RU2249905C2 - Dc voltage converter - Google Patents
Dc voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2249905C2 RU2249905C2 RU2003112040/09A RU2003112040A RU2249905C2 RU 2249905 C2 RU2249905 C2 RU 2249905C2 RU 2003112040/09 A RU2003112040/09 A RU 2003112040/09A RU 2003112040 A RU2003112040 A RU 2003112040A RU 2249905 C2 RU2249905 C2 RU 2249905C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminal
- resistor
- transformer
- terminals
- capacitor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в модулях электропитания.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in power modules.
Известно устройство питания с защитой, описанное в авт. свид. СССР №1104623 по МПК Н 02 М 3/335 за 1984 г., содержащее переключающий транзистор, трансформатор, диодный выпрямитель и фильтр, причем начало первичной обмотки трансформатора соединено с плюсовым входным выводом, конец первичной обмотки трансформатора соединен с коллектором переключающего транзистора, эмиттер которого связан с минусовым входным выводом, а вторичная обмотка трансформатора через диодный выпрямитель и фильтр связана с плюсовым и минусовым выходными выводами для подключения нагрузки.Known power device with protection described in ed. testimonial. USSR No. 1104623 according to IPC N 02 M 3/335 for 1984, containing a switching transistor, a transformer, a diode rectifier and a filter, the beginning of the primary winding of the transformer connected to the positive input terminal, the end of the primary winding of the transformer connected to the collector of the switching transistor, the emitter of which connected to the negative input terminal, and the secondary winding of the transformer through the diode rectifier and filter is connected to the positive and negative output terminals for connecting the load.
Недостатком известного устройства является относительно ненадежный его запуск с помощью запускающего резистора, связывающего своими выводами коллектор и базу переключающего транзистора, и конденсатора, включенного между базой переключающего транзистора и минусовым входным выводом. К величине емкости этого конденсатора предъявляются противоречивые требования с позиций запуска и с позиций режима работы устройства, что приводит к низкому КПД.A disadvantage of the known device is its relatively unreliable start using a starting resistor, connecting the collector and the base of the switching transistor with its outputs, and a capacitor connected between the base of the switching transistor and the negative input terminal. The capacitance of this capacitor is presented with conflicting requirements from the standpoint of starting and from the standpoint of the operating mode of the device, which leads to low efficiency.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является преобразователь постоянного напряжения, описанный в патенте РФ №2070444, выданном по заявке №94036047/07 по МПК Н 02 М 3/335 от 28.09.1994 г., содержащий переключающий транзистор с режимными конденсатором и двумя резисторами на его выводах, трансформатор, выпрямитель, фильтр, затворный (в прототипе - базовый) резистор, блок управления (в прототипе - регулирующий транзистор), плюсовой и минусовой входные и выходные выводы, причем начало первичной обмотки трансформатора связано с плюсовым входным выводом, конец первичной обмотки трансформатора соединен со стоком переключающего транзистора, исток которого связан с минусовым входным выводом, а вторичная обмотка трансформатора через диодный выпрямитель и фильтр связана с плюсовым и минусовым выходными выводами, при этом выход блока управления через затворный резистор связан с затвором переключающего транзистора.The closest in technical essence to the claimed invention is a DC-voltage converter, described in RF patent No. 2070444, issued according to the application No. 94036047/07 for IPC N 02 M 3/335 of 09/28/1994, containing a switching transistor with mode capacitors and two resistors at its terminals, a transformer, a rectifier, a filter, a gate (in the prototype - base) resistor, a control unit (in the prototype - a control transistor), plus and minus input and output terminals, and the beginning of the primary winding of the transformer is connected with pl yusovym input terminal, the end of the primary winding of the transformer is connected to the drain of the switching transistor, the source of which is connected to the negative input terminal, and the secondary winding of the transformer through the diode rectifier and filter is connected to the positive and negative output terminals, while the output of the control unit through the gate resistor is connected to the gate switching transistor.
