямитель и сглаживающий фильтр. Это, естественно, приведет к снижению КПД и ухудшит массогабаритные показатели, что и является недостатком аналогов. Widely known voltage converters, which are chargers with various current-forming elements [1]. The input voltage in them is a constant voltage, which is converted by an inverter into an alternating voltage. Then this alternating voltage is rectified and charges the capacitive storage. Between the inverter and the rectifier, matching elements can be included or a direct connection is used between them. Capacitive storage can be directly connected to the output of the rectifier or through a matching element. If an alternating voltage is used as the input voltage, an additional rectifier and a smoothing filter must be used. This, of course, will lead to a decrease in efficiency and worsen overall dimensions, which is a drawback of analogues.
В качестве прототипа выбран преобразователь переменного напряжения в постоянное [2] , содержащий трансформатор, выпрямитель, входные выводы которого подключены к крайним выводам вторичной обмотки трансформатора, конденсатор и нагрузку, включенные параллельно и подключенные между выходным выводом выпрямителя и выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора, два МДП-транзистора с n-каналом, два МДП-транзистора с p-каналом и два диода, анод первого из которых подключен к истокам и подложкам обоих МДП-транзисторов с n-каналом, стоки которых подключены ко второму выводу первичной обмотки трансформатора и стокам обоих МДП-транзисторов с p-каналом, истоки и подложки которых подключены к катоду второго диода, анод которого подключен к катоду первого диода и второй клемме источника входного напряжения, первая клемма которого подключена к первому выводу первичной обмотки трансформатора, а выход схемы управления подключен к затворам всех четырех МДП-транзисторов. Такой преобразователь позволяет полностью перемагнититься сердечнику трансформатора только при поступлении на его вход следующей полуволны (низкочастотного) входного напряжения. Работа прототипа при длительно подмагниченном сердечнике приводит к необходимости увеличивать габариты и массу трансформатора, к снижению выходной мощности и КПД преобразователя. As a prototype, an AC to DC converter [2] was selected, containing a transformer, a rectifier, the input terminals of which are connected to the extreme terminals of the transformer secondary winding, a capacitor and a load connected in parallel and connected between the output terminal of the rectifier and the output from the midpoint of the secondary transformer winding, two MOS transistors with an n-channel, two MIS transistors with a p-channel and two diodes, the anode of the first of which is connected to the sources and substrates of both MIS transistors with an n-channel, the drain and which are connected to the second terminal of the primary winding of the transformer and the drains of both MOS transistors with a p-channel, the sources and substrates of which are connected to the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the cathode of the first diode and the second terminal of the input voltage source, the first terminal of which is connected to the first the output of the primary winding of the transformer, and the output of the control circuit is connected to the gates of all four MOS transistors. Such a converter allows the core of the transformer to be completely remagnetized only when the next half-wave (low-frequency) input voltage arrives at its input. The work of the prototype with a long magnetized core leads to the need to increase the dimensions and mass of the transformer, to reduce the output power and efficiency of the converter.
Задача данного изобретения - улучшение использования трансформатора: при этом достигается требуемый технический результат за счет его полного размагничивания (перемагничивания) при переключении МДП-транзисторов в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем трансформатор, выпрямитель, входные выводы которого подключены к крайним выводам вторичной обмотки трансформатора, конденсатор и нагрузку, включенные параллельно и подключенные между выходным выводом выпрямителя и выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора, два МДП-транзистора с n-каналом, два МДП-транзистора с p-каналом и два диода, катод первого из которых подключен к аноду второго диода и второй клемме источника питания, первая клемма которого подключена к первому выводу первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен к стокам первого МДП-транзистора с n-каналом и первого МДП-транзистора с p-каналом, исток и подложка которого подключены к катоду второго диода и истоку с подложкой второго МДП-транзистора с p-каналом, сток которого подключен к стоку второго МДП-транзистора с n-каналом, исток и подложка которого подключены к аноду первого диода и истоку с подложкой первого МДП-транзистора с n-каналом, затвор которого подключен к затвору первого МДП-транзистора с p-каналом, а затвор второго МДП-транзистора с n-каналом подключен к затвору второго МДП-транзистора с p-каналом, отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что первичная обмотка трансформатора