RU215595U1

RU215595U1 - Single-ended two-transformer DC/DC converter

Info

Publication number: RU215595U1
Application number: RU2022127102U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Беляев; Александр Владимирович Валиков; Александр Семенович Мелещенко
Original assignee: Александр Николаевич Беляев; Александр Владимирович Валиков
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2022-12-20

Abstract

Полезная модель относится к однотактным двухтрансформаторным преобразователям постоянного напряжения и может быть использована для электропитания радиоэлектронной аппаратуры, для которой важны малые габариты, надежность, вес и стоимость, например, в системах телемеханики. Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции обоих трансформаторов и снижении мощности, выделяющейся на транзисторном ключе, достигается за счет использования трансформаторов с одной первичной и одной вторичной обмотками, заменой первого выпрямительного диода на мостовой выпрямитель и введения балластного резистора. При этом энергия, накопленная в первичных обмотках трансформаторов, через введенный мостовой выпрямитель передается только в нагрузку и не выделяется в виде тепла на полупроводниковом ключе. При этом также чтобы энергия, накопленная в первичных обмотках трансформаторов, не передавалась в промежуточный конденсатор, сопротивление введенного балластного резистора выбирают таким, чтобы в установившемся режиме напряжение на промежуточном конденсаторе было больше, чем сумма э.д.с. самоиндукции первичных обмоток на этапе паузы. Для еще большего снижения мощности, рассеиваемой на полупроводниковом ключе, параметры обмоток трансформаторов выбираются такими, чтобы вся энергия, накопившаяся на этапе импульса в индуктивностях первичных обмоток, передалась на этапе паузы в нагрузку, благодаря чему на следующем этапе импульса в момент открывания транзисторного ключа через него обеспечивается нулевой ток, что снижает нагрев ключа и повышает надежность его работы. 1 ил.

The utility model relates to single-cycle two-transformer DC voltage converters and can be used to power electronic equipment, for which small dimensions, reliability, weight and cost are important, for example, in telemechanics systems. The technical result, which consists in simplifying the design of both transformers and reducing the power released on the transistor switch, is achieved by using transformers with one primary and one secondary winding, replacing the first rectifier diode with a bridge rectifier and introducing a ballast resistor. In this case, the energy accumulated in the primary windings of the transformers is transferred only to the load through the introduced bridge rectifier and is not released in the form of heat on the semiconductor switch. At the same time, so that the energy accumulated in the primary windings of the transformers is not transferred to the intermediate capacitor, the resistance of the introduced ballast resistor is chosen so that in the steady state the voltage on the intermediate capacitor is greater than the sum of emf. self-induction of the primary windings at the pause stage. To further reduce the power dissipated on the semiconductor key, the parameters of the transformer windings are chosen such that all the energy accumulated at the pulse stage in the inductances of the primary windings is transferred to the load at the pause stage, due to which, at the next pulse stage, at the moment of opening the transistor key through it zero current is provided, which reduces the heating of the key and increases the reliability of its operation. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к однотактным двухтрансформаторным преобразователям постоянного напряжения и может быть использована для электропитания радиоэлектронной аппаратуры, для которой важны малые габариты, надежность, вес и стоимость, например, в системах телемеханики.The utility model relates to single-cycle two-transformer DC voltage converters and can be used to power electronic equipment, for which small dimensions, reliability, weight and cost are important, for example, in telemechanics systems.

Технический результат от использования заявляемой полезной модели заключается в упрощении конструкции трансформаторов за счет удаления двух из шести обмоток, что снижает габариты, вес и стоимость трансформаторов, а также в снижении мощности, рассеиваемой в транзисторном ключе, что повышает его надежность.The technical result of using the claimed utility model is to simplify the design of transformers by removing two of the six windings, which reduces the size, weight and cost of transformers, as well as to reduce the power dissipated in the transistor switch, which increases its reliability.

