RU2224351C2 - Electronic transformer - Google Patents
Electronic transformer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2224351C2 RU2224351C2 RU2001120807/09A RU2001120807A RU2224351C2 RU 2224351 C2 RU2224351 C2 RU 2224351C2 RU 2001120807/09 A RU2001120807/09 A RU 2001120807/09A RU 2001120807 A RU2001120807 A RU 2001120807A RU 2224351 C2 RU2224351 C2 RU 2224351C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transformer
- winding
- windings
- demagnetizing
- electronic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразователям постоянного и переменного напряжения и может быть использовано в электротехнике и радиотехнике. The invention relates to converters of direct and alternating voltage and can be used in electrical and radio engineering.
Известно устройство электрического трансформатора, преобразующее электрический ток, напряжение или сопротивление из одного значения в другое (Лосев А. К. "Линейные радиотехнические цепи", Высшая школа, 1971 г.), состоящее из одной первичной и одной или нескольких вторичных обмоток, индуктивно связанных между собой. A device of an electric transformer is known that converts an electric current, voltage or resistance from one value to another (A. Losev, "Linear Radio Engineering Circuits", Higher School, 1971), consisting of one primary and one or more secondary windings inductively coupled between themselves.
Электрический трансформатор имеет особенности, которые ограничивают область его применения:
1. Трансформатор работает только на переменном токе.An electric transformer has features that limit its scope:
1. The transformer operates only on alternating current.
2. При работе на низких частотах в магнитной цепи трансформатора используется ферромагнитный сердечник, имеющий значительные массу и габариты. 2. When operating at low frequencies in the magnetic circuit of the transformer, a ferromagnetic core is used, which has significant mass and dimensions.
3. При работе в широком диапазоне частот в устройствах усиления и преобразования сигналов трудно обеспечить равномерность параметров трансформатора по диапазону. 3. When working in a wide range of frequencies in signal amplification and conversion devices, it is difficult to ensure uniform transformer parameters across the range.
Известны устройства преобразования электрической энергии из одного вида и(или) значения в другой, работающие в импульсном режиме (Колосов В.А. "Электропитание стационарной радиоэлектронной аппаратуры", Радио и связь, 1992 г.) и состоящие из различных комбинаций таких функциональных элементов, как выпрямители, фильтры, управляемые и неуправляемые инверторы, усилители, компараторы и др. Known devices for converting electrical energy from one type and (or) values to another, operating in a pulsed mode (V. Kolosov, "Power supply of stationary electronic equipment", Radio and communication, 1992) and consisting of various combinations of such functional elements, as rectifiers, filters, controlled and uncontrolled inverters, amplifiers, comparators, etc.
Массогабаритные параметры этих устройств могут быть лучше, чем у трансформаторов, но они имеют те или иные из перечисленных ниже недостатков:
1. Значительно более низкий по сравнению с электрическим трансформатором кпд.The overall dimensions of these devices may be better than those of transformers, but they have one or another of the following disadvantages:
1. Significantly lower efficiency compared to an electric transformer.
2. Большие помехи во внешних цепях. 2. Large interference in external circuits.
3. Значительное искажение формы сигнала при передаче переменного напряжения. 3. Significant distortion of the waveform when transmitting AC voltage.
4. Наличие гальванической связи между входом и выходом. 4. The presence of galvanic communication between input and output.
Область их применения - силовые преобразования постоянного и переменного напряжения без сохранения его формы. Their scope is power transformations of direct and alternating voltage without preserving its shape.
Наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в заявке 93049617/07 (RU) от 27.10.1993 г. "Преобразователь (регулятор) переменного напряжения (его варианты)" и состоящее из симметричного или несимметричного ключа, связывающего источник входного напряжения и первичную обмотку трансформатора, вторичной обмотки и симметричного ключа, шунтирующего первичную обмотку, а управляющие выводы ключей связаны с источником, частота выходного сигнала которого значительно выше частоты входного напряжения. The closest in technical essence is the device described in the application 93049617/07 (RU) dated 10.27.1993, "Converter (regulator) of an alternating voltage (its variants)" and consisting of a symmetric or asymmetric key connecting the input voltage source and the primary winding a transformer, a secondary winding and a symmetric key shunting the primary winding, and the control terminals of the keys are connected to a source whose output frequency is much higher than the input voltage frequency.