Недостатком известного преобразователя является использование в его блоке управления в цепи обратной связи второй вторичной обмотки трансформатора и регулирующего транзистора, которые являются относительно грубым элементом управления. Кроме того, в прототипе отсутствуют средства стабилизации режима работы, в том числе температурной, а отбор энергии в нагрузку идет только при открытом переключающем транзисторе (точнее при нарастании тока через него при его открывании и через первичную обмотку трансформатора, индуцирующего энергию через свою вторичную обмотку и далее через выпрямитель и фильтр - в нагрузку) и не используется энергия перемагничивания трансформатора при закрывании переключающего транзистора. Это существенно снижает КПД преобразователя (до 75%), приводит к нестабильности его выходных напряжения и тока и снижает допустимую плюсовую температуру корпуса преобразователя (до 85°С).A disadvantage of the known Converter is the use in its control unit in the feedback circuit of the second secondary winding of the transformer and the control transistor, which are a relatively crude control element. In addition, in the prototype there are no means to stabilize the operating mode, including temperature, and the energy is taken into the load only when the switching transistor is open (more precisely, when the current rises through it when it is opened and through the primary winding of the transformer that induces energy through its secondary winding and further through the rectifier and filter - to the load) and the magnetization energy of the transformer is not used when the switching transistor is closed. This significantly reduces the efficiency of the converter (up to 75%), leads to instability of its output voltage and current, and reduces the permissible plus temperature of the converter case (up to 85 ° C).
Целью изобретения является существенное увеличение КПД и плюсовой допустимой температуры корпуса преобразователя при повышении стабильности его выходных параметров за счет использования энергии перемагничивания при закрывании переключающего транзистора, одновременного использования двух согласованных обратных связей с выхода преобразователя - по напряжению и непосредственно из цепи переключающего транзистора - по току, обеспечивающих близкое к оптимальному управление переключающим транзистором.The aim of the invention is to significantly increase the efficiency and positive allowable temperature of the converter housing while increasing the stability of its output parameters due to the use of magnetization reversal energy when closing the switching transistor, the simultaneous use of two coordinated feedbacks from the output of the converter - by voltage and directly from the switching transistor circuit - by current, providing close to optimal control of the switching transistor.
Указанная цель достигается тем, что преобразователь постоянного напряжения, содержащий переключающий транзистор, трансформатор, выпрямитель, фильтр, затворный резистор, блок управления, плюсовой и минусовой входные и выходные выводы, причем первый вывод затворного резистора соединен с затвором переключающего транзистора, исток которого связан с минусовым входным выводом, начало первичной обмотки трансформатора связано с плюсовым входным выводом, конец первичной обмотки трансформатора связан со стоком переключающего транзистора, а вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр связана соответственно с плюсовым и минусовым выходными выводами первого канала блока каналов нагрузки, также содержит второй трансформатор с соответствующими элементами выпрямителя, а в качестве блока управления содержит шим-контроллер (шим-широтно-импульсный модулятор), третий трансформатор, три транзистора, токоизмерительный резистор, вторые вторичные обмотки первого и второго трансформаторов и управляемый стабилитрон, а также четыре диода, стабилитрон, двадцать три резистора и тринадцать конденсаторов, при этом начало первичной обмотки трансформатора соединено с первым выводом первого резистора, а ее конец - с началом первичной обмотки второго трансформатора, конец которой соединен со стоком переключающего транзистора, исток которого соединен с первыми выводами десятого, двенадцатого, тринадцатого и токоизмерительного резисторов, первого, третьего и четвертого конденсаторов, с началом второй вторичной обмотки первого трансформатора и со вторым выводом шим-контроллера, шестой выход которого соединен со вторым выводом затворного резистора, второй вывод токоизмерительного резистора соединен по постоянному току через входной фильтр с минусовым входным выводом и с первыми выводами пятого и шестого конденсаторов, второй вывод пятого конденсатора соединен с базой первого транзистора и первым выводом четырнадцатого резистора, второй вывод которого соединен со вторым выводом шестого конденсатора, коллектором первого транзистора и первым выводом восьмого резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами шестого и седьмого резисторов и базой второго транзистора, коллектор которого соединен с первыми выводами четвертого и пятого и вторым выводом седьмого резисторов, эмиттером третьего транзистора, восьмым выводом шим-контроллера и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен с пятым выводом шим-контроллера, с первыми выводами седьмого и тринадцатого конденсаторов, пятнадцатого резистора и концом вторичной обмотки третьего трансформатора, начало которой через прямо включенный третий диод соединено со вторыми выводами пятнадцатого резистора и седьмого конденсатора и с первым выводом одиннадцатого резистора, второй вывод которого соединен с третьим выводом шим-контроллера, с первыми выводами стабилитрона и девятого резистора, вторым выводом третьего конденсатора и коллектором третьего транзистора, база которого соединена со вторыми выводами пятого и десятого резисторов, эмиттер первого транзистора соединен со вторым выводом тринадцатого резистора, эмиттер второго транзистора соединен со вторыми выводами девятого и двенадцатого резисторов, вторые выводы четвертого и шестого резисторов и четвертого конденсатора соединены с четвертым выводом шим-контроллера, первый вывод которого через прямо включенный второй диод соединен со входом включения/выключения преобразователя и с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с седьмым выводом шим-контроллера, со вторыми выводами первого и тринадцатого конденсаторов, стабилитрона и первого резистора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого через обратно включенный первый диод соединен с концом второй вторичной обмотки первого трансформатора, начало первой вторичной обмотки второго трансформатора через соответствующие элементы выпрямителя соединено с плюсовым входом фильтра и с первыми входами девятнадцатого, двадцатого и двадцать первого резистора, а ее конец - с минусовым входом фильтра и с первыми выводами двадцать второго и двадцать третьего резисторов, одиннадцатого и двенадцатого конденсаторов и с первым выводом управляемого стабилитрона, второй вывод которого соединен с первыми выводами восемнадцатого резистора и девятого конденсатора, а третий вывод которого - со вторыми выводами двадцать первого, двадцать второго и двадцать третьего резисторов и девятого конденсатора и с первым выводом десятого конденсатора, второй вывод которого соединен со вторыми выводами двадцатого резистора и одиннадцатого конденсатора, второй вывод девятнадцатого резистора соединен со вторым выводом двенадцатого конденсатора, восемнадцатого резистора и первым выводом семнадцатого резистора, второй вывод которого соединен с концом первичной обмотки третьего трансформатора и с первым выводом восьмого конденсатора, второй вывод которого через шестнадцатый резистор соединен с началом первичной обмотки третьего трансформатора и через обратно включенный четвертый диод - с началом второй вторичной обмотки второго трансформатора, конец которой соединен с минусовым входом фильтра.This goal is achieved in that the DC-voltage converter comprising a switching transistor, a transformer, a rectifier, a filter, a gate resistor, a control unit, plus and minus input and output terminals, the first output of the gate resistor connected to the gate of the switching transistor, the source of which is connected to the minus input terminal, the beginning of the primary winding of the transformer is connected to the positive input terminal, the end of the primary winding of the transformer is connected to the drain of the switching transistor, and in the toric winding of the transformer through a rectifier and a filter is connected respectively to the plus and minus output terminals of the first channel of the load channel block, also contains a second transformer with the corresponding rectifier elements, and as a control unit contains a PWM controller (PWM-pulse modulator), a third transformer , three transistors, a current-measuring resistor, the second secondary windings of the first and second transformers and a controlled zener diode, as well as four diodes, a zener diode, twenty three res a stator and thirteen capacitors, the beginning of the primary winding of the transformer connected to the first output of the first resistor, and its end to the beginning of the primary winding of the second transformer, the end of which is connected to the drain of the switching transistor, the source of which is connected to the first terminals of the tenth, twelfth, thirteenth and current measuring resistors, of the first, third and fourth capacitors, with the beginning of the second secondary winding of the first transformer and with the second output of the PWM controller, the sixth output of which is connected with the second terminal of the gate resistor, the second terminal of the current-measuring resistor is connected by direct current through an input filter with a negative input terminal and with the first terminals of the fifth and sixth capacitors, the second terminal of the fifth capacitor is connected to the base of the first transistor and the first terminal of the fourteenth resistor, the second terminal of which is connected to the second terminal of the sixth capacitor, the collector of the first transistor and the first terminal of the eighth resistor, the second terminal of which is connected to the first terminals of the sixth and seventh p resistors and the base of the second transistor, the collector of which is connected to the first terminals of the fourth and fifth and second terminals