Известен прямоходовой преобразователь постоянного напряжения [1, рис. 5.19], содержащий управляемый ключ S1, трансформатор Т1, дроссель L. Достоинства прямоходового преобразователя постоянного напряжения простота схемы (содержит только один управляемый ключ), низкая стоимость, высокие надежность и КПД -позволяют широко применять его при мощности от десятков ватт до единиц киловатт. Индуктивные элементы (трансформатор Т1 и дроссель L) прямоходового преобразователя постоянного напряжения включены последовательно и через каждый из них проходит полная мощность нагрузки Рн, поэтому суммарная габаритная мощность индуктивных элементов (мощность, используемая при расчете конструкции элемента и в конечном итоге определяющая его габариты) примерно равна 2Рн.Known forward converter DC voltage [1, fig. 5.19], containing a controlled key S1, a transformer T1, a choke L. The advantages of a forward DC voltage converter are the simplicity of the circuit (contains only one controlled key), low cost, high reliability and efficiency - allow it to be widely used at power from tens of watts to units of kilowatts. The inductive elements (transformer T1 and choke L) of the forward DC voltage converter are connected in series and the total load power Рn passes through each of them, therefore the total overall power of the inductive elements (the power used in calculating the design of the element and ultimately determining its dimensions) is approximately equal to 2Rn.

Известен однотактный преобразователь Вэйнберга [1, рис. 5.25], в современной технической литературе называемый прямо-обратноходовым или двухтрансформаторным, содержащий управляемый ключ S1, трансформатор Т1, двухобмоточный дроссель L. В однотактном преобразователе Вэйнберга примерно половину времени рабочего периода управляемый ключ находится в открытом состоянии, а оставшуюся половину времени - в закрытом состоянии. При открытом состоянии управляемого ключа S1 мощность в нагрузку поступает только через трансформатор Т1 (этап прямого хода или импульса, во время которого в нагрузку передается примерно 0,5Рн), а при закрытом состоянии управляемого ключа мощность в нагрузку поступает только через двухобмоточный дроссель L (этап обратного хода или паузы, во время которой передается еще 0,5Рн), благодаря чему суммарная габаритная мощность индуктивных элементов примерно равна Рн, т.е. снижена примерно в два раза по сравнению с прямоходовым преобразователем постоянного напряжения. Недостатком однотактного преобразователя Вэйнберга является повышенный импульс перенапряжения в момент закрывания (размыкания) управляемого ключа, вызванный энергией, накапливающейся в индуктивностях рассеяния первичных обмоток трансформатора Т1 и дросселя L.Known single-cycle Converter Weinberg [1, fig. 5.25], in modern technical literature it is called a forward-flyback or two-transformer, containing a controlled key S1, a transformer T1, a two-winding choke L. In a single-cycle Weinberg converter, the controlled key is in the open state for about half the time of the working period, and the remaining half of the time is in the closed state . When the controlled switch S1 is open, the power is supplied to the load only through the transformer T1 (the forward stroke or pulse stage, during which approximately 0.5 Rn is transferred to the load), and when the controlled switch is closed, the power is supplied to the load only through the two-winding choke L (stage reverse stroke or pause, during which another 0.5 Rn is transmitted), due to which the total overall power of the inductive elements is approximately equal to Rn, i.e. reduced by about two times compared to a forward DC converter. The disadvantage of a single-cycle Weinberg converter is an increased overvoltage pulse at the moment of closing (opening) of the controlled key, caused by the energy accumulated in the leakage inductances of the primary windings of transformer T1 and inductor L.

Известен высокоэффективный ключ [2], в котором с целью снижения импульса перенапряжения применен RCD ограничитель (RCD clamp), включенный параллельно первичной обмотке трансформатора. Резистор RCD ограничителя рассеивает часть энергии, накапливающейся в индуктивности рассеяния первичной обмотки трансформатора.A highly efficient key [2] is known, in which, in order to reduce the overvoltage impulse, an RCD clamp is used, which is connected in parallel with the primary winding of the transformer. The limiter's RCD resistor dissipates some of the energy stored in the leakage inductance of the primary winding of the transformer.

