RU2108653C1 - Static converter with quasi-resonant current switching - Google Patents
Static converter with quasi-resonant current switching Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
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
,
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
,
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
Fxx<<Fp/2.
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)
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)
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 |
-
1995
- 1995-09-15 RU RU95116027A patent/RU2108653C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
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)
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 |