RU2110132C1 - Dc-to-dc voltage changer - Google Patents
Dc-to-dc voltage changer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2110132C1 RU2110132C1 RU96102142A RU96102142A RU2110132C1 RU 2110132 C1 RU2110132 C1 RU 2110132C1 RU 96102142 A RU96102142 A RU 96102142A RU 96102142 A RU96102142 A RU 96102142A RU 2110132 C1 RU2110132 C1 RU 2110132C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminals
- voltage
- transformer
- terminal
- converter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области преобразования электрической энергии, в частности постоянного напряжения в постоянное, и может быть использовано в качестве устройства, обеспечивающего как двухполярное выходное напряжение из однополярного входного, так и изменение выходного напряжения вдвое (уменьшенное или увеличенное) относительно входного с высоким КПД. The invention relates to the field of conversion of electrical energy, in particular direct voltage to constant, and can be used as a device that provides both a bipolar output voltage from a unipolar input voltage and a change in output voltage by half (reduced or increased) relative to the input with high efficiency.
Известны устройства с использованием операционных усилителей с мощным выходным каскадом на комплементарных транзисторах [1], обеспечивающие понижение выходного напряжения и формирование двухполярного напряжения питания из однополярного источника напряжения. Такие устройства за счет глубокой отрицательной обратной связи обладают высокой степенью симметрии. Однако при несимметричной нагрузке разностный ток течет через один из транзисторов выходного каскада стабилизатора, что снижает КПД устройства. КПД такого устройства особенно низок, если нагрузка подключена только к одному плечу, например, между клеммами +E и 0. Known devices using operational amplifiers with a powerful output cascade on complementary transistors [1], providing lower output voltage and the formation of a bipolar supply voltage from a unipolar voltage source. Such devices due to deep negative feedback have a high degree of symmetry. However, with an asymmetric load, the differential current flows through one of the transistors of the output stage of the stabilizer, which reduces the efficiency of the device. The efficiency of such a device is especially low if the load is connected to only one arm, for example, between the terminals + E and 0.
Повышенным КПД обладают схемы с преобразованием постоянного напряжения в переменное с последующим выпрямлением, в частности [2], выходное напряжение которого (повышенное или пониженное - в зависимости от необходимости, в том числе и симметричное) обеспечивается на выходе мостового выпрямителя, питающегося от обмотки со средней точкой трансформатора преобразователя напряжения. Circuits with conversion of direct voltage to alternating voltage with subsequent rectification, in particular [2], have an increased efficiency, the output voltage of which (increased or lowered, depending on the need, including symmetrical) is provided at the output of a bridge rectifier powered by a medium-sized winding point transformer voltage converter.
Однако наличие обмотки и диодов в цепи выходного напряжения приводит к определенному снижению КПД устройства (дополнительно 5 - 10% и даже более, не считая потерь в самом преобразователе напряжения). Кроме того, такое устройство относительно сложно, что снижает и его надежность. However, the presence of windings and diodes in the output voltage circuit leads to a certain decrease in the efficiency of the device (an additional 5-10% or even more, not counting the losses in the voltage converter itself). In addition, such a device is relatively complex, which reduces its reliability.
Наиболее близким по назначению и технической реализации (прототипом) может быть признано устройство, содержащее четыре ключа, соединенные по мостовой схеме, первая диагональ которого подключена к двум клеммам источника питания, а ко второй диагонали подключена первичная обмотка трансформатора [3]. The closest in purpose and technical implementation (prototype) can be recognized as a device containing four keys connected by a bridge circuit, the first diagonal of which is connected to two terminals of the power source, and the primary winding of the transformer is connected to the second diagonal [3].
Однако оно имеет ограниченное применение, поскольку не имеет выхода, напряжение на котором равно половине напряжения питания, например для питания операционных усилителей, которые требуют двухполярного напряжения, или для низкоомной нагрузки, которой требуется вдвое меньшее напряжение питания. Кроме того, оно не может обеспечить увеличение выходного напряжения. However, it is of limited use because it does not have an output with a voltage equal to half the supply voltage, for example, for supplying operational amplifiers that require bipolar voltage, or for a low-impedance load that requires half the supply voltage. In addition, it cannot provide an increase in output voltage.