Известен прямо-обратноходовой преобразователь (Forward-Flyback Converter) [3], содержащий первый управляемый ключ Q1, первый трансформатор Т1, второй трансформатор Т2, выполняющий функцию двухобмоточного дросселя L однотактного преобразователя Вэйнберга. С целью повышения КПД прямо-обратноходового преобразователя, в него введена цепочка из последовательно соединенных второго управляемого ключа Q2 и промежуточного конденсатора Ccl для накопления энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния первичных обмоток первого и второго трансформаторов. Для полезного использования запасенной в промежуточном конденсаторе энергии в определенные промежутки времени открывается и закрывается второй управляемый ключ. Недостатком прямо-обратноходового преобразователя является усложнение схемы управления, вызванное введением второго управляемого ключа.Known forward-flyback Converter (Forward-Flyback Converter) [3], containing the first controlled key Q1, the first transformer T1, the second transformer T2, performing the function of two-winding choke L single-cycle converter Weinberg. In order to increase the efficiency of the forward-flyback converter, a chain of series-connected second controlled switch Q2 and an intermediate capacitor Ccl was introduced into it to store the energy stored in the leakage inductances of the primary windings of the first and second transformers. For the beneficial use of the energy stored in the intermediate capacitor, the second controlled key is opened and closed at certain intervals. The disadvantage of the forward-flyback converter is the complication of the control circuit caused by the introduction of the second controlled key.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является принятый за прототип однотактный прямо-обратноходовой преобразователь [4], содержащий транзисторный ключ, первый и второй трансформаторы, первый и второй выпрямительные диоды. Так же, как и прямо-обратноходовой преобразователь с целью повышения КПД однотактный прямо-обратноходовой преобразователь содержит промежуточный конденсатор для накопления энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния первичных обмоток первого и второго трансформаторов, но вместо второго управляемого ключа применен шунтирующий диод, причем для полезного использования запасенной в промежуточном конденсаторе энергии, дополнительно введены соединенные последовательно вторые первичные обмотки первого и второго трансформаторов. Посредством этих обмоток энергия, накопленная в промежуточном конденсаторе, частично передается на вторичную сторону в нагрузку, а частично рекуперируется в первичный источник постоянного напряжения через транзисторный ключ на этапе импульса.The closest in technical essence to the proposed solution is adopted as a prototype single-cycle forward-flyback Converter [4], containing a transistor switch, the first and second transformers, the first and second rectifier diodes. Just like the forward-flyback converter, in order to increase the efficiency, the single-cycle forward-flyback converter contains an intermediate capacitor for storing energy stored in the leakage inductances of the primary windings of the first and second transformers, but instead of the second controlled key, a shunt diode is used, and for the useful use of the stored in the intermediate energy capacitor, the second primary windings of the first and second transformers connected in series are additionally introduced. Through these windings, the energy stored in the intermediate capacitor is partially transferred to the secondary side to the load, and partially regenerated to the primary DC voltage source through the transistor switch during the pulse stage.

Описанный однотактный прямо-обратноходовой преобразователь имеет недостатки, первый из которых заключается в том, что введенные вторые первичные обмотки трансформаторов Т1 и Т2 повышают габариты, вес и стоимость преобразователя, что ограничивает область применения указанного преобразователя.The described single-cycle forward-flyback converter has disadvantages, the first of which is that the introduced second primary windings of transformers T1 and T2 increase the dimensions, weight and cost of the converter, which limits the scope of this converter.

