RU2108653C1 - Static converter with quasi-resonant current switching - Google Patents

Static converter with quasi-resonant current switching Download PDF

Info

Publication number
RU2108653C1
RU2108653C1 RU95116027A RU95116027A RU2108653C1 RU 2108653 C1 RU2108653 C1 RU 2108653C1 RU 95116027 A RU95116027 A RU 95116027A RU 95116027 A RU95116027 A RU 95116027A RU 2108653 C1 RU2108653 C1 RU 2108653C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
circuit
series
capacitor
choke
load
Prior art date
Application number
RU95116027A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95116027A (en
Inventor
Ю.П. Жирков
В.А. Чванов
Original Assignee
Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина filed Critical Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина
Priority to RU95116027A priority Critical patent/RU2108653C1/en
Publication of RU95116027A publication Critical patent/RU95116027A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2108653C1 publication Critical patent/RU2108653C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: power supplies incorporating high-frequency section for loads running at no load for long time, such as welding machines, or equipment requiring no-break power supply. SUBSTANCE: converter that has two series- connected DC power supplies, series resonance-tuned LC circuit connected on one end through controlled valves shorted out by diodes to free poles of power supplies and on other end, to their common point, as well as load connected directly or through matching transformer to resonance-tuned circuit capacitor, is provided, in addition, with choke or series LC circuit connected in parallel with resonance-tuned circuit capacitor to form oscillatory circuit. Choke should be better used for transformerless circuit arrangement, and LC circuit, for circuits using matching transformer. EFFECT: reduced loading of power components and loss under no-load conditions. 4 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в качестве источника питания со звеном повышенной частоты. The invention relates to a conversion technique and is intended for use as a power source with a high frequency link.

Областью применения рассматриваемого преобразователя является потребитель, где имеют место длительные режимы холостого хода, например сварочные аппараты, агрегаты бесперебойного питания. The scope of the converter in question is the consumer, where there are long idle modes, such as welding machines, uninterruptible power supply units.

Известны схемы статических преобразователей с последовательным резонансным контуром и квазирезонансной коммутацией тока [1, 2]. Known schemes of static converters with a series resonant circuit and quasi-resonant current switching [1, 2].

Достоинствами таких преобразователей являются бестоковое включение управляемых полупроводниковых переключателей и естественная коммутация. Это обеспечивает высокую надежность коммутации и существенно снижает потери на выключение, что особенно важно при работе на повышенных частотах. The advantages of such converters are the currentless switching of controlled semiconductor switches and natural switching. This provides high switching reliability and significantly reduces loss on shutdown, which is especially important when working at higher frequencies.

Общим недостатком этих преобразований является однотактное исполнение и получение на выходе только постоянного напряжения. A common drawback of these transformations is the single-cycle design and the output of only constant voltage.

В качестве прототипа принята схема преобразователя, изображенная на фиг. 10 [2] . В составе преобразователя имеется источник постоянного напряжения, последовательный LC-резонансный контур, подключенный к положительному полюсу источника через управляемый вентиль, шунтированный диодом. As a prototype, the converter circuit shown in FIG. 10 [2]. The converter includes a constant voltage source, a series LC resonance circuit connected to the positive pole of the source through a controlled valve shunted by a diode.

Параллельно конденсатору резонансного контура включена через сглаживающий фильтр нагрузка. Parallel to the resonator circuit capacitor, a load is connected through a smoothing filter.

Кроме уже указанных, описанная схема обладает недостатком, заключающимся в том, что силовые ключи и оборудование колебательного контура в режиме холостого хода работают почти в таких же условиях, как и при включенной номинальной нагрузке. In addition to those already mentioned, the described circuit has a disadvantage in that the power switches and the equipment of the oscillating circuit in idle mode work in almost the same conditions as when the rated load is on.