of the seventh resistor, the emitter of the third transistor, the eighth terminal of the PWM controller and the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the fifth terminal of the PWM controller, with the first terminals the seventh and thirteenth capacitors, the fifteenth resistor and the end of the secondary winding of the third transformer, the beginning of which is connected through a directly connected third diode to the second terminals of the fifteenth a resistor and a seventh capacitor and with a first terminal of an eleventh resistor, the second terminal of which is connected to a third terminal of a PWM controller, with first terminals of a zener diode and a ninth resistor, a second terminal of a third capacitor and a collector of a third transistor, the base of which is connected to second terminals of a fifth and tenth resistor, the emitter of the first transistor is connected to the second terminal of the thirteenth resistor, the emitter of the second transistor is connected to the second terminal of the ninth and twelfth resistors, the second terminals are four of that and the sixth resistors and the fourth capacitor are connected to the fourth terminal of the PWM controller, the first terminal of which is connected via a directly connected second diode to the on / off input of the converter and the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the seventh terminal of the PWM controller the conclusions of the first and thirteenth capacitors, the zener diode and the first resistor and the first terminal of the second resistor, the second terminal of which is connected through the reverse-connected first diode to the end of the second secondary windings of the first transformer, the beginning of the first secondary winding of the second transformer through the corresponding rectifier elements is connected to the positive input of the filter and to the first inputs of the nineteenth, twentieth and twenty-first resistors, and its end to the negative input of the filter and to the first terminals of the twenty-second and twenty-third resistors, eleventh and twelfth capacitors and with the first output of the controlled zener diode, the second output of which is connected to the first conclusions of the eighteenth resistor and the ninth condensate torus, and the third terminal of which is with the second terminals of the twenty-first, twenty-second and twenty-third resistors and the ninth capacitor and the first terminal of the tenth capacitor, the second terminal of which is connected to the second terminals of the twentieth resistor and the eleventh capacitor, the second terminal of the nineteenth resistor is connected to the second terminal the twelfth capacitor, the eighteenth resistor and the first terminal of the seventeenth resistor, the second terminal of which is connected to the end of the primary winding of the third transformer and to the first Displayed eighth capacitor, a second terminal of which is connected via a sixteenth resistor beginning of the third transformer primary winding and back through the fourth diode included - to the beginning of the second secondary winding of the second transformer, the end of which is connected to the minus input of the filter.
Говоря более простым языком, сущность изобретения состоит в уменьшении потерь энергии в процессе ее высокочастотного преобразования с помощью переключающего транзистора. Во-первых, как уже отмечалось, за счет использования дополнительной энергии перемагничивания при закрывании переключающего транзистора с помощью второго трансформатора. Во-вторых, за счет близкого к оптимальному управления самим переключающим транзистором с помощью специального блока управления, центральным элементом которого является шим-контроллер, обеспечивающий сужение импульсов вырабатываемой им двоичной последовательности, подаваемой на затвор переключающего транзистора, при росте тока этого транзистора и наоборот.In simpler terms, the essence of the invention is to reduce energy loss during its high-frequency conversion using a switching transistor. Firstly, as already noted, due to the use of additional magnetization reversal energy when closing the switching transistor using a second transformer. Secondly, due to the near-optimal control of the switching transistor itself using a special control unit, the central element of which is a PWM controller, which provides a narrowing of the pulses of the binary sequence generated by it, supplied to the gate of the switching transistor, with an increase in the current of this transistor and vice versa.
Технический результат изобретения состоит в повышении КПД на 10% и повышении допустимой плюсовой температуры корпуса преобразователя на 20% в сравнении с прототипом.The technical result of the invention consists in increasing the efficiency by 10% and increasing the permissible plus temperature of the converter housing by 20% in comparison with the prototype.
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя постоянного напряжения, а на фиг.2 даны эпюры, поясняющие работу преобразователя.Figure 1 presents a schematic electrical diagram of a DC-DC converter, and figure 2 shows diagrams explaining the operation of the converter.