Такое устройство способно выполнять преобразование как постоянного, так и, непосредственно без выпрямления, переменного напряжения. Such a device is capable of converting both direct and, without directly rectifying, alternating voltage.
Недостатками данного устройства являются невозможность преобразования с сохранением формы входного напряжения, узкий диапазон частот входного напряжения, значительные потери. The disadvantages of this device are the inability to convert while maintaining the shape of the input voltage, a narrow frequency range of the input voltage, significant losses.
Целью настоящего изобретения является создание средствами импульсной техники устройства, называемого далее электронным трансформатором (ЭТ), близкого по свойствам электрическому трансформатору, т.е. двунаправленного, с гальванической развязкой эквивалентных обмоток, работающего в широком диапазоне частот, сохраняющего форму входного напряжения и имеющего повышенный (по отношению к устройствам импульсной техники) кпд, но имеющего лучшие частотные и массогабаритные параметры. The aim of the present invention is the creation by means of pulse technology of a device, hereinafter referred to as electronic transformer (ET), similar in properties to an electric transformer, i.e. bidirectional, with galvanic isolation of equivalent windings, operating in a wide frequency range, preserving the shape of the input voltage and having an increased (with respect to pulsed devices) efficiency, but having better frequency and weight parameters.
Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из симметричного или несимметричного электронного ключа, связывающего источник входного напряжения и первичную обмотку трансформатора, вторичной обмотки, цепей размагничивания и устройства управления, добавлен симметричный или несимметричный ключ последовательно со вторичной обмоткой, соединяющий ее с выходом, причем и вторичных обмоток, и соответствующих ключей и выходов может быть несколько, каждая обмотка и соединенный с нею ключ образуют эквивалентную обмотку, а трансформатор вместе с эквивалентными обмотками образует один силовой блок, добавлены одна или две размагничивающие обмотки, введен дополнительно такой же силовой блок с размагничивающими обмотками, объединенный с описанным выше параллельно по входам и выходам, управление ключами обоих блоков осуществляется так, что ключи находятся в открытом состоянии (активной фазе) последовательно друг за другом с перекрытием активных фаз обоих блоков, а размагничивающая обмотка трансформатора каждого блока через цепи коммутации соединена либо с диссипативным устройством, либо с источником напряжения. This goal is achieved by the fact that in the known device, consisting of a symmetric or asymmetric electronic key connecting the input voltage source and the primary winding of the transformer, secondary winding, demagnetization circuits and control device, a symmetric or asymmetric key is added in series with the secondary winding, connecting it to the output moreover, there can be several secondary windings, and corresponding keys and outputs, each winding and a key connected to it form an equivalent winding and the transformer together with equivalent windings forms one power block, one or two demagnetizing windings are added, the same power block with demagnetizing windings is added, combined with the inputs and outputs described above in parallel, the keys of both blocks are controlled so that the keys are in open state (active phase) sequentially one after another with the active phases of both blocks overlapping, and the demagnetizing winding of the transformer of each block through a switching circuit connected either with a dissipative device, or with a voltage source.
Достижение цели стало возможным ввиду того, что преобразование входного напряжения в выходное осуществляется по двум параллельным каналам двумя однотактными нерегулируемыми трансформаторными преобразователями с передачей энергии в активной фазе, имеющими коммутирующие элементы во всех обмотках и цепи для устранения подмагничивания и работающими последовательно друг за другом с перекрытием активных фаз. Achievement of the goal became possible due to the fact that the conversion of the input voltage to the output is carried out through two parallel channels by two single-cycle unregulated transformer converters with energy transfer in the active phase, having switching elements in all windings and circuits to eliminate magnetization and working sequentially one after another with overlapping active phases.
На фиг.1 представлена блок-схема ЭТ, на фиг.2 приведен пример реализации симметричного высоковольтного сильноточного ключа на биполярных транзисторах, на фиг.3 приведены временные диаграммы работы ЭТ. Figure 1 shows the block diagram of the ET, figure 2 shows an example of the implementation of a symmetric high-voltage high-current switch on bipolar transistors, figure 3 shows the timing diagrams of the ET.