Задачей предлагаемого устройства является обеспечение возможности изменения (уменьшения или увеличения) выходного напряжения вдвое, при одновременном повышении КПД устройства и формирования средней точки выходного напряжения. The objective of the proposed device is to provide the ability to change (decrease or increase) the output voltage by half, while increasing the efficiency of the device and forming a midpoint of the output voltage.
Эта задача достигается тем, что в устройство, содержащее четыре ключа, соединенные по мостовой схеме, первая диагональ которого подключена к двум клеммам, а ко второй диагонали подключена первичная обмотка трансформатора, дополнительно введены конденсаторы фильтров, подключенные одними выводами к двум клеммам, первичная обмотка трансформатора выполнена симметричной с отводом от средней точки, которая подключена к вторым выводам конденсаторов фильтров и третьей клемме. This task is achieved by the fact that in a device containing four keys connected by a bridge circuit, the first diagonal of which is connected to two terminals, and the primary winding of the transformer is connected to the second diagonal, filter capacitors connected by one terminals to two terminals are additionally introduced, the primary winding of the transformer made symmetrical with a tap from the midpoint, which is connected to the second terminals of the filter capacitors and the third terminal.
На фиг. 1 и 2 приведены схемы предложенного устройства. In FIG. 1 and 2 are diagrams of the proposed device.
Здесь VT1 - VT4 - полупроводниковые (например, транзисторные) ключи, образующие с трансформатором T мостовой преобразователь напряжения. +E, -E - клеммы, к которым подключена первая диагональ мостового преобразователя напряжения. 1-2 - первичная обмотка трансформатора T, включенная во вторую диагональ мостового преобразователя напряжения. Обмотка имеет отвод 3 от средней точки, который связан с третьей клеммой 0 устройства, имеющей потенциал, равный половине напряжения между клеммами +E и -E (условный ноль при напряжении питания устройства +E/-E). C1, C2 - конденсаторы фильтра, подключенные одними выводами к клеммам +E и -E, вторыми - к третьей клемме 0 устройства. Here VT1 - VT4 are semiconductor (for example, transistor) switches that form a bridge voltage converter with transformer T. + E, -E - terminals to which the first diagonal of the bridge voltage converter is connected. 1-2 - the primary winding of the transformer T, included in the second diagonal of the bridge voltage Converter. The winding has a tap 3 from the midpoint, which is connected to the
Цепи запуске устройства не показаны, цепи управления устройства показаны условно в виде обмоток, включенных между базами и эмиттерами комплементарных пар транзисторов, поскольку их конкретное исполнение не влияет на решение задачи. Трансформатор T может быть снабжен необходимым количеством вторичных обмоток. The start-up circuits of the device are not shown, the control circuits of the device are shown conditionally in the form of windings connected between the bases and emitters of complementary pairs of transistors, since their specific performance does not affect the solution of the problem. Transformer T can be equipped with the required number of secondary windings.
Устройство может работать в режиме понижения (деления) (фиг. 1) и в режиме повышения (умножения) напряжения (фиг. 2). The device can operate in the mode of lowering (division) (Fig. 1) and in the mode of increasing (multiplying) voltage (Fig. 2).
В первом режиме (фиг. 1) устройство работает следующим образом. In the first mode (Fig. 1), the device operates as follows.
При подключении к клеммам +E и -E устройства источника напряжения E происходит включение двух противоположных ключей, например VT1 и VT3. При этом на выводе 1 первичной обмотки трансформатора T напряжение равно значению +E, а на выводе 2 равно минус E. Поскольку вывод 3 выполнен от середины первичной обмотки, то напряжение на нем равно половине напряжения питания (условно равно нулю). When the voltage source E is connected to the + E and -E terminals of the device, two opposite switches are turned on, for example, VT1 and VT3. Moreover, at terminal 1 of the primary winding of the transformer T, the voltage is equal to + E, and at terminal 2 it is minus E. Since terminal 3 is made from the middle of the primary winding, the voltage across it is equal to half the supply voltage (conditionally equal to zero).