Целью изобретения является снижение загрузки силовых элементов преобразователя и потерь при работе в режиме холостого хода при расширенных функциональных возможностях преобразователя за счет совмещения в нем функций преобразования постоянного питающего напряжения как в постоянное, так и в переменное. The aim of the invention is to reduce the load of the power elements of the converter and losses when operating in idle mode with the extended functionality of the converter due to the combination of the functions of converting a constant supply voltage into a constant or into a variable therein.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь вводится второй источник постоянного напряжения, включенный последовательно с первым, и второй управляемый вентиль, шунтированный диодом, через который резонансный контур подключается к отрицательному полюсу второго источника. Кроме того, параллельно конденсатору резонансного контура, подключается дроссель или последовательная LC-цепочка, образующие резонансную цепь. This goal is achieved by the fact that a second DC voltage source, connected in series with the first, and a second controlled valve shunted by a diode through which the resonant circuit is connected to the negative pole of the second source, is introduced into the converter. In addition, in parallel with the capacitor of the resonant circuit, a choke or a series LC circuit is connected, forming a resonant circuit.

Применение изобретения позволит уменьшить потери в режиме холостого хода и токовую нагрузку силовых элементов колебательного контура. The application of the invention will reduce losses in idle mode and the current load of the power elements of the oscillatory circuit.

На фиг. 1 представлена схема рассматриваемого преобразователя; на фиг. 2 а, б - диаграммы токов и напряжений на силовых элементах при работе схемы без дросселя или LC-цепочки; на фиг. 3 а, б - диаграммы токов и напряжений при включении параллельно конденсатору дросселя; на фиг. 4 а, б - диаграммы токов и напряжений при подключении параллельно конденсатору последовательной LC-цепи. In FIG. 1 shows a diagram of the converter in question; in FIG. 2 a, b - diagrams of currents and voltages on power elements during operation of the circuit without a choke or LC-chain; in FIG. 3 a, b are diagrams of currents and voltages when a choke is connected in parallel to the capacitor; in FIG. 4 a, b are diagrams of currents and voltages when connected in series with a capacitor in series with an LC circuit.

Рассматриваемый преобразователь состоит из двух встречно-параллельно включенных управляющих вентилей, шунтированных диодами 1, 2, подключенных к двум последовательно соединенным источникам питания 3, 4, причем управляемый вентиль 1 присоединен к "+" источника 3, а управляемый вентиль 2 к "-" источника питания 4. Резонансный контур, состоящий из дросселя 5 и конденсатора 6, размещен между точками соединения вентилей 1 и 2 и источников питания 3 и 4. К зажимам резонансного конденсатора подключается согласующий элемент 7, который может включать в себя согласующий трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр. На выходе согласующего элемента 7 подключена нагрузка 8. The converter in question consists of two counter-parallel connected control valves, shunted by diodes 1, 2, connected to two series-connected power sources 3, 4, moreover, the controlled valve 1 is connected to the “+” of the source 3, and the controlled valve 2 to the “-” of the source power supply 4. A resonant circuit consisting of a reactor 5 and a capacitor 6 is placed between the connection points of valves 1 and 2 and power supplies 3 and 4. A matching element 7 is connected to the terminals of the resonant capacitor, which may include matching transformer, rectifier, smoothing filter. The output of the matching element 7 is connected to the load 8.

Для реализации предмета заявки вводится дополнительный элемент 9, подключенный параллельно конденсатору 6. Элемент 9 может состоять или из дросселя, или последовательной цепочки из дросселя и конденсатора. To implement the subject of the application, an additional element 9 is introduced, connected in parallel with the capacitor 6. Element 9 can consist of either a choke or a series of chokes and a capacitor.

Фиг. 2 - 4 иллюстрируют работу преобразователя с параметрами: Eпит 3,4 = 250 В, Rнагр8 = 0,164 Ом, Tперекл. = 480 мкс, L5 = 10 мкГн, L9 = 3 мГн (L9 = 8 мГн, C9 = 1,27 мкФ), C6 = 2,1 мкФ, Kтр = 6,7.FIG. 2 - 4 illustrate the operation of the converter with the parameters: E pit 3.4 = 250 V, R load 8 = 0.164 Ohm, T switch. = 480 μs, L5 = 10 μH, L9 = 3 mH (L9 = 8 mH, C9 = 1.27 μF), C6 = 2.1 μF, K Tr = 6.7.