ЭТ состоит из двух одинаковых силовых блоков 1 и 2, устройства управления 3, содержащего схему управления силовыми блоками 4, и цепей размагничивания 5. ET consists of two
Силовые блоки соединены параллельно по входам 6, 7 и выходам 8, 9. Power blocks are connected in parallel at inputs 6, 7 and outputs 8, 9.
Оба силовых блока содержат идентичные высокочастотные импульсные трансформаторы, первичные обмотки 10 и 11 которых через электронные ключи 12 и 13 подключаются ко входу 6, 7. Вторичные обмотки 14 и 15 через аналогичные ключи 16 и 17 подключаются к выходу 8, 9. Both power units contain identical high-frequency pulse transformers, the primary windings 10 and 11 of which are connected via input keys 12 and 13 to input 6, 7. Secondary windings 14 and 15 are connected via output keys 16 and 17 to output 8, 9.
Выходы схемы управления силовыми блоками 4 устройства управления 3 соединяются с управляющими входами 18-21 электронных ключей 12, 13, 16, 17. The outputs of the control circuit of the power blocks 4 of the control device 3 are connected to the control inputs 18-21 of the electronic keys 12, 13, 16, 17.
Цепи размагничивания 5 содержат размещенные на обоих трансформаторах размагничивающие обмотки, которые через цепи коммутации подключаются к диссипативному устройству или к источнику напряжения, в качестве которого могут быть использованы либо дополнительный источник напряжения, либо дополнительная размагничивающая обмотка другого трансформатора. The demagnetization circuits 5 contain demagnetizing windings located on both transformers, which are connected via a switching circuit to a dissipative device or to a voltage source, which can be used as either an additional voltage source or an additional demagnetizing winding of another transformer.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Входной сигнал 22 через управляемые электронные ключи 12, 13 поступает на первичные обмотки 10, 11 импульсных трансформаторов силовых блоков 1, 2, вторичные обмотки 14, 15 которых через аналогичные ключи 16, 17 подключены к выходу 8, 9. The
На управляющие входы электронных ключей 18, 20 силового блока 1 от схемы управления силовыми блоками 4 устройства управления 3 подаются гальванически развязанные отпирающие импульсы 23, 24 с периодом Т
и длительностью τ либо
τ=Т/2 (меандр),
либо
τ>Т/2 (перекрывающиеся импульсы),
такие же импульсы 25, 26, но с временным сдвигом Т/2 поступают на входы ключей 19, 21 силового блока 2, обеспечивая в течение части периода перекрытие (одновременное нахождение в активной фазе) обоих каналов, вследствие чего на выходе 8, 9 от силового блока 1 выделяются импульсы 27, а от силового блока 2 выделяются импульсы 28, огибающая которых повторяет форму входного напряжения.The control inputs of the electronic keys 18, 20 of the
and duration τ either
τ = T / 2 (meander),
or
τ> T / 2 (overlapping pulses),
the same pulses 25, 26, but with a temporary shift of T / 2, are supplied to the inputs of the keys 19, 21 of the power unit 2, providing for the overlap (simultaneous presence in the active phase) of both channels, resulting in output 8, 9 from the
Использование для управления ключами импульсов в форме меандра возможно ввиду инерционности ключей, но для обеспечения гарантированного перекрытия каналов требует тщательного выбора элементной базы и режимов работы. The use of impulses in the form of a meander for key management is possible due to the inertia of the keys, but to ensure guaranteed overlapping of channels, it requires careful selection of the element base and operating modes.