Второй недостаток однотактного прямо-обратноходового преобразователя - бросок тока в начале этапа импульса. Последствия этого недостатка проявляются следующим образом. На этапе импульса энергия накапливается не только в индуктивности рассеивания первого трансформатора, но и в индуктивности его первичной обмотки. На этапе паузы энергия, накопленная в индуктивностях рассеивания первых первичных обмоток обоих трансформаторов, передается в промежуточный конденсатор. Также на этапе паузы энергия, накопленная в первичной обмотке первого трансформатора, полностью передается в промежуточный конденсатор, т.к. не может передаться в нагрузку из-за того, что на этапе паузы напряжения на обмотках первого трансформатора таковы, что выпрямительный диод, подключенный к вторичной обмотке первого трансформатора, заперт. Это приводит к тому, что к моменту начала этапа импульса (замыкания транзисторного ключа) напряжение на промежуточном конденсаторе превышает напряжение источника питания на некоторую величину ΔU. В результате в начале этапа импульса через открывающийся транзисторный ключ происходит бросок тока, выравнивающий напряжение на промежуточном конденсаторе и на источнике питания. При этом бросок тока протекает так, что через первые первичные обмотки трансформаторов бросок тока протекает против э.д.с. самоиндукции, а по вторым первичным обмоткам - согласно э.д.с. самоиндукции обмоток, в результате амплитуду броска тока определяет только омическое (активное) сопротивление элементов, по которым течет ток. Из этих элементов (обмоток трансформаторов, конденсаторов, транзисторного ключа) наибольшее омическое сопротивление обычно (например, в преобразователях напряжения сети 220 В) имеет транзисторный ключ, что приводит к выделению на нем дополнительной мощности, снижающей его надежность.The second disadvantage of a single-cycle forward-flyback converter is the current surge at the beginning of the pulse stage. The consequences of this shortcoming are as follows. At the pulse stage, energy is stored not only in the leakage inductance of the first transformer, but also in the inductance of its primary winding. During the pause phase, the energy stored in the leakage inductances of the first primary windings of both transformers is transferred to the intermediate capacitor. Also, at the pause stage, the energy accumulated in the primary winding of the first transformer is completely transferred to the intermediate capacitor, since cannot be transferred to the load due to the fact that during the pause stage the voltages on the windings of the first transformer are such that the rectifier diode connected to the secondary winding of the first transformer is locked. This leads to the fact that by the moment the pulse stage begins (closing the transistor switch), the voltage on the intermediate capacitor exceeds the voltage of the power source by a certain value ΔU. As a result, at the beginning of the pulse stage, a current surge occurs through the opening transistor switch, equalizing the voltage on the intermediate capacitor and on the power source. In this case, the inrush current flows in such a way that the inrush current flows through the first primary windings of the transformers against the emf. self-induction, and according to the second primary windings - according to the emf. self-induction of the windings, as a result, the amplitude of the current surge is determined only by the ohmic (active) resistance of the elements through which the current flows. Of these elements (windings of transformers, capacitors, transistor switch), the transistor switch usually (for example, in 220 V mains voltage converters) has the highest ohmic resistance, which leads to the release of additional power on it, which reduces its reliability.

Второй недостаток в наибольшей степени проявляется в том случае, если оба трансформатора выполнены с немагнитными зазорами, например, в случае применения двух одинаковых трансформаторов с целью унификации. В этом случае на этапе импульса в первичной обмотке первого трансформатора накапливается энергия в несколько раз большая, чем в индуктивностях рассеивания первичных обмоток обоих трансформаторов.The second drawback is most pronounced if both transformers are made with non-magnetic gaps, for example, if two identical transformers are used for the purpose of unification. In this case, at the pulse stage, the energy accumulated in the primary winding of the first transformer is several times greater than in the leakage inductances of the primary windings of both transformers.

При создании предлагаемой полезной модели стояла задача построения однотактного двухтрансформаторного преобразователя постоянного напряжения, имеющего такую структуру, которая позволяет удалить две из шести обмоток трансформаторов, что снижает габариты, вес и стоимость преобразователя, а также позволяет на этапе паузы полностью передавать в нагрузку энергию, накопленную в индуктивности первичной обмотки первого трансформатор, снижая нагрев полупроводникового ключа и повышая его надежность.When creating the proposed utility model, the task was to build a single-cycle two-transformer DC voltage converter having such a structure that allows you to remove two of the six transformer windings, which reduces the size, weight and cost of the converter, and also allows you to completely transfer the energy accumulated in the load at the pause stage. the inductance of the primary winding of the first transformer, reducing the heating of the semiconductor switch and increasing its reliability.