дополнена витками, образующими дополнительную ее секцию, подключенную одним своим выводом к первому выводу первичной обмотки трансформатора, а вторым своим выводом - к стоку второго МДП-транзистора, затвор которого подключен ко второму выводу управления, а первый вывод управления подключен к затвору первого МДП-транзистора. The objective of this invention is the improvement of the use of the transformer: this achieves the required technical result due to its complete demagnetization (magnetization reversal) when switching the MOS transistors in the AC to DC converter containing a transformer, a rectifier, the input terminals of which are connected to the extreme terminals of the transformer secondary winding, capacitor and load connected in parallel and connected between the output terminal of the rectifier and the terminal from the midpoint of the secondary winding transformer, two MOSFET transistors with n-channel, two MOSFETs with p-channel and two diodes, the cathode of the first of which is connected to the anode of the second diode and the second terminal of the power source, the first terminal of which is connected to the first terminal of the primary winding of the transformer, the second the output of which is connected to the drains of the first MOSFET transistor with an n-channel and the first MOSFET transistor with a p-channel, the source and substrate of which are connected to the cathode of the second diode and the source with the substrate of the second MOSFET transistor with a p-channel, the drain of which is connected to the drain second TIR-t a transistor with an n-channel, the source and substrate of which is connected to the anode of the first diode and the source with the substrate of the first MOS transistor with an n-channel, the gate of which is connected to the gate of the first MOS transistor with a p-channel, and the gate of the second MIS transistor with n -channel is connected to the gate of the second MIS transistor with a p-channel, distinctive features from the prototype are that the primary winding of the transformer is supplemented with turns forming its additional section, connected by its own output to the first output of the primary winding of the transformer pa, and its second output - to a drain of the second MIS transistor whose gate is connected to the second control terminal, a first terminal connected to the control gate of the first MIS transistor.
При положительной полуволне входного напряжения Uвх работа устройства осуществляется с помощью МДП-транзисторов с n-каналом, а при отрицательной полуволне Uвх - с помощью МДП-транзисторов с p-каналом. Поскольку МДП-транзисторы с n-каналом при положительной полуволне Uвх (а также МДП-транзисторы с p-каналом при отрицательной полуволне Uвх) открываются и закрываются поочередно, то ток в первичной (и вторичной) обмотке трансформатора при этом будет протекать то в одном, то в другом (противоположном) направлении (при любой полярности Uвх). В результате сердечник трансформатора будет полностью перемагничиваться, т. е. в нем будет отсутствовать постоянное подмагничивание.With a positive half-wave of the input voltage U in , the device is operated using MIS transistors with an n-channel, and with a negative half-wave of U in - using MIS transistors with a p-channel. Since MIS transistors with an n-channel with a positive half-wave U in (and also MOS transistors with a p-channel with a negative half-wave U in ) open and close alternately, the current in the primary (and secondary) winding of the transformer will flow in one, then in another (opposite) direction (for any polarity U in ). As a result, the core of the transformer will be completely remagnetized, i.e., there will be no permanent magnetization in it.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 2 - временная диаграмма тока в обмотках трансформатора. In FIG. 1 is a schematic diagram of an AC to DC converter; in FIG. 2 is a timing diagram of the current in the transformer windings.
Предлагаемый преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит трансформатор 1, выпрямитель 2, конденсатор 3, нагрузку 4, два МДП-транзистора с n-каналом 5 и 6, два МДП-транзистора с p-каналом 7 и 8, два диода 9 и 10. Трансформатор 1 имеет две обмотки: первичную и вторичную. Крайние выводы вторичной обмотки трансформатора 1 подключены ко входным выводам выпрямителя 2, между выходным выводом которого и выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора 1 параллельно друг другу включены конденсатор 3 и нагрузка 4. Первая клемма источника входного напряжения подключена к первому выводу (средней точке) первичной обмотки трансформатора 1, второй (крайний) вывод которой подключен к стокам МДП-транзисторов 5 и 7. Третий (крайний) вывод первичной обмотки трансформатора 1 (от крайнего витка дополнительной секции) подключен к стокам МДП-транзисторов 6 и 8. Истоки и подложки МДП-транзисторов 5 и 6 подключены к аноду диода 9, а истоки и подложка МДП-транзисторов 7 и 8 подключены к катоду диода 10. Катод диода 9 и анод диода 10 подключены ко второй клемме источника питания. Затворы МДП-транзисторов 5 и 7 подключены к первому выводу управления, а затворы МДП-транзисторов 