В результате объединения по ИЛИ двух последовательностей перекрывающихся импульсов 27 и 28 на выходе 8, 9 выделяется неискаженный, трансформированный относительно входного, выходной сигнал 29, неискаженный в том смысле, что устройство, собранное на идеализированных элементах, при работе от идеального источника напряжения на произвольную нагрузку искажений не вызывает. В реальных условиях искажения присутствуют всегда, но могут быть уменьшены до необходимой величины выбором элементной базы и режимов ее работы. As a result of combining, by OR, two sequences of overlapping
Во время пассивной фазы канала первичная и вторичная обмотки соответствующего трансформатора отключаются и энергия магнитной индукции, накопленная в его сердечнике (энергия намагничивания), выводится через его размагничивающую обмотку в источник напряжения или диссипативное устройство, а колебаниями этой энергии, величина которой может быть на несколько порядков меньше энергии, передаваемой в нагрузку, определяются помехи во внешних цепях преобразователя. Так как время пассивной фазы меньше времени активной фазы, то для полного вывода энергии намагничивания напряжение дополнительного источника, принимающего эту энергию, должно быть больше напряжения на размагничивающей обмотке во время активной фазы, а, в случае использования для приема энергии трансформатора активного канала, он должен иметь приемную дополнительную размагничивающую обмотку с большим, чем основная, числом витков. During the passive phase of the channel, the primary and secondary windings of the corresponding transformer are turned off and the magnetic induction energy accumulated in its core (magnetization energy) is output through its demagnetizing winding to a voltage source or dissipative device, and by fluctuations of this energy, which can be several orders of magnitude less energy transferred to the load, interference in the external circuits of the converter is determined. Since the time of the passive phase is less than the time of the active phase, for the complete output of the magnetization energy, the voltage of the additional source receiving this energy must be greater than the voltage on the demagnetizing winding during the active phase, and, if an active channel transformer is used to receive energy, it must have a receiving additional demagnetizing winding with a larger than the main number of turns.
Поскольку изменение состояния одного канала происходит при открытом другом канале и не вызывает коммутации тока нагрузки, то динамические потери в ключах определяются только разрядом выходных емкостей при включении и коммутацией токов намагничивания сердечников при выключении. Дополнительное уменьшение потерь достигается возвратом энергии намагничивания сердечников во время пассивной фазы в источник напряжения, работающий как преемник. Полоса пропускания такого ЭТ не зависит от частоты коммутации и находится в пределах от постоянного тока до частоты, определяемой ВЧ-параметрами импульсных трансформаторов. Отсутствие искажений определяется постоянством коэффициента передачи устройства в любой момент времени. Двунаправленность связана с симметрией преобразователя. Небольшие динамические потери позволяют увеличить частоту преобразования и, как следствие, улучшить массогабаритные показатели. Since a change in the state of one channel occurs when another channel is open and does not cause the switching of the load current, the dynamic losses in the keys are determined only by the discharge of the output capacities when switching on and switching the magnetization currents of the cores upon switching off. An additional reduction in losses is achieved by returning the magnetization energy of the cores during the passive phase to a voltage source operating as a successor. The bandwidth of such a ET is independent of the switching frequency and ranges from DC to a frequency determined by the RF parameters of pulse transformers. The absence of distortion is determined by the constancy of the transmission coefficient of the device at any time. Bidirectionality is related to the symmetry of the transducer. Small dynamic losses allow you to increase the conversion frequency and, as a result, improve overall dimensions.
В зависимости от свойства ключей, применяемых в ЭТ (симметричные или несимметричные), меняется знак его допустимых входных сигналов. В ЭТ с несимметричными ключами допустимы постоянное и однополярное переменное напряжение соответствующего знака, а в ЭТ с симметричными ключами допустимы все виды сигналов. Depending on the properties of the keys used in ET (symmetric or asymmetrical), the sign of its valid input signals changes. In ET with asymmetrical keys, constant and unipolar alternating voltage of the corresponding sign are permissible, and in ET with symmetric keys all kinds of signals are permissible.
Ввиду малого уровня создаваемых внешних помех во многих случаях можно обойтись без их дополнительного подавления. В случае необходимости можно использовать либо простой емкостный фильтр с сохранением кпд, но с сужением полосы пропускания, либо схему компенсации помехи с сохранением полосы пропускания, но со снижением кпд. Особенностью ЭТ, связанной с его двунаправленностью, является то, что один конденсатор, подключенный к любой из его эквивалентных обмоток, будет оказывать фильтрующее действие на все обмотки. Due to the low level of external interference created, in many cases one can dispense with their additional suppression. If necessary, you can use either a simple capacitive filter with preserving the efficiency, but with a narrowing of the passband, or an interference compensation scheme with preserving the passband, but with a decrease in the efficiency. A feature of ET associated with its bidirectionality is that one capacitor connected to any of its equivalent windings will have a filtering effect on all windings.