Обозначения на рисунках соответствуют: I 12 - суммарный ток через управляемые вентили 1 и 2; U 6 - напряжение на конденсаторе 6; I 8 - ток нагрузки 8; U 8 - напряжение на нагрузке 8. The designations in the figures correspond to: I 12 - total current through controlled valves 1 and 2; U 6 is the voltage across the capacitor 6; I 8 - load current 8; U 8 - voltage at load 8.

Принципы работы преобразователя рассмотрим по схеме, изображенной на фиг. 1. Рассмотрим сначала работу схемы без элемента 9. При включении управляемого вентиля 1, происходит сначала заряд конденсатора 6, а при переходе зарядного тока через нуль, разряд конденсатора 6 через дроссель 5 и диод 1, на конденсаторе 6 образуется полуволна напряжения, которая трансформируется через 7 в нагрузку 8.Аналогично происходит процесс при включении управляющего вентиля 2, при этом на конденсаторе 6 образуется полуволна напряжения противоположной полярности. We consider the operating principles of the converter according to the circuit shown in FIG. 1. First, we consider the operation of the circuit without element 9. When the controlled valve 1 is turned on, the capacitor 6 first charges, and when the charging current passes through zero, the capacitor 6 discharges through the inductor 5 and diode 1, a half-wave of voltage forms on the capacitor 6, which is transformed through 7 to the load 8. Similarly, the process occurs when the control valve 2 is turned on, and a half-wave of voltage of opposite polarity is formed on the capacitor 6.

Собственная частота колебательного контура, образованного дросселем 5 и конденсатором 6

Figure 00000002
,
Частота переключения двухтактного преобразователя Fупр<Fp/2 с целью обеспечения паузы между рабочими состояниями переключателя.Natural frequency of the oscillatory circuit formed by the inductor 5 and the capacitor 6
Figure 00000002
,
The switching frequency of the push-pull converter F control <F p / 2 in order to ensure a pause between the operating states of the switch.

На фиг. 2, а показаны токи и напряжения в режиме к.з., а на фиг. 2, б в режиме подключения нагрузки. In FIG. 2a shows currents and voltages in the short-circuit mode, and in FIG. 2, b in load connection mode.

При подключении элемента 9 параллельно конденсатору 6 (подключается отдельно дроссель) образуется дополнительный колебательный контур, образованный дросселем 9 и конденсатором 6. Собственная частота вновь образованного контура Fрдоп является той частотой Fxx, на которую должен перейти преобразователь в режиме x.x.When the element 9 is connected in parallel to the capacitor 6 (a choke is connected separately), an additional oscillatory circuit is formed, formed by the choke 9 and the capacitor 6. The natural frequency of the newly formed circuit F rdp is the frequency F xx to which the converter should switch in xx mode

Figure 00000003

Fxx<<Fp/2.
Figure 00000003

F xx << F p / 2.

Физика процесса здесь такова (рассматривается режим x.x.). При включении управляемого вентиля 1 происходит колебательный заряд конденсатора 6 через дроссель 5 (т. к. Fp>>Fpдоп), а затем развиваются собственные колебания на частоте Fxx в контуре L9 и C6. Если частота Fупр = Fxx, то заряд конденсатора 6 от источника питания 3 происходит в противофазе с напряжением на конденсаторе 6 от собственных колебаний на частоте Fp доп, т.е. источник питания 3 включается на противо ЭДС, при этом ток 13 от источника питания снижается в соответствии с формулой
I3 = (U3 - UC6)/Zвх
где
U3 - напряжение источника питания 3;
UC6 - напряжение на конденсаторе 6;
Zвх - входное сопротивление схемы, относительно зажимов источника питания.
The physics of the process is as follows (the xx mode is considered). When the controlled valve 1 is turned on, the oscillatory charge of the capacitor 6 occurs through the inductor 5 ( because F p >> F pdop ), and then the natural oscillations develop at a frequency F xx in the circuit L9 and C6. If the frequency F CPR = F xx , then the charge of the capacitor 6 from the power source 3 occurs in antiphase with the voltage across the capacitor 6 from its own oscillations at a frequency F p add , i.e. power supply 3 is turned on to counter EMF, while the current 13 from the power source is reduced in accordance with the formula
I 3 = (U 3 - U C6 ) / Z in
Where
U 3 - voltage power supply 3;
U C6 is the voltage across the capacitor 6;
Z I - input circuit resistance, relative to the terminals of the power source.

