RU2186452C2 - Half-bridge dc voltage converter - Google Patents
Half-bridge dc voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186452C2 RU2186452C2 RU2000115704/09A RU2000115704A RU2186452C2 RU 2186452 C2 RU2186452 C2 RU 2186452C2 RU 2000115704/09 A RU2000115704/09 A RU 2000115704/09A RU 2000115704 A RU2000115704 A RU 2000115704A RU 2186452 C2 RU2186452 C2 RU 2186452C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- converter
- transformer
- primary winding
- series
- Prior art date
Links
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в схемах электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники. The invention relates to a conversion technique and can be used in power supply circuits of devices of radio engineering, automation and computer technology.
Известен преобразователь постоянного напряжения (а.с. CCCH 1203664, МПК Н 02/335, Преобразователь постоянного напряжения, 1986, БИ 1), содержащий два управляемых ключа, выходной трансформатор с первичной обмоткой, каждый вывод которой через соответствующий управляемый ключ соединен с входным выводом преобразователя, и с вторичной обмоткой, соединенной через выпрямитель и фильтр с выходными выводами преобразователя, и два рекуперационных диода, каждый из которых включен параллельно цепи, состоящей из первичной обмотки трансформатора и ключа, в котором параллельно каждому рекуперационному диоду включена цепочка из последовательно соединенных конденсатора и диода так, что одноименные электроды этих диодов объединены и подключены к входным выводам преобразователя, а между точками соединения конденсаторов и диодов в этих цепочках включена цепь, состоящая из последовательно соединенных диода и дросселя. Known DC voltage converter (AS CCCH 1203664, IPC N 02/335, DC / DC converter, 1986, BI 1) containing two controlled keys, an output transformer with a primary winding, each terminal of which is connected through an appropriate controlled key to an input terminal converter, and with a secondary winding connected through a rectifier and a filter to the output terminals of the converter, and two recovery diodes, each of which is connected in parallel with the circuit consisting of the primary winding of the transformer and the key, in which Recuperative ohms in parallel with each diode included a chain of series-connected capacitor and diode such that like electrodes of these diodes are combined and connected to input terminals of the inverter, and between the connection points of the capacitors and diodes in these chains including the chain consisting of a series connected diode and the choke.
Недостатком схемы является то, что в ней полный ток перезаряда конденсатора колебательного контура протекает через два последовательно включенных ключа, что увеличивает величину их импульсного тока и, таким образом, ограничивает максимальную мощность преобразователя. Собственная частота контура, образованного двумя последовательно включенными конденсаторами и дросселем примерно на порядок выше частоты работы преобразователя, а амплитуда тока этого контура при использовании в качестве ключей биполярных транзисторов в два-три раза больше тока первичной обмотки трансформатора, обусловленного основной нагрузкой. The disadvantage of the circuit is that in it the total overcharge current of the capacitor of the oscillating circuit flows through two series-connected switches, which increases the magnitude of their pulse current and, thus, limits the maximum power of the converter. The natural frequency of the circuit formed by two series-connected capacitors and inductor is approximately an order of magnitude higher than the frequency of the converter, and the amplitude of the current of this circuit when used as keys of bipolar transistors is two to three times the current of the primary winding of the transformer, due to the main load.
Кроме того, при размыкании ключей ток первичной обмотки трансформатора через соответствующие диоды и конденсаторы замыкается на источник питания. Протекание мощных высокочастотных импульсов тока по цепям питающей сети приводит к увеличению уровня радиопомех и, следовательно, снижает электромагнитную совместимость преобразователя. In addition, when the keys are opened, the current of the primary winding of the transformer through the corresponding diodes and capacitors is closed to the power source. The flow of powerful high-frequency current pulses along the supply network leads to an increase in the level of radio interference and, therefore, reduces the electromagnetic compatibility of the converter.