Поставленная задача решается за счет изменения структуры однотактного двухтрансформаторного преобразователя постоянного напряжения, а также конкретного выполнения элементов преобразователя.The problem is solved by changing the structure of a single-cycle two-transformer DC voltage converter, as well as the specific implementation of the converter elements.

При этом однотактный двухтрансформаторный преобразователь постоянного напряжения, содержащий источник постоянного напряжения, управляемый полупроводниковый ключ, отрицательный электрод которого соединен с отрицательной клеммой источника, первый и второй трансформаторы, первичные обмотки которых соединены последовательно встречно так, что объединены концы их обмоток, причем начало первичной обмотки первого трансформатора соединено с положительной клеммой источника питания, а начало первичной обмотки второго трансформатора соединено с положительным электродом полупроводникового ключа, конец вторичной обмотки второго трансформатора подключен к отрицательной обкладке фильтрового выходного конденсатора, подключенного параллельно нагрузке, а к началу вторичной обмотки второго трансформатора подключен анод выпрямительного диода, катод которого подключен к положительной обкладке выходного фильтрового конденсатора, промежуточный конденсатор и включенный с ним последовательно шунтирующий диод, дополнительно содержит мостовой выпрямитель и балластный резистор, причем выводы вторичной обмотки первого трансформатора подключены к входам переменного напряжения мостового выпрямителя, выход отрицательного напряжения которого соединен с отрицательной обкладкой выходного фильтрового конденсатора, выход положительного напряжения мостового выпрямителя соединен с положительной обкладкой выходного фильтрового конденсатора, первая обкладка промежуточного конденсатора подключена к положительной клемме источника, вторая обкладка промежуточного конденсатора подключена к катоду шунтирующего диода, анод которого подключен к положительному электроду управляемого полупроводникового ключа, а балластный резистор подключен параллельно промежуточному конденсатору.At the same time, a single-cycle two-transformer DC/DC converter contains a DC voltage source, a controlled semiconductor switch, the negative electrode of which is connected to the negative terminal of the source, the first and second transformers, the primary windings of which are connected in series in opposite directions so that the ends of their windings are combined, and the beginning of the primary winding of the first the transformer is connected to the positive terminal of the power source, and the beginning of the primary winding of the second transformer is connected to the positive electrode of the semiconductor switch, the end of the secondary winding of the second transformer is connected to the negative plate of the filter output capacitor connected in parallel with the load, and the anode of the rectifier diode is connected to the beginning of the secondary winding of the second transformer, the cathode of which is connected to the positive plate of the output filter capacitor, the intermediate capacitor and the shunt diode connected in series with it, d additionally contains a bridge rectifier and a ballast resistor, moreover, the outputs of the secondary winding of the first transformer are connected to the AC voltage inputs of the bridge rectifier, the negative voltage output of which is connected to the negative plate of the output filter capacitor, the positive voltage output of the bridge rectifier is connected to the positive plate of the output filter capacitor, the first plate of the intermediate capacitor is connected to the positive terminal of the source, the second plate of the intermediate capacitor is connected to the cathode of the shunt diode, the anode of which is connected to the positive electrode of the controlled semiconductor switch, and the ballast resistor is connected in parallel to the intermediate capacitor.

Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции обоих трансформаторов и снижении мощности, выделяющейся на транзисторном ключе, достигается за счет удаления вторых первичных обмоток обоих трансформаторов, заменой первого выпрямительного диода на мостовой выпрямитель и введения балластного резистора.The technical result, which consists in simplifying the design of both transformers and reducing the power released on the transistor switch, is achieved by removing the second primary windings of both transformers, replacing the first rectifier diode with a bridge rectifier and introducing a ballast resistor.