6 и 8 - ко второму выводу управления. Выпрямитель 2 может быть выполнен как в аналогах, как в прототипе или иным образом. Конденсатор 3 выполняет функции накопителя энергии. В качестве нагрузки 4 могут быть использованы различные устройства и элементы (ОКГ, газоразрядные лампы и др. ). Сигналы управления Uупр1 и Uупр2 должны быть двухполярными. Когда Uупр1 имеет положительную полярность, Uупр2 - отрицательную, и наоборот. Длительность импульсов управления зависит от конкретных технических требований, а их частота должна быть много больше частоты входного напряжения.The proposed AC to DC converter contains a transformer 1, a rectifier 2, a capacitor 3, a load 4, two MOS transistors with an n-channel 5 and 6, two MOS transistors with a p-channel 7 and 8, two diodes 9 and 10. The transformer 1 has two windings: primary and secondary. The extreme terminals of the secondary winding of the transformer 1 are connected to the input terminals of the rectifier 2, between the output terminal of which and the output from the midpoint of the secondary winding of the transformer 1, capacitor 3 and load 4 are connected in parallel to each other. The first terminal of the input voltage source is connected to the first terminal (middle point) of the primary windings of transformer 1, the second (extreme) terminal of which is connected to the drains of the MOS transistors 5 and 7. The third (extreme) terminal of the primary winding of transformer 1 (from the extreme turn of the additional section) connected to the drains of the MOS transistors 6 and 8. The sources and substrates of the MOS transistors 5 and 6 are connected to the anode of the diode 9, and the sources and substrate of the MOS transistors 7 and 8 are connected to the cathode of the diode 10. The cathode of the diode 9 and the anode of the diode 10 are connected to the second terminal of the power source. The gates of the MOS transistors 5 and 7 are connected to the first control terminal, and the gates of the MOS transistors 6 and 8 are connected to the second control terminal. The rectifier 2 can be made as in analogues, as in the prototype or otherwise. Capacitor 3 performs the function of energy storage. As the load 4 can be used various devices and elements (laser, gas discharge lamps, etc.). The control signals U control1 and U control2 must be bipolar. When U CP1 has a positive polarity, U CP2 is negative, and vice versa. The duration of the control pulses depends on the specific technical requirements, and their frequency should be much greater than the frequency of the input voltage.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.
При положительной полуволне входного напряжения Uвх протекание тока в первичной обмотке трансформатора 1 определяется открытым состоянием МДП-транзисторов 5 и 6, поскольку диод 9 при этом включен в пропускном направлении. При отрицательной полуволне Uвх протекание тока определяется открытым состоянием МДП-транзисторов 7 и 8, поскольку в этом случае уже диод 10 включен в пропускном направлении. Для открывания МДП-транзисторов 5 и 6 на их затворы поступают положительные импульсы, а для открывания МДП-транзисторов 7 и 8 - отрицательные импульсы. Поскольку частота отпирающих импульсов Uупр1 и Uупр2 будет значительно больше частоты Uвх, то за одну полуволну входного напряжения ток в обмотках трансформатора 1 будет многократно менять свое направление протекания (см. фиг. 2). Так, при открытом МДП-транзисторое 5 (или МДП-транзисторе 7) ток будет протекать через первую (основную, левую) секцию первичной обмотки трансформатора 1 по МДП-транзистору 5 (или 7) и диоду 9 (или 10). При открытом МДП-транзисторе 6 (или МДП-транзисторе 8) ток от источника входного напряжения будет протекать через вторую (дополнительную, правую) секцию первичной обмотки трансформатора 1 по МДП-транзистору 6 (или 8) и диоду 9 (или 10).With a positive half-wave of the input voltage U I, the current flow in the primary winding of the transformer 1 is determined by the open state of the MOS transistors 5 and 6, since the diode 9 is turned on in the through direction. At a negative half-wave U in, the current flow is determined by the open state of the MOS transistors 7 and 8, since in this case the diode 10 is already turned on in the through direction. To open the MOS transistors 5 and 6, positive pulses are received at their gates, and to open the MIS transistors 7 and 8, negative pulses are received. Since the frequency of the unlocking pulses U control 1 and U control 2 will be significantly higher than the frequency U I , then for one half-wave of the input voltage, the current in the windings of the transformer 1 will repeatedly change its direction of flow (see Fig. 2). So, when the MOS transistor 5 (or MIS transistor 7) is open, the current will flow through the first (main, left) section of the primary winding of the transformer 1 through the MIS transistor 5 (or 7) and diode 9 (or 10). When the MOS transistor 6 (or MIS transistor 8) is open, the current from the input voltage source will flow through the second (additional, right) section of the primary winding of the transformer 1 via the MIS transistor 6 (or 8) and diode 9 (or 10).