Наиболее близким, принятым за прототип, является однотактный преобразователь постоянного напряжения (а.с. CCCР 1524142, МПК Н 02 М 3/335, Однотактный преобразователь постоянного напряжения, 1998, БИ 43), содержащий два транзистора и два обратных диода, коллектор первого транзистора и катод первого обратного диода соединены с первым входным выводом, а эмиттер второго транзистора и анод второго обратного диода - со вторым входным выводом, выходной трансформатор, первичная обмотка которого включена между точками соединения эмиттера первого транзистора с катодом второго обратного диода и коллектора второго транзистора с анодом первого обратного диода, а его вторичная обмотка через выпрямитель и сглаживающий фильтр подключена к выходным выводам, и две цепочки, первая из которых содержит включенные последовательно конденсатор и вспомогательный диод, а вторая - включенные последовательно дополнительный диод, дроссель и вспомогательную обмотку выходного трансформатора, блок управления, подключенный к управляющим входам транзисторов, причем первая цепочка подсоединена параллельно первичной обмотке трансформатора, а общая точка соединения конденсатора и дополнительного диода подключена к первому выводу второй цепочки, второй вывод которой соединен со вторым входным выводом. The closest adopted for the prototype is a single-cycle DC-DC converter (AS CCCR 1524142, IPC N 02 M 3/335, Single-cycle DC-DC converter, 1998, BI 43), containing two transistors and two reverse diodes, the collector of the first transistor and the cathode of the first reverse diode are connected to the first input terminal, and the emitter of the second transistor and the anode of the second reverse diode are connected to the second input terminal, the output transformer whose primary winding is connected between the connection points of the emitter of the first transistor with the cathode of the second reverse diode and the collector of the second transistor with the anode of the first reverse diode, and its secondary winding through the rectifier and the smoothing filter is connected to the output terminals, and two chains, the first of which contains a capacitor and an auxiliary diode connected in series, and the second one connected in series with an additional diode, inductor and auxiliary winding of the output transformer, a control unit connected to the control inputs of the transistors, the first circuit connected in parallel to the first transformer winding, and the common connection point of the capacitor and the additional diode is connected to the first terminal of the second circuit, the second terminal of which is connected to the second input terminal.
Недостатком схемы является несимметричная работа транзисторных ключей, поскольку перезаряд конденсатора первой цепочки при включении транзисторов 1 и 2 происходит только через транзистор 2. Суммарный ток нагрузки и перезаряда, проходящий через транзистор 2, ограничивает максимальную мощность преобразователя. The disadvantage of the circuit is the asymmetric operation of the transistor switches, since the first circuit capacitor is recharged when transistors 1 and 2 are turned on only through transistor 2. The total load and recharge current passing through transistor 2 limits the maximum power of the converter.
Как и в схеме аналога, большой ток перезаряда конденсатора высокой частоты, может создавать радио- и другие виды помех, приводящие иногда к сбою работы системы управления преобразователя и другой аппаратуры, подключенной к тому же источнику питания. As in the analogue circuit, a large overcharge current of a high-frequency capacitor can create radio and other types of interference, sometimes leading to a malfunction of the converter control system and other equipment connected to the same power source.
Технический результат предлагаемого изобретения - увеличение мощности преобразователя и уменьшение уровня радиопомех, достигается тем, что в преобразователь, взятый в качестве прототипа и содержащий два транзистора (управляемые ключи) и два обратных диода, коллектор первого транзистора и катод первого обратного диода соединены с первым входным выводом, а эмиттер второго транзистора и анод второго обратного диода - со вторым входным выводом, выходной трансформатор, первичная обмотка которого включена между точками соединения эмиттера первого транзистора с катодом второго обратного диода и коллектора второго транзистора с анодом первого обратного диода, а его вторичная обмотка через выпрямитель и сглаживающий фильтр подключена к выходным выводам, и две цепочки, первая из которых содержит включенные последовательно конденсатор и первый диод и включена параллельно первичной обмотке трансформатора катодом диода к началу этой обмотки, а вторая - соединенные последовательно второй диод и дроссель, подключена катодом второго диода к общей точке соединения конденсатора и диода первой цепочки, а выводом дросселя - к одному из входных выводов преобразователя введены две дополнительные цепочки, одна из которых, состоящая из последовательно включенных конденсатора и третьего диода, подключена параллельно первичной обмотке трансформатора так, что анод третьего диода соединен с концом этой обмотки, а вторая дополнительная цепочка, состоящая из последовательно соединенных четвертого диода и дросселя, подключена анодом четвертого