Преобразователь содержит переключающий транзистор 1 с полевым транзистором 1.1 и режимными резисторами 1.2, 1.3 и конденсатором 1.4, первый трансформатор 2 с первичной обмоткой 2.1, первой вторичной 2.2, второй вторичной 2.3 и третьей вторичной 2.4 обмотками, первый выпрямитель 3 с диодом 3.1, резистором 3.2 и конденсатором 3.3, а также диодом 3.4, резистором 3.5 и конденсатором 3.6, фильтр 4 с конденсаторами 4.1, 4.2, 4.3, дросселями 4.4, 4.5 и резистором 4.6, а также конденсаторами 4.7, 4.8, 4.9, дросселем 4.10 и резистором 4.11, затворный резистор 5, блок 6 управления, второй трансформатор 7 с первичной обмоткой 7.1, первой вторичной 7.2, второй вторичной 7.3 и третьей вторичной 7.4 обмотками, входной фильтр 8 с конденсаторами 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5, дросселями 8.6, 8.7, второй выпрямитель 9 с диодом 9.1, резистором 9.2 и конденсатором 9.3, а также - диодом 9.4, резистором 9.5 и конденсатором 9.6, плюсовой 10 и минусовой 11 входы, плюсовой 12 и минусовой 13 выходы первого канала, вход 14 включения/выключения преобразователя, минусовой 15 выход второго канала, группа 16 элементов первого канала, группа 17 элементов второго канала, выводы 18, 19 корпуса, дополнительные фильтрующие конденсаторы 20, 21.The converter contains a switching transistor 1 with a field effect transistor 1.1 and operating resistors 1.2, 1.3 and a capacitor 1.4, a first transformer 2 with a primary winding 2.1, a first secondary 2.2, a second secondary 2.3 and a third secondary 2.4 windings, a first rectifier 3 with a diode 3.1, a resistor 3.2 and capacitor 3.3, as well as diode 3.4, resistor 3.5 and capacitor 3.6, filter 4 with capacitors 4.1, 4.2, 4.3, reactors 4.4, 4.5 and resistor 4.6, as well as capacitors 4.7, 4.8, 4.9, inductor 4.10 and resistor 4.11, gate resistor 5 , control unit 6, second transformer ator 7 with primary winding 7.1, first secondary 7.2, second secondary 7.3 and third secondary 7.4 windings, input filter 8 with capacitors 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5, chokes 8.6, 8.7, second rectifier 9 with diode 9.1, resistor 9.2 and capacitor 9.3, as well as diode 9.4, resistor 9.5 and capacitor 9.6, plus 10 and minus 11 inputs, plus 12 and minus 13 outputs of the first channel, input 14 of the converter on / off, minus 15 output of the second channel, a group of 16 elements of the first channel, a group of 17 elements of the second channel, conclusions 18, 19 of the housing, additional e filtering capacitors 20, 21.
Блок 6 управления в свою очередь содержит шим-контроллер 6.1, токоизмерительный резистор 6.2, третий трансформатор 6.3 с первичной 6.3.1 и вторичной 6.3.2 обмотками, управляемый стабилитрон 6.4, первый, второй и третий транзисторы 6.5, 6.6 и 6.7, первый, второй и третий диоды 6.8, 6.9 и 6.10, стабилитрон 6.11, двадцать три резистора 6.12,...6.34, тринадцать конденсаторов 6.35,...6.47 и четвертый диод 6.48.The control unit 6, in turn, contains a PWM controller 6.1, a current-measuring resistor 6.2, a third transformer 6.3 with primary 6.3.1 and secondary 6.3.2 windings, a controlled zener diode 6.4, first, second and third transistors 6.5, 6.6 and 6.7, first, second and the third diodes 6.8, 6.9 and 6.10, the zener diode 6.11, twenty-three resistors 6.12, ... 6.34, thirteen capacitors 6.35, ... 6.47 and the fourth diode 6.48.
Вторичная обмотка 2.2 первого трансформатора 2 через выпрямитель 3 и фильтр 4 связана соответственно с плюсовым 12 и минусовым 13 выходными выводами первого канала 16, начало первичной обмотки 2.1 первого трансформатора 2 через входной фильтр 8 соединено с плюсовым выводом 10 и с первым выводом первого резистора 6.12, а ее конец - с началом первичной обмотки 7.1 второго трансформатора 7, конец которой соединен со стоком переключающего транзистора 1.1, исток которого соединен с первыми выводами десятого 6.21, двенадцатого 6.23, тринадцатого 6.24 и токоизмерительного 6.2 резисторов, первого 6.35, третьего 6.37 и четвертого 6.38 конденсаторов, с началом второй вторичной обмотки 2.3 первого трансформатора 2 и со вторым выводом шим-контроллера 6.1, шестой выход которого соединен со вторым выводом затворного резистора 5, второй вывод токоизмерительного резистора 6.2 соединен по постоянному току через входной фильтр 8 с минусовым входным выводом 11 и с первыми выводами пятого 6.39 и шестого 6.40 конденсаторов, второй вывод пятого конденсатора 6.39 соединен с базой первого транзистора 6.5 и первым выводом четырнадцатого резистора 6.25, второй вывод которого соединен со вторым выводом