На фиг. 1 представлена электрическая схема заявляемого однотактного двухтрансформаторного преобразователя постоянного напряжения. Схема на фиг. 1 содержит источник постоянного напряжения 1, управляемый полупроводниковый ключ 2, отрицательный электрод которого соединен с отрицательной клеммой источника 1, первый и второй трансформаторы 3 и 4, первичные обмотки 5 и 6 которых соединены последовательно встречно так, что объединены концы этих обмоток, начало первичной обмотки 5 первого трансформатора соединено с положительной клеммой источника 1, а начало первичной обмотки 6 второго трансформатора соединено с положительным электродом ключа 2, конец вторичной обмотки 7 второго трансформатора подключен к отрицательной обкладке фильтрового выходного конденсатора 8, подключенного параллельно нагрузке 9, а к началу вторичной обмотки 7 второго трансформатора подключен анод выпрямительного диода 10, катод которого подключен к положительной обкладке выходного фильтрового конденсатора 8, промежуточный конденсатор 11, первая обкладка которого подключена к положительной клемме источника 1, вторая обкладка промежуточного конденсатора подключена к катоду шунтирующего диода 12, анод которого подключен к положительному электроду ключа 2, мостовой выпрямитель 13, выход отрицательного напряжения которого соединен с отрицательной обкладкой выходного фильтрового конденсатора 11, выход положительного напряжения мостового выпрямителя 13 соединен с положительной обкладкой выходного фильтрового конденсатора 9, балластный резистор 14 подключен параллельно промежуточному конденсатору 11, выводы вторичной обмотки 15 первого трансформатора подключены к входам переменного напряжения мостового выпрямителя 13.In FIG. 1 shows the electrical circuit of the proposed single-cycle two-transformer DC voltage converter. The scheme in Fig. 1 contains a constant voltage source 1, a controlled semiconductor switch 2, the negative electrode of which is connected to the negative terminal of the source 1, the first and second transformers 3 and 4, the primary windings 5 and 6 of which are connected in series oppositely so that the ends of these windings are combined, the beginning of the primary winding 5 of the first transformer is connected to the positive terminal of the source 1, and the beginning of the primary winding 6 of the second transformer is connected to the positive electrode of the key 2, the end of the secondary winding 7 of the second transformer is connected to the negative plate of the filter output capacitor 8 connected in parallel with the load 9, and to the beginning of the secondary winding 7 the second transformer is connected to the anode of the rectifier diode 10, the cathode of which is connected to the positive plate of the output filter capacitor 8, the intermediate capacitor 11, the first plate of which is connected to the positive terminal of the source 1, the second plate of the intermediate capacitor is connected and to the cathode of the shunt diode 12, the anode of which is connected to the positive electrode of the switch 2, the bridge rectifier 13, the negative voltage output of which is connected to the negative plate of the output filter capacitor 11, the positive voltage output of the bridge rectifier 13 is connected to the positive plate of the output filter capacitor 9, the ballast resistor 14 is connected in parallel with the intermediate capacitor 11, the outputs of the secondary winding 15 of the first transformer are connected to the AC voltage inputs of the bridge rectifier 13.

Работу предлагаемого однотактного двухтрансформаторного преобразователя постоянного напряжения рассмотрим в установившемся режиме, при котором промежуточный и выходной конденсаторы заряжены до установившегося значения напряжения.We consider the operation of the proposed single-cycle two-transformer DC voltage converter in the steady state, in which the intermediate and output capacitors are charged to a steady voltage value.