диода к точке соединения конденсатора и диода первой дополнительной цепочки, а выводом дросселя к другому входному выводу преобразователя. The technical result of the invention is to increase the power of the converter and reduce the level of radio noise, is achieved by the fact that the converter, taken as a prototype and containing two transistors (controlled keys) and two reverse diodes, the collector of the first transistor and the cathode of the first reverse diode are connected to the first input terminal and the emitter of the second transistor and the anode of the second reverse diode with the second input terminal, the output transformer, the primary winding of which is connected between the connection points of the emitter the first transistor with the cathode of the second reverse diode and the collector of the second transistor with the anode of the first reverse diode, and its secondary winding through the rectifier and the smoothing filter is connected to the output terminals, and two chains, the first of which contains a capacitor and a first diode connected in series and connected in parallel with the primary winding transformer by the cathode of the diode to the beginning of this winding, and the second is connected in series to the second diode and the inductor, connected by the cathode of the second diode to a common point of connection of the capacitor and the diode of the first circuit, and the output of the inductor - to one of the input terminals of the converter two additional chains are introduced, one of which, consisting of a series-connected capacitor and a third diode, is connected in parallel with the primary winding of the transformer so that the anode of the third diode is connected to the end of this winding, and the second additional circuit, consisting of the fourth diode and the inductor connected in series, is connected by the anode of the fourth diode to the connection point of the capacitor and the diode of the first additional chain, and Displayed throttle to another input terminal of the inverter.
На чертеже представлена схема предлагаемого преобразователя, где приняты следующие обозначения:
1, 2 - управляемые ключи;
3 - выходной трансформатор;
4, 5 - рекуперационные диоды;
6,7 - конденсаторы;
8, 9 - дроссели;
10, 11, 12, 13 - диоды.The drawing shows a diagram of the proposed Converter, where the following notation:
1, 2 - managed keys;
3 - output transformer;
4, 5 - recovery diodes;
6.7 - capacitors;
8, 9 - chokes;
10, 11, 12, 13 - diodes.
Предлагаемый полумостовой преобразователь содержит два управляемых ключа (например, транзисторных) 1 и 2, выходной трансформатор 3, выводы первичной обмотки которого через соответствующие управляемые ключи соединены с входными выводами преобразователя и два рекуперационных диода 4 и 5, каждый из которых включен параллельно цепи, состоящей из первичной обмотки трансформатора и ключа, в направлении отдачи энергии в источник питания, два конденсатора 6 и 7, два дросселя 8, 9 и четыре диода 10, 11, 12, 13, причем первый вывод конденсатора 6 подключен к концу первичной обмотки трансформатора 3, а второй - к катоду диода 10 и аноду диода 11, анод диода 10 через дроссель 8 - к входному выводу "-" преобразователя, катод диода 11 и первый вывод коденсатора 7 подключены к началу первичной обмотки трансформатора 3, а второй вывод конденсатора 7 - к аноду диода 12 и катоду диода 13, катод диода 12 через дроссель 9 соединен с входным выводом "+" преобразователя, анод диода 13 соединен с концом первичной обмотки трансформатора. The proposed half-bridge converter contains two controlled keys (for example, transistor) 1 and 2, an output transformer 3, the terminals of the primary winding of which are connected through the corresponding controlled keys to the input terminals of the converter and two recovery diodes 4 and 5, each of which is connected in parallel with a circuit consisting of the primary winding of the transformer and the key, in the direction of energy transfer to the power source, two capacitors 6 and 7, two chokes 8, 9 and four diodes 10, 11, 12, 13, and the first output of the capacitor 6 is connected to the end of the primary winding of the transformer 3, and the second to the cathode of the diode 10 and the anode of the diode 11, the anode of the diode 10 through the inductor 8 to the input terminal "-" of the converter, the cathode of the diode 11 and the first output of the encoder 7 are connected to the beginning of the primary winding of the transformer 3, and the second output of the capacitor 7 is to the anode of the diode 12 and the cathode of the diode 13, the cathode of the diode 12 is connected through the inductor 9 to the input terminal "+" of the converter, the anode of the diode 13 is connected to the end of the primary winding of the transformer.
Предлагаемый преобразователь работает следующим образом. The proposed Converter operates as follows.
В установившемся режиме система управления (на схеме не показана) осуществляет одновременное переключение ключей 1 и 2 с определенными частотой и продолжительностью импульсов в соответствии с заданным законом управления. In the steady state, the control system (not shown in the diagram) simultaneously switches keys 1 and 2 with a certain frequency and duration of pulses in accordance with a given control law.