шестого конденсатора 6.40, коллектором первого транзистора 6.5 и первым выводом восьмого резистора 6.19, второй вывод которого соединен с первыми выводами шестого 6.17 и седьмого 6.18 резисторов и базой второго транзистора 6.6, коллектор которого соединен с первыми выводами четвертого 6.15 и пятого 6.16 и вторым выводом седьмого 6.18 резисторов, эмиттером третьего транзистора 6.7, восьмым выводом шим-контроллера 6.1 и первым выводом второго конденсатора 6.36, второй вывод которого соединен с пятым выводом шим-контроллера 6.1, с первыми выводами седьмого 6.41 и тринадцатого 6.47 конденсаторов, пятнадцатого резистора 6.26 и концом вторичной обмотки 6.32 третьего трансформатора 6.3, начало которой через прямо включенный третий диод 6.10 соединено со вторыми выводами пятнадцатого 6.26 резистора и седьмого конденсатора 6.41 и с первым выводом одиннадцатого резистора 6.22, второй вывод которого соединен с третьим выводом шим-контроллера 6.1, с первыми выводами стабилитрона 6.11 и девятого резистора 6.20, вторым выводом третьего конденсатора 6.37 и коллектором третьего транзистора 6.7, база которого соединена со вторыми выводами пятого 6.16 и десятого 6.21 резисторов, эмиттер первого транзистора 6.5 соединен со вторым выводом тринадцатого резистора 6.24, эмиттер второго транзистора 6.6 соединен со вторыми выводами девятого 6.20 и двенадцатого 6.23 резисторов, вторые выводы четвертого 6.15 и шестого 6.17 резисторов и четвертого конденсатора 6.38 соединены с четвертым выводом шим-контроллера 6.1, первый вывод которого через прямо включенный второй диод 6.9 соединен со входом 14 включения/выключения преобразователя и с первым выводом третьего резистора 6.14, второй вывод которого соединен с седьмым выводом шим-контроллера 6.1, со вторыми выводами первого 6.35 и тринадцатого 6.47 конденсаторов, стабилитрона 6.11 и первого резистора 6.12 и первым выводом второго резистора 6.13, второй вывод которого через обратно включенный первый диод 6.8 соединен с концом второй вторичной обмотки 2.3 первого трансформатора 2, начало первой вторичной обмотки 7.2 второго трансформатора 7 через соответствующие элементы выпрямителя 9 соединено с плюсовым входом фильтра 4 и с первыми входами девятнадцатого 6.30, двадцатого 6.31 и двадцать первого 6.32 резисторов, а ее конец - с минусовым входом фильтра 4 и с первыми выводами двадцать второго 6.33 и двадцать третьего 6.34 резисторов, одиннадцатого 6.45 и двенадцатого 6.46 конденсаторов и с первым выводом управляемого стабилитрона 6.4, второй вывод которого соединен с первыми выводами восемнадцатого резистора 6.29 и девятого конденсатора 6.43, а третий вывод которого - со вторыми выводами двадцать первого 6.32, двадцать второго 6.33 и двадцать третьего 6.34 резисторов и девятого конденсатора 6.43 и с первым выводом десятого конденсатора 6.44, второй вывод которого соединен со вторыми выводами двадцатого резистора 6.31 и одиннадцатого конденсатора 6.45, второй вывод девятнадцатого резистора 6.30 соединен со вторым выводом двенадцатого конденсатора 6.46, восемнадцатого резистора 6.29 и первым выводом семнадцатого резистора 6.28, второй вывод которого соединен с концом первичной обмотки 6.3.1 третьего трансформатора 6.3 и с первым выводом восьмого конденсатора 6.42, второй вывод которого через шестнадцатый резистор 6.27 соединен с началом первичной обмотки 6.3.1 третьего трансформатора 6.3 и через обратно включенный четвертый диод 6.48 - с началом второй вторичной обмотки 7.3 второго трансформатора 7, конец которой соединен с минусовым входом фильтра 4.The secondary winding 2.2 of the first transformer 2 through the rectifier 3 and the filter 4 is connected respectively to the plus 12 and minus 13 outputs of the first channel 16, the beginning of the primary winding 2.1 of the first transformer 2 through the input filter 8 is connected to the plus terminal 10 and the first terminal of the first resistor 6.12, and its end - with the beginning of the primary winding 7.1 of the second transformer 7, the end of which is connected to the drain of the switching transistor 1.1, the source of which is connected to the first terminals of the tenth 6.21, twelfth 6.23, thirteenth 6.24 and measure 6.2 resistors, the first 6.35, the third 6.37 and the fourth 6.38 capacitors, with the beginning of the second secondary winding 2.3 of the first transformer 2 and with the second output of the PWM controller 6.1, the sixth output of which is connected to the second output of the gate resistor 5, the second output of the current-measuring resistor 6.2 is