На этапе импульса напряжение источника 1 через открытый (замкнутый) ключ 2 подается на первичные обмотки обоих трансформаторов («+» на начало обмотки 5 и «-» на начало обмотки 6). Ток, начинающий протекать через первичные обмотки 5 и 6 трансформаторов передает в них энергию из источника 1. Большая часть энергии, поступающей в трансформатор 3, передается в его вторичную обмотку 15 («+» на начале обмотки 15) и через мостовой выпрямитель 13 передается в нагрузку, а меньшая часть энергии накапливается в индуктивности обмотки 5 и в индуктивности рассеяния обмотки 5. Т.к. диод 10 заперт («-» на начале обмотки 7), то вся энергия, поступающая во второй трансформатор 4, накапливается в трансформаторе (большая часть в индуктивности обмотки 6 и меньшая часть в индуктивности рассеяния обмотки 6).At the pulse stage, the voltage of source 1 through an open (closed) key 2 is supplied to the primary windings of both transformers (“+” to the beginning of winding 5 and “-” to the beginning of winding 6). The current that begins to flow through the primary windings 5 and 6 of the transformers transfers energy to them from source 1. Most of the energy entering transformer 3 is transferred to its secondary winding 15 (“+” at the beginning of winding 15) and is transmitted through bridge rectifier 13 to load, and a smaller part of the energy accumulates in the inductance of the winding 5 and in the leakage inductance of the winding 5. diode 10 is closed (“-” at the beginning of winding 7), then all the energy entering the second transformer 4 is accumulated in the transformer (most of it in the inductance of winding 6 and a smaller part in the leakage inductance of winding 6).

На этапе паузы ключ 2 закрывается, ток через первичные обмотки 5 и 6 трансформаторов значительно уменьшается, в результате на всех обмотках обоих трансформаторов возникают э.д.с. самоиндукции с полярностью, противоположной полярности на этапе импульса. Напряжение самоиндукции на вторичной обмотке 15 первого трансформатора («-» на начале обмотки 15) выпрямляется мостовым выпрямителем 13, и энергия, накопленная в индуктивности первичной обмотки 5 передается в нагрузку. Также в нагрузку через диод 10 передается энергия, накопленная в индуктивности обмотки 6 второго трансформатора («+» на начале обмотки 7). Энергия, накопившаяся в индуктивностях рассеивания обмоток, частично передается через шунтирующий диод 12 в промежуточный конденсатор 11, а частично трансформируется на вторичные обмотки обоих трансформаторов и передается в нагрузку. Энергия, переданная в промежуточный конденсатор 11, рассеивается на балластном резисторе 14.At the pause stage, key 2 closes, the current through the primary windings 5 and 6 of the transformers decreases significantly, as a result, emfs appear on all windings of both transformers. self-induction with polarity opposite to the polarity at the pulse stage. The self-induction voltage on the secondary winding 15 of the first transformer ("-" at the beginning of the winding 15) is rectified by the bridge rectifier 13, and the energy stored in the inductance of the primary winding 5 is transferred to the load. Also, the energy accumulated in the inductance of the winding 6 of the second transformer (“+” at the beginning of the winding 7) is transferred to the load through the diode 10. The energy accumulated in the leakage inductances of the windings is partially transferred through the shunt diode 12 to the intermediate capacitor 11, and partially transformed to the secondary windings of both transformers and transferred to the load. The energy transferred to the intermediate capacitor 11 is dissipated in the ballast resistor 14.

С целью, чтобы энергия, накопленная в первичных обмотках 5 и 6, передавалась только в нагрузку, сопротивление балластного резистора 14 выбирают таким, чтобы в установившемся режиме напряжение на промежуточном конденсаторе 11 было больше, чем сумма э.д.с. самоиндукции первичных обмоток 5 и 6 на этапе паузы. При этом сумма напряжений на промежуточном конденсаторе 11 и источнике 1 не должна превышать напряжения, допустимого для надежной работы ключа 2.In order for the energy accumulated in the primary windings 5 and 6 to be transferred only to the load, the resistance of the ballast resistor 14 is chosen so that in the steady state the voltage on the intermediate capacitor 11 is greater than the sum of the emf. self-induction of primary windings 5 and 6 at the pause stage. In this case, the sum of the voltages on the intermediate capacitor 11 and source 1 must not exceed the voltage allowed for reliable operation of the key 2.