К концу интервала включенного состояния ключей 1 и 2, конденсаторы 6 и 7, как будет показано ниже, заряжены почти до напряжения питания с полярностью указанной на чертеже без скобок. By the end of the on-state interval of switches 1 and 2, capacitors 6 and 7, as will be shown below, are charged almost to the supply voltage with the polarity indicated in the drawing without brackets.
После подачи системой управления сигнала на размыкание ключей 1 и 2 их токи спадают практически при нулевом напряжении. Это объясняется тем, что при размыкании ключей ток, обусловленный индуктивностями рассеяния и намагничивания первичной обмотки трансформатора, открывает диоды 11 и 13, напряжение на обмотке становится равным напряжению на конденсаторах, т.е. напряжение на ключах близко к нулю. Токи индуктивностей рассеяния и намагничивания первичной обмотки перезаряжают конденсаторы 6 и 7, причем при большом запасе энергии эти конденсаторы перезарядятся до напряжения питания (полярность показана в скобках), рекуперационные диоды 4 и 5 откроются и остаток энергии будет рекуперирован в источник преобразователя. After the control system feeds the signal to open the keys 1 and 2, their currents decrease almost at zero voltage. This is explained by the fact that when the keys are opened, the current due to the inductances of scattering and magnetization of the primary winding of the transformer opens the diodes 11 and 13, the voltage across the winding becomes equal to the voltage across the capacitors, i.e. the voltage on the keys is close to zero. The currents of the scattering and magnetization inductances of the primary winding recharge the capacitors 6 and 7, and with a large supply of energy, these capacitors will recharge to the supply voltage (the polarity is shown in brackets), the recovery diodes 4 and 5 will open and the remaining energy will be recovered to the converter source.
Система управления через определенный промежуток времени замыкает ключи 1 и 2 и спад напряжения на них происходит при практически нулевых токах. The control system after a certain period of time closes the keys 1 and 2 and the voltage drop on them occurs at almost zero currents.
В первичной обмотке трансформатора 3 растет ток намагничивания и накапливается магнитная энергия и при прямом включении выпрямительного диода (диод на схеме не показан) через вторичную обмотку происходит передача тока в нагрузку. In the primary winding of transformer 3, the magnetization current increases and magnetic energy is accumulated, and when the rectifier diode is directly turned on (the diode is not shown in the diagram), the current is transferred to the load through the secondary winding.
В это же время начинается колебательный перезаряд кондесаторов 6 и 7:
конденсатора 6 по цепи - ключ 2, дроссель 8 и диод 10;
конденсатора 7 по цепи - ключ 1, дроссель 9, диод 12, при этом токи перезаряда конденсаторов имеют форму полуволны синусоиды.At the same time, the oscillatory recharge of the capacitors 6 and 7 begins:
capacitor 6 in the circuit - key 2, inductor 8 and diode 10;
capacitor 7 in the circuit - key 1, inductor 9, diode 12, while the capacitor overcharge currents are in the form of a half-wave sine wave.
Амплитуда токов перезаряда конденсаторов
где Uп - напряжение питания ;
С - емкость контура перезаряда ;
L - индуктивность контура перезаряда.Amplitude of capacitor overcharge currents
where U p - voltage;
C is the capacity of the recharge circuit;
L is the inductance of the overcharge circuit.
При идеальных колебательных контурах, конденсаторы 6 и 7 перезарядились бы до напряжения, равного напряжению в момент замыкания ключей 1 и 2, но противоположной полярности, т.е. до напряжения питания (Uп).With ideal oscillatory circuits, the capacitors 6 and 7 would be recharged to a voltage equal to the voltage at the time of closure of the keys 1 and 2, but of the opposite polarity, i.e. to the supply voltage (U p ).
Однако, из-за потерь в контуре, этого не происходит, поэтому при размыкании ключей на них будет вначале небольшой скачок напряжения, а затем уже нарастание, скорость которого зависит от выключаемого тока. However, due to losses in the circuit, this does not happen, so when the keys are opened, they will first have a small voltage jump, and then there will be an increase, the speed of which depends on the current being turned off.