connected via direct current through an input filter 8 with a negative input terminal 11 and with the first terminals of the fifth 6.39 and sixth 6.40 capacitors, the second terminal of the fifth capacitor 6.39 is connected to the base of the first transistor 6.5 and the first terminal of the fourteenth resistor 6.25, the second terminal of which is connected to the second terminal of the sixth capacitor 6.40, the collector of the first transistor 6.5 and the first terminal of the eighth resistor 6.19, the second terminal of which is connected to the first terminals of the sixth 6.17 and seventh 6.18 resistors and the base of the second transistor 6.6, the collector of which is connected to the first terminals the fourth 6.15 and the fifth 6.16 and the second output of the seventh 6.18 resistors, the emitter of the third transistor 6.7, the eighth output of the PWM controller 6.1 and the first output of the second capacitor 6.36, the second output of which is connected from the heel m terminal of the PWM controller 6.1, with the first terminals of the seventh 6.41 and thirteenth 6.47 capacitors, the fifteenth resistor 6.26 and the end of the secondary winding 6.32 of the third transformer 6.3, the beginning of which is connected via the directly connected third diode 6.10 to the second terminals of the fifteenth 6.26 resistor and the seventh capacitor 6.41 and s the first terminal of the eleventh resistor 6.22, the second terminal of which is connected to the third terminal of the PWM controller 6.1, with the first terminals of the zener diode 6.11 and the ninth resistor 6.20, the second terminal of the third capacitor 6.37 and the collector the third transistor 6.7, the base of which is connected to the second terminals of the fifth 6.16 and tenth 6.21 resistors, the emitter of the first transistor 6.5 is connected to the second terminal of the thirteenth resistor 6.24, the emitter of the second transistor 6.6 is connected to the second terminals of the ninth 6.20 and twelfth 6.23 resistors, the second terminals of the fourth 6.15 and sixth 6.17 resistors and the fourth capacitor 6.38 are connected to the fourth output of the PWM controller 6.1, the first output of which is connected via a directly connected second diode 6.9 to the on / off input 14 of the converter with the first terminal of the third resistor 6.14, the second terminal of which is connected to the seventh terminal of the PWM controller 6.1, with the second terminals of the first 6.35 and thirteenth 6.47 capacitors, the zener diode 6.11 and the first resistor 6.12, and the first terminal of the second resistor 6.13, the second terminal of which is connected through the first diode 6.8 is connected to the end of the second secondary winding 2.3 of the first transformer 2, the beginning of the first secondary winding 7.2 of the second transformer 7 is connected through the corresponding elements of the rectifier 9 to the positive input of the filter 4 and to the first input on the nineteenth 6.30, the twentieth 6.31 and the twenty-first 6.32 resistors, and its end - with the negative input of the filter 4 and with the first terminals of the twenty-second 6.33 and twenty-third 6.34 resistors, the eleventh 6.45 and the twelfth 6.46 capacitors and with the first terminal of the controlled zener diode 6.4, the second terminal which is connected to the first terminals of the eighteenth resistor 6.29 and the ninth capacitor 6.43, and the third terminal of which is connected to the second terminals of the twenty-first 6.32, twenty-second 6.33 and twenty-third 6.34 resistors and the ninth capacitor 6.43 and with the first terminal of the tenth capacitor 6.44, the second terminal of which is connected to the second terminals of the twentieth resistor 6.31 and the eleventh capacitor 6.45, the second terminal of the nineteenth resistor 6.30 is connected to the second terminal of the twelfth capacitor 6.46, the eighteenth resistor 6.29 and the first terminal of the seventeenth resistor 6.28, the second terminal of which is connected to the end primary winding 6.3.1 of the third transformer 6.3 and with the first output of the eighth capacitor 6.42, the second output of which through the sixteenth resistor 6.27 is connected to the beginning of the primary winding 6.3.1 and 6.3 of the third transformer and through the fourth diode inversely included 6.48 - from the beginning of the second secondary winding of the second transformer 7, 7.3 whose end is connected to the minus input of the filter 4.