Снижение тока источника питания означает также снижение тока в элементах 1, 2, 5 и снижение потребляемой мощности. На фиг. 3, а показаны процессы в схеме при подключении дросселя 9. A decrease in the current of the power supply also means a decrease in the current in elements 1, 2, 5 and a decrease in power consumption. In FIG. 3, a shows the processes in the circuit when connecting the inductor 9.

При использовании дополнительного последовательного соединения L9, C9 характер процесса аналогичен вышеописанному (см. фиг. 4, а). Качественное отличие заключается в повышении добротности колебательного контура, образованного L9, C9, C6 и L трансформатора из согласующего элемента 7. When using an additional serial connection L9, C9, the nature of the process is similar to that described above (see Fig. 4, a). A qualitative difference is to increase the quality factor of the oscillating circuit formed by the L9, C9, C6 and L transformer from the matching element 7.

Подбором параметров L9 или L9, C9 можно выбрать оптимальную частоту Fxx.By selecting the parameters L9 or L9, C9, you can select the optimal frequency F xx .

При подключении нагрузки резко изменяется добротность контура L9, C6 или L9, C9, C6, собственные колебания (на частоте Fрдоп) быстро затухают, кроме того, Fупр>>Fxx и практически отсутствует начальное напряжение на U C6 в момент включения управляемых вентилей 1, 2. Поэтому на рабочих частях (Fупр) при наличии нагрузки заявляемый преобразователь работает как прототип (см. фиг. 2, б, 3, б, 4, б).When the load is connected, the quality factor of the circuit L9, C6 or L9, C9, C6 changes sharply, the natural oscillations (at the frequency F rdop ) quickly decay, in addition, F control >> F xx and there is practically no initial voltage to U C6 at the moment of switching on the controlled valves 1, 2. Therefore, on the working parts (F control ) in the presence of load, the inventive converter operates as a prototype (see Fig. 2, b, 3, b, 4, b).

Применение дросселя 9 целесообразно для бестрансформаторной схемы в элементе 7, а последовательное соединение дросселя 9 и конденсатора 9 целесообразно для схем с использованием согласующего трансформатора. The use of inductor 9 is advisable for transformerless circuits in element 7, and the serial connection of inductor 9 and capacitor 9 is advisable for circuits using a matching transformer.

Источники информации
1. K.H. Ziu и др. Квазирезонансные преобразователи - топология и характеристики, - IEEE Fransaction on Power Electronics, том PE-2, N 1, 1987, с. 62 - 71.
Sources of information
1. KH Ziu et al. Quasi-resonant converters - topology and characteristics, - IEEE Fransaction on Power Electronics, vol. PE-2, N 1, 1987, p. 62 - 71.

2. Lee Квазирезонансные преобразователи с переключением при нулевом токе, работающие в двухполупериодном режиме. Патент США N 4720667, кл. 323 - 271. 2. Lee Quasi-resonant zero-current switching converters operating in half-wave mode. U.S. Patent 4,720,667, cl. 323 - 271.

3. Заявка N 5068591/07 РФ. Статический преобразователь с квазирезонансной коммутацией тока /В. А. Чванов, В.И. Сидоров/ Приоритет от 6.10. 1992, H 02 m 7/519. 3. Application N 5068591/07 of the Russian Federation. Static converter with quasi-resonant current / V switching. A. Chvanov, V.I. Sidorov / Priority from 6.10. 1992, H 02 m 7/519.