После выключения ключей VT1 и VT3 и включения ключей VT2 и VT4 на выводе 2 первичной обмотки трансформатора напряжение становится равным +E, а на выводе 1 равно -E. При этом на выводе 3 напряжение остается равным нулю. Конденсаторы C1 и C2 обеспечивают сглаживание выбросов переменного напряжения, возникающих при переключении ключевых транзисторов. After turning off the keys VT1 and VT3 and turning on the keys VT2 and VT4 at terminal 2 of the primary winding of the transformer, the voltage becomes + E, and at terminal 1 it is -E. In this case, at terminal 3, the voltage remains equal to zero. Capacitors C1 and C2 provide smoothing of AC surges that occur when switching key transistors.
Следует отметить, что обеспечение условного нулевого значения на выводе 3 (средней точке) первичной обмотки происходит при любой относительной длительности включенных и выключенных состояний ключей (в пределах вплоть до насыщения сердечника трансформатора, что не требует применения никаких специальных мер и обеспечивается автоматически), поскольку определяется только точностью намотки первичной обмотки трансформатора T. Это позволяет выполнить устройство по предельно простой и, следовательно, надежной схеме. It should be noted that providing a conditional zero value at pin 3 (midpoint) of the primary winding occurs at any relative duration of the on and off states of the keys (up to the saturation of the transformer core, which does not require any special measures and is provided automatically), since it is determined only by the accuracy of winding the primary winding of the transformer T. This allows the device to be executed according to an extremely simple and, therefore, reliable circuit.
Если устройство используется для питания несимметричной нагрузки, подключаемой только к одному плечу преобразователя, например между клеммами +E и 0, то преобразователь работает как понижающий автотрансформатор постоянного напряжения с коэффициентом трансформации 0,5. If the device is used to power an unbalanced load connected to only one arm of the converter, for example between terminals + E and 0, then the converter works as a step-down DC voltage autotransformer with a transformation ratio of 0.5.
Высокий КПД устройства обеспечивается низким выходным сопротивлением устройства за счет параллельного включения выходного сопротивления половин преобразователя, состоящей каждая из ключа и активного сопротивления первичной полуобмотки (как и в автотрансформаторе переменного напряжения). Кроме того, в случае подключения к выходу устройства двухполярной нагрузки между клеммами -E, 0 и +E это выходное сопротивление создает потери только для разностного тока этой нагрузки, поскольку минимальный (общий) ток нагрузки протекает, минуя преобразователь. The high efficiency of the device is ensured by the low output impedance of the device due to the parallel connection of the output impedance of the halves of the converter, each consisting of a key and the active resistance of the primary half-winding (as in an AC autotransformer). In addition, if a bipolar load is connected to the output of the device between the terminals -E, 0 and + E, this output resistance creates losses only for the differential current of this load, since the minimum (total) load current flows bypassing the converter.
Во втором режиме, когда напряжение питания подведено к клемме 0 и одной из клемм +E или -E, а нагрузка подключена к клеммам +E и -E, устройство работает следующим образом. In the second mode, when the supply voltage is connected to
Примем, что напряжение питания подано на клеммы 0 и - (фиг. 2) и в первый момент включены ключи VT1 и VT3. В этом случае напряжение питания подключено одной шиной через клемму 0 к средней точке 3 первичной обмотки трансформатора T, а второй шиной - через клемму -E и открытый ключ VT3 - к выводу 2 первичной обмотки трансформатора T. на второй полуобмотке трансформатора (на выводе 1 обмотки относительно вывода 3) наводится напряжение, равное напряжению на первой полуобмотке, причем знак напряжения на выводе 1 положительный относительно вывода 3. Поскольку в этот момент открыт ключ VT1, то через него заряжается конденсатор C1 до напряжения, равного напряжению питания. После выключения ключей VT1 и VT3 и включения ключей VT2 и VT4 процесс повторяется. При этом на конденсаторе C1 напряжение всегда равно напряжению питания. Если нагрузка подключена к клеммам +E и -E, то напряжение на ней становится равным двойному значению входного напряжения, т.е. устройство работает как повышающий автотрансформатор с коэффициентом трансформации 2. К выходу устройства при этом может быть подключена и симметричная нагрузка. We assume that the supply voltage is applied to the
Таким образом, предложенное устройство обладает расширительными функциональными возможностями: имеет возможность понизить или повысить выходное напряжение по сравнению со входным и в обоих случаях обеспечить двухполярное напряжение на выходе. При этом КПД устройства максимально высок для данного типа преобразователей, поскольку устройство не имеет ни одного лишнего элемента (обмотки или диода, как в аналоге [2]), через который протекал бы ток нагрузки и от параметров которого зависел бы КПД устройства. Thus, the proposed device has extensive functionality: it has the ability to lower or increase the output voltage compared to the input and in both cases to provide bipolar output voltage. In this case, the efficiency of the device is maximally high for this type of converters, since the device does not have a single extra element (winding or diode, as in the analogue [2]), through which the load current would flow and the efficiency of the device would depend on its parameters.