Дополнительная энергия для полного перезаряда конденсаторов может быть введена с помощью дополнительных обмоток трансформатора 3 (на схеме не показаны). Additional energy for the complete recharging of the capacitors can be introduced using additional windings of the transformer 3 (not shown in the diagram).
Таким образом, в предлагаемом преобразователе обеспечивается формирование безопасной траектории переключения ключей. Thus, in the proposed Converter provides the formation of a safe trajectory of switching keys.
К основным преимуществам заявляемого преобразователя следует отнести следующее:
- симметричная работа обоих силовых ключей, поэтому импульсный ток перезаряда конденсаторов, проходящий через эти ключи, вдвое меньше при той же эффективности LCD-цепей, что уменьшает общий ток ключей, т.е. позволяет увеличить мощность преобразователя;
- наличие двух LCD-цепей позволяет расположить элементы и соединяющие их проводники таким образом, что происходит компенсация высокочастотных электромагнитных полей и снижение уровня радиопомех.The main advantages of the claimed Converter should include the following:
- the symmetrical operation of both power switches, therefore, the pulse capacitor recharge current passing through these switches is half as much with the same efficiency of the LCD circuits, which reduces the total current of the switches, i.e. allows you to increase the power of the converter;
- the presence of two LCD-circuits allows you to arrange the elements and the conductors connecting them in such a way that there is a compensation of high-frequency electromagnetic fields and a decrease in the level of radio noise.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000115704/09A RU2186452C2 (en) | 2000-06-15 | 2000-06-15 | Half-bridge dc voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000115704/09A RU2186452C2 (en) | 2000-06-15 | 2000-06-15 | Half-bridge dc voltage converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000115704A RU2000115704A (en) | 2002-07-20 |
| RU2186452C2 true RU2186452C2 (en) | 2002-07-27 |
Family
ID=20236367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000115704/09A RU2186452C2 (en) | 2000-06-15 | 2000-06-15 | Half-bridge dc voltage converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2186452C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2688756C1 (en) * | 2018-05-03 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Diode wrench |
-
2000
- 2000-06-15 RU RU2000115704/09A patent/RU2186452C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2688756C1 (en) * | 2018-05-03 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Diode wrench |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6771518B2 (en) | DC converters | |
| EP2321894B1 (en) | Generalized ac-dc synchronous rectification techniques for single-phase systems | |
| US8441812B2 (en) | Series resonant converter having a circuit configuration that prevents leading current | |
| US8027179B2 (en) | Inverter circuit and method for operating the inverter circuit | |
| WO2018141092A1 (en) | Dc-dc converter and control method | |
| CN100492847C (en) | Self-driven synchronous rectification circuit and method for rectifying voltage change of power convertor | |
| US20070086224A1 (en) | Multiphase DC to DC converter | |
| EP2056438A2 (en) | Switching power supply | |
| WO2010020181A1 (en) | Single-phase self-driven full-bridge synchronous rectification | |
| US20230091718A1 (en) | Two-output charging circuit and method for controlling its auxiliary circuit switch | |
| US9825547B2 (en) | Unidirectional isolated multi-level DC-DC converter and method thereof | |
| US6466463B1 (en) | Switching power supply | |
| CN100391091C (en) | Power supply circuit and electronic device | |
| US7688044B2 (en) | Device for transforming and stabilizing a primary AC voltage for supplying an electric load | |
| US11973440B2 (en) | Isolated DC/DC converter with secondary-side full bridge diode rectifier and asymmetrical auxiliary capacitor | |
| RU2186452C2 (en) | Half-bridge dc voltage converter | |
| US20210242790A1 (en) | Control unit for improving conversion efficiency | |
| Len et al. | Analysis and design for asymmetrical half-bridge forward mode converters | |
| CN117937951B (en) | DC/DC converter | |
| US6081435A (en) | Cross-conduction limiting circuit, method of operation thereof and DC/DC converter employing the same | |
| JP4123508B2 (en) | Switching power supply | |
| RU2110881C1 (en) | Pulse-width modulated resonance-tuned converter | |
| KR102076577B1 (en) | Bidirectional dc-dc converter | |
| Wu et al. | Three-level LLC Resonant Converter with Structure-reconfigurable Control | |
| RU2327274C1 (en) | Complete bridge converter of constant voltage with soft switching |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060616 |