Сигналы со вторичной обмотки трансформатора 1 преобразуются выпрямителем 2 в пульсирующее однополярное напряжение, поступающее на емкостный накопитель энергии 3. При подключении (зажигании) нагрузки 4 происходит разряд конденсатора 3 на нагрузку 4. The signals from the secondary winding of the transformer 1 are converted by the rectifier 2 into a pulsating unipolar voltage supplied to the capacitive energy storage 3. When the load 4 is connected (ignited), the capacitor 3 is discharged to the load 4.
За счет изменения направления протекания тока в обмотках трансформатора 1 полностью происходит перемагничивание сердечника трансформатора, т. е. отсутствует его постоянное подмагничивание. Это обстоятельство улучшает использование трансформатора 1, позволяет снизить его габариты и массу. Due to the change in the direction of current flow in the windings of the transformer 1, the magnetization of the core of the transformer is completely reversed, that is, its permanent magnetization is absent. This circumstance improves the use of transformer 1, allows to reduce its dimensions and weight.
Экспериментальная проверка преобразователя переменного напряжения в постоянное была проведена на МДП-транзисторах КП701, КП702, 2П703, 2П803 и лабораторных образцах. An experimental check of the AC to DC converter was carried out on MIS transistors KP701, KP702, 2P703, 2P803 and laboratory samples.
В предлагаемом устройстве наблюдалось многократное полное перемагничивание магнитопровода трансформатора в течение действия одной полуволны входного напряжения. (56) 1. Булатов О. Г. и др. "Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии", М. , "Радио и связь", 1986, с. 43. In the proposed device was observed multiple full magnetization reversal of the transformer magnetic circuit during the action of one half-wave of the input voltage. (56) 1. Bulatov O.G. et al. “Semiconductor Chargers of Capacitive Energy Storage”, M., “Radio and Communication”, 1986, p. 43.
2. Авторское свидетельство СССР N 1693701, кл. H 02 M 7/217, 1971. 2. Copyright certificate of the USSR N 1693701, cl. H 02 M 7/217, 1971.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5027138 RU2007829C1 (en) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | Alternating-to-direct voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5027138 RU2007829C1 (en) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | Alternating-to-direct voltage converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007829C1 true RU2007829C1 (en) | 1994-02-15 |
Family
ID=21596803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5027138 RU2007829C1 (en) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | Alternating-to-direct voltage converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2007829C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2817329C1 (en) * | 2023-09-18 | 2024-04-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Magnetically coupled power factor corrector with passive valve element and constant output voltage stabilization |
-
1992
- 1992-02-12 RU SU5027138 patent/RU2007829C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2817329C1 (en) * | 2023-09-18 | 2024-04-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Magnetically coupled power factor corrector with passive valve element and constant output voltage stabilization |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0942519A1 (en) | Switching power supply | |
TW201145778A (en) | Active-clamp circuit for quasi-resonant flyback power converter | |
TWI689153B (en) | A supply voltage generating circuit and the associated integrated circuit | |
KR19990077936A (en) | Current-resonant switching power supply | |
JPH11146640A (en) | Rectifying circuit for switching power supply and switching power supply using the rectifying circuit | |
KR100595752B1 (en) | Self-driven synchronous rectifier circuit for non-optimal reset secondary voltage | |
US20060083029A1 (en) | Switching power supply | |
US7282867B2 (en) | Lighting device for discharge lamp | |
RU2007829C1 (en) | Alternating-to-direct voltage converter | |
US6005779A (en) | Rectification and inversion circuits | |
US9825550B1 (en) | Bi-directional power converter for converting power between alternating current and direct current | |
JPS5849112B2 (en) | Commutation circuit | |
US5684681A (en) | Drive circiut of switching element for switching mode power supply device | |
JP4013952B2 (en) | DC-DC converter | |
US8054650B2 (en) | Switching power supply circuit and driving method thereof | |
US10778109B2 (en) | Power supply and power supply unit | |
JP4409076B2 (en) | Multi-output synchronous rectification switching power supply | |
KR100394660B1 (en) | A charging circuit of a battery for a electro-motive vehicle | |
RU2103792C1 (en) | Pulsed dc voltage regulator | |
RU2009604C1 (en) | Single-ended voltage converter | |
JP3448143B2 (en) | Synchronous rectification circuit | |
SU1767651A1 (en) | Transistor autogenerator | |
RU2186452C2 (en) | Half-bridge dc voltage converter | |
SU1683153A1 (en) | Ac/dc voltage converter | |
RU2208894C2 (en) | Device for shaping power transistor control pulse |