Решение устройством поставленной задачи подтверждено макетом. The solution of the task by the device is confirmed by the layout.
Предложение может быть использовано на изделиях предприятия. The offer can be used on the products of the enterprise.
Источники информации
1. Нестеренко Б.К. Интегральные операционные усилители. Справочное пособие по применению. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 44, рис. 30, б.Sources of information
1. Nesterenko B.K. Integrated Operational Amplifiers. Reference application manual. - M.: Energoizdat, 1982, p. 44, fig. 30 b
2. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах. Справочник. / Под ред. В.П. Дьконова. - М.: Радио и связь, 1994, с. 91, рис. 4.18. 2. Circuitry of devices based on powerful field-effect transistors. Directory. / Ed. V.P. Dykonova. - M .: Radio and communications, 1994, p. 91, fig. 4.18.
3. Там же, с. 184, рис. 8.14, б. 3. In the same place, with. 184, fig. 8.14, b.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96102142A RU2110132C1 (en) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Dc-to-dc voltage changer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96102142A RU2110132C1 (en) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Dc-to-dc voltage changer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2110132C1 true RU2110132C1 (en) | 1998-04-27 |
RU96102142A RU96102142A (en) | 1998-05-10 |
Family
ID=20176513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96102142A RU2110132C1 (en) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Dc-to-dc voltage changer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2110132C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2490777C1 (en) * | 2012-04-03 | 2013-08-20 | Владимир Яковлевич Грошев | Direct current converter |
RU2815073C1 (en) * | 2023-10-02 | 2024-03-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Bipolar constant voltage regulator |
-
1996
- 1996-02-06 RU RU96102142A patent/RU2110132C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Справочник. Под ред.В.П.Дьяконова. - М.: Радио и связь, 1994, с. 91, рис. 4.18. Там же, с. 184, рис. 8.14б. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2490777C1 (en) * | 2012-04-03 | 2013-08-20 | Владимир Яковлевич Грошев | Direct current converter |
RU2815073C1 (en) * | 2023-10-02 | 2024-03-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Bipolar constant voltage regulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH04351465A (en) | Dc/dc converter | |
US6590791B1 (en) | High input voltage, high efficiency, fast transient voltage regulator module (VRM) | |
US7271505B1 (en) | Voltage balancing in intermediate circuit capacitors | |
US6166927A (en) | Push-pull power converter circuit | |
US6144565A (en) | Variation on a single-ended primary inductor converter | |
RU2110132C1 (en) | Dc-to-dc voltage changer | |
US6005779A (en) | Rectification and inversion circuits | |
JPH0591729A (en) | Power supply device | |
Krupskiy et al. | Unified model of the asymmetrical half-bridge converter for three important topological variations | |
KR100268563B1 (en) | A single-phase/three-phase compatible soft-switched rectifier | |
JP4534354B2 (en) | DC-DC converter | |
JPS59178961A (en) | Power source | |
JPH0246171A (en) | High-voltage rectifier circuit | |
SU750681A1 (en) | Ac-to-dc voltage converter | |
RU2155431C1 (en) | Voltage converter | |
RU2148292C1 (en) | Direct-to-direct voltage converter | |
KR20010096579A (en) | Insulation Type PWM Power Amplifier | |
SU1661939A1 (en) | Half-bridge dc-to-dc voltage converter | |
SU1166236A1 (en) | D.c.voltage-to-d.c.voltage converter | |
JP2001238463A (en) | Inverter circuit | |
JPH1169815A (en) | Power supply unit | |
SU1372564A1 (en) | Stabilized d.c. to a.c. voltage inverter | |
RU2015614C1 (en) | Dc voltage converter | |
RU2249906C1 (en) | Three-phase voltage converter | |
RU2007831C1 (en) | D c/d c converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140207 |