Если требуется полная симметрия (равенство импедансов относительно общего провода) выводов какой-либо из эквивалентных обмоток ЭТ, то эта обмотка может быть выполнена в виде двух секций с равным числом витков и переносом соответствующего ключа в место их соединения. If complete symmetry (equality of impedances relative to the common wire) of the terminals of any of the equivalent ET windings is required, then this winding can be made in the form of two sections with an equal number of turns and transfer of the corresponding key to the place of their connection.
Поскольку ЭТ не является полнофункциональным автономным устройством, на его блок-схеме не показаны некоторые необходимые или желательные для его работы, но не имеющие отношения непосредственно к изобретению узлы, а именно блок питания, схемы фильтрации, устройство защиты от перегрузок и др. Since the ET is not a fully functional stand-alone device, its block diagram does not show some of the nodes necessary or desirable for its operation, but not directly related to the invention, namely, the power supply, filtering circuits, overload protection device, etc.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120807/09A RU2224351C2 (en) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | Electronic transformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001120807/09A RU2224351C2 (en) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | Electronic transformer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001120807A RU2001120807A (en) | 2002-03-10 |
RU2224351C2 true RU2224351C2 (en) | 2004-02-20 |
Family
ID=32172030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001120807/09A RU2224351C2 (en) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | Electronic transformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2224351C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2617858C1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-04-28 | Евгений Иванович Рожнов | Electronic current transformer |
RU203837U1 (en) * | 2020-12-22 | 2021-04-22 | Андрей Александрович Павлов | ELECTRONIC TRANSFORMER "IMPULSE" |
-
2001
- 2001-07-24 RU RU2001120807/09A patent/RU2224351C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
МОИН B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.229-239. * |
Электронная техника в автоматике. Сборник статей под ред. КОНЕВА М.Ю. Вып.9. - М.: Советское радио, 1977, с.70-74. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2617858C1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-04-28 | Евгений Иванович Рожнов | Electronic current transformer |
RU203837U1 (en) * | 2020-12-22 | 2021-04-22 | Андрей Александрович Павлов | ELECTRONIC TRANSFORMER "IMPULSE" |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0428377A2 (en) | DC/DC switching converter circuit | |
CN108964478B (en) | Resonant Switching Converter | |
US4184197A (en) | DC-to-DC switching converter | |
US5327337A (en) | Resonant push-pull switching power amplifier | |
US4257087A (en) | DC-to-DC switching converter with zero input and output current ripple and integrated magnetics circuits | |
US6304065B1 (en) | Power electronic circuits with all terminal currents non-pulsating | |
CA1151728A (en) | Semiconductor switching circuit with clamping and energy recovery features | |
RU2558945C2 (en) | Ultra-high efficiency switching power inverter and power amplifier | |
US11641164B2 (en) | Power conversion circuit and power conversion apparatus with same | |
EP1266443B1 (en) | Improvements relating to converters | |
WO1991000643A1 (en) | Ac/dc conversion with reduced supply waveform distortion | |
JPH08289569A (en) | Interrupting power supply using saturable inductance for implementing pulse current source | |
WO2019126831A1 (en) | Interleaved llc resonant converter | |
EP0835548B1 (en) | Resonance tapped transformer | |
RU2224351C2 (en) | Electronic transformer | |
EP0571372A1 (en) | Dc/dc-converter. | |
CN112753151B (en) | System for transmitting power to an electrical load | |
CA1266505A (en) | D.c. to d.c. converter | |
RU2267218C1 (en) | Constant voltage transformer | |
Mikolajewski et al. | A resonant Class E power amplifier for low resistance load | |
EP1172922B1 (en) | Universal switched power converter | |
JPS6225504A (en) | Switch amplifier | |
RU2001120807A (en) | VOLTAGE CONVERSION METHOD AND ELECTRONIC TRANSFORMER DEVICE (OPTIONS) | |
RU2224362C2 (en) | Generator for feeding signal currents to three- phase power mains | |
KR20240096779A (en) | Double-ended dual magnetic DC-DC switching power converter with stacked secondary windings and AC-coupled output |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110725 |