Для еще большего снижения мощности, рассеиваемой на ключе 2, параметры обмоток трансформаторов выбираются такими, чтобы на этапе паузы вся энергия, накопившаяся в индуктивностях первичных обмоток 5 и 6 передалась в нагрузку, благодаря чему не требуются дополнительные цепи для перемагничивания трансформатора 3, а также обеспечивается на этапе импульса в момент открывания ключа 2 нулевой ток первичных обмоток 5 и 6 и шунтирующего диода 12, что снижает нагрев ключа 2.To further reduce the power dissipated on key 2, the parameters of the transformer windings are chosen so that at the pause stage, all the energy accumulated in the inductances of the primary windings 5 and 6 is transferred to the load, so that no additional circuits are required to remagnetize the transformer 3, and it also provides at the stage of the pulse at the moment of opening the key 2, the zero current of the primary windings 5 and 6 and the shunt diode 12, which reduces the heating of the key 2.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:SOURCES OF INFORMATION:

1. Севернс Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания: Пер. с англ. под ред. Л.Е. Смольникова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 294 с.1. Severns R., Bloom G. Switching DC voltage converters for secondary power supply systems: TRANS. from English. ed. L.E. Smolnikov. - M.: Energoatomizdat, 1988. - 294 p.

2. TNY274 - 280. TinySwitch-III Family. Energy Efficient, Off-Line Switcher with Enhanced Flexibility and Extended Power Range. Data Sheet, January 2006.2. TNY274 - 280. TinySwitch-III Family. Energy Efficient, Off-Line Switcher with Enhanced Flexibility and Extended Power Range. Data Sheet, January 2006.

3. Y. Kang, B. Choi, W. Lim. Analysis and design of a forward-flyback converter employing two transformers. Conference Paper in PESC Record - IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference ⋅ February 2001, pp.357-362. DOI: 10.1109/PESC.2001.954046 ⋅ Source: IEEE Xplore.3. Y. Kang, B. Choi, W. Lim. Analysis and design of a forward-flyback converter employing two transformers. Conference Paper in PESC Record - IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference ⋅ February 2001, pp.357-362. DOI: 10.1109/PESC.2001.954046 ⋅ Source: IEEE Xplore.

4. Патент РФ на изобретение №2779933, МПК Н02М 3/335, опубл. 15.09.2022.4. RF patent for the invention No. 2779933, IPC H02M 3/335, publ. 09/15/2022.

Claims

A single-cycle two-transformer DC/DC converter, containing a DC voltage source, a controlled semiconductor switch, the negative electrode of which is connected to the negative terminal of the source, the first and second transformers, the primary windings of which are connected in series in opposite directions so that the ends of the primary windings are combined, and the beginning of the primary winding of the first transformer is connected with the positive terminal of the power source, and the beginning of the primary winding of the second transformer is connected to the positive electrode of the semiconductor switch, the end of the secondary winding of the second transformer is connected to the negative plate of the filter output capacitor connected in parallel with the load, and the anode of the rectifier diode is connected to the beginning of the secondary winding of the second transformer, the cathode of which connected to the positive plate of the output filter capacitor, an intermediate capacitor and a shunt diode connected in series with it, excellent characterized by the fact that it additionally contains a bridge rectifier and a ballast resistor, moreover, the outputs of the secondary winding of the first transformer are connected to the AC voltage inputs of the bridge rectifier, the negative voltage output of which is connected to the negative plate of the output filter capacitor, the positive voltage output of the bridge rectifier is connected to the positive plate of the output filter capacitor , the first plate of the intermediate capacitor is connected to the positive terminal of the source, the second plate of the intermediate capacitor is connected to the cathode of the shunt diode, the anode of which is connected to the positive electrode of the controlled semiconductor switch, and the ballast resistor is connected in parallel to the intermediate capacitor.