Claims (1)

Статический преобразователь с квазирезонансной коммутацией тока, содержащий источник постоянного напряжения, последовательный резонансный контур, подключенный первым выводом к положительному выводу источника постоянного напряжения через управляемый вентиль, шунтированный диодом, и согласующий элемент с нагрузкой, подключенной параллельно конденсатору последовательного резонансного контура, отличающийся тем, что в него введены второй источник постоянного напряжения, второй управляемый вентиль, шунтированный диодом, и дроссель или последовательная цепочка из дросселя и конденсатора, причем источники постоянного напряжения включены согласно последовательно, последовательный резонансный контур подключен первым выводом к отрицательному выводу второго источника питания через второй управляемый вентиль, дроссель или последовательная цепочка из дросселя и конденсатора включены параллельно конденсатору последовательного резонансного контура, а второй вывод последовательного резонансного контура подключен к общей точке источников постоянного напряжения. A static converter with quasi-resonant current switching, containing a constant voltage source, a serial resonant circuit connected to the positive terminal of the constant voltage source through a controlled valve shunted by a diode, and a matching element with a load connected in parallel to the series capacitor of the resonant circuit, characterized in that he introduced a second source of constant voltage, a second controlled valve, shunted by a diode, and a choke and a series circuit of a choke and a capacitor, wherein the DC voltage sources are connected in series, the series resonant circuit is connected by the first terminal to the negative terminal of the second power source through a second controlled valve, the choke or the series circuit of the choke and capacitor is connected in parallel with the series resonator circuit capacitor, and the second the output of the series resonant circuit is connected to a common point of constant voltage sources.
RU95116027A 1995-09-15 1995-09-15 Static converter with quasi-resonant current switching RU2108653C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95116027A RU2108653C1 (en) 1995-09-15 1995-09-15 Static converter with quasi-resonant current switching

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95116027A RU2108653C1 (en) 1995-09-15 1995-09-15 Static converter with quasi-resonant current switching

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95116027A RU95116027A (en) 1997-11-10
RU2108653C1 true RU2108653C1 (en) 1998-04-10

Family

ID=20172071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95116027A RU2108653C1 (en) 1995-09-15 1995-09-15 Static converter with quasi-resonant current switching

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2108653C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540966C1 (en) * 2013-08-08 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО "Гамем") Static converter
RU2822560C2 (en) * 2022-02-18 2024-07-09 Общество с ограниченной ответственностью "КАЛИБР ТЗ" (ООО "КАЛИБР ТЗ") Accumulator power supply of welding machine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Liu K.H. и др. Квазирезонансные преобразователи - технология и характеристики. - IEE Transaction on Power Electronics, том РЕ-2. - 1987, N 1, с.62-71. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540966C1 (en) * 2013-08-08 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Гамем" (ООО "Гамем") Static converter
RU2822560C2 (en) * 2022-02-18 2024-07-09 Общество с ограниченной ответственностью "КАЛИБР ТЗ" (ООО "КАЛИБР ТЗ") Accumulator power supply of welding machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3644615B2 (en) Switching power supply
KR100629836B1 (en) Pulse frequency modulation drive circuit for piezoelectric transformer
US4845605A (en) High-frequency DC-DC power converter with zero-voltage switching of single primary-side power device
US20020011801A1 (en) Power feedback power factor correction scheme for multiple lamp operation
JPH0197169A (en) High-frequency resonance type power converter
JPH0213262A (en) Dc/dc converter
KR20030011337A (en) Switch-mode power supply with autonomous primary inverter
JPS5635679A (en) Power supply
US5303137A (en) Multiresonant self-oscillating converter circuit
CN100413194C (en) Method for controlling DC-DC converter
US6166927A (en) Push-pull power converter circuit
JPS59191485A (en) Low loss high frequency inverter
US4736283A (en) Regulated voltage converter which has substantially fewer parts than prior art devices
JP2513381B2 (en) Power supply circuit
RU2108653C1 (en) Static converter with quasi-resonant current switching
US6697267B2 (en) Voltage converter
RU2216094C2 (en) Resonance-tuned power converter for coil excitation
JPH0691750B2 (en) Inverter device
EP0477587A1 (en) Power apparatus
CA2479981A1 (en) Circuit for power factor correction
Malesani et al. High efficiency electronic lamp ballast with unity power factor
Wei et al. A novel approach for achieving ZVS operation in class-D ZVS inverter
JP4430188B2 (en) Resonant power supply
RU2085013C1 (en) Quasi-resonant current handling static converter
RU2821421C1 (en) Resonant voltage converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080916