В качестве комплектующих элементов в преобразователе используются широко применяемые в промышленности электрорадиоэлементы, например, для 10-ватного двухканального преобразователя наилучшие результаты (КПД 85% и допустимая плюсовая температура его корпуса 115°С) получены автором при использовании в качестве основных элементов:The components used in the converter are electro-radio elements widely used in industry, for example, for a 10-watt two-channel converter, the best results (efficiency 85% and admissible plus temperature of its case 115 ° C) were obtained by the author when using as the main elements:
- полевого транзистора КП767А (эл. 1.1);- field transistor KP767A (el. 1.1);
- шим-контроллера КР1033ЕУ15БТ (эл. 6.1);- PWM controller KR1033EU15BT (e. 6.1);
- термочувствительного резистора 0603PRG18B330MB1RB33e350Ma (эл. 6.16);- thermosensitive resistor 0603PRG18B330MB1RB33e350Ma (e. 6.16);
- транзисторов 2Т3130А9 (эл. 6.5, 6.6);- transistors 2T3130A9 (e. 6.5, 6.6);
- транзистора 2Т3129А9 (эл. 6.7);- transistor 2T3129A9 (e. 6.7);
- трансформатора МП140К10×6×3 (эл. 2);- transformer MP140K10 × 6 × 3 (e. 2);
- трансформатора М2000НМ1-17(ОСМ2000НМ1-5)К10×6×3 (эл.7);- transformer M2000NM1-17 (OSM2000NM1-5) K10 × 6 × 3 (e. 7);
- трансформатора М2000К5×3×1,5 (эл. 6.3).- transformer M2000K5 × 3 × 1.5 (e. 6.3).
Фильтры 4 и 8 и выпрямитель 3 выходят за рамки рассматриваемого технического решения и могут иметь другие схемы исполнения.Filters 4 and 8 and rectifier 3 are beyond the scope of the considered technical solution and may have other designs.
В качестве токоизмерительного резистора 6.2 необходимо использовать резистор как можно меньшего номинала (чтобы уменьшить на нем потери энергии и тем самым увеличить КПД в целом) и высокой точности (чтобы точнее измерять ток в цепи переключающего транзистора 1.1 и оптимально управлять им, что также увеличивает КПД преобразователя). Наилучшие результаты дает напыление резистора 6.2 на печатной плате преобразователя. Также хорошие результаты получены при параллельном соединении нескольких стандартных резисторов с минимальным номиналом и достижении номинала резистора 6.2, составляющего доли Ом.As a current-measuring resistor 6.2, it is necessary to use a resistor of the smallest possible rating (to reduce energy losses on it and thereby increase the efficiency as a whole) and high accuracy (to more accurately measure the current in the circuit of the switching transistor 1.1 and optimally control it, which also increases the efficiency of the converter ) The best results are obtained by spraying a resistor 6.2 on the converter circuit board. Good results were also obtained when several standard resistors were connected in parallel with a minimum rating and a resistor value of 6.2 was achieved, which is a fraction of Ohm.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
После подачи на входы 10 и 11 (фиг.1) исходного (преобразуемого) постоянного напряжения его плюсовой и минусовой потенциалы прикладываются к шим-контроллеру 6.1 (соответственно на 6.1/7 - плюс и на 6.1/5 - минус).After applying to the inputs 10 and 11 (Fig. 1) the initial (convertible) DC voltage, its plus and minus potentials are applied to the PWM controller 6.1 (plus / minus 6.1 / 7 and 6.1 / 5, respectively).
Через вход 14 включения/выключения преобразователя и далее через вход 6.1/1 шим-контроллера 6.1 последний активизируется (при подачи плюсового потенциала) и начинает на своем выходе 6.1/6 формировать "бесконечную" последовательность импульсов (до выключения преобразователя путем подачи на вход 14 отрицательного потенциала) с некоторой частотой их следования, например, 100 КГц, которая задается параметрами RC-цепочки из резистора 6.15 и конденсатора 6.38, включенной между выводами опорного напряжения и общей шины 6.1/8 и 6.1/5 соответственно, средняя точка которой связана с частотозадающим входом 6.1/4 шим-контроллера 6.1.Through input 14 of turning the converter on / off and then through input 6.1 / 1 of the PWM controller 6.1, the latter is activated (upon supplying a positive potential) and starts at its output 6.1 / 6 to form an "infinite" sequence of pulses (before turning off the converter by applying negative input 14 potential) with a certain frequency of their repetition, for example, 100 KHz, which is set by the parameters of the RC circuit from the resistor 6.15 and the capacitor 6.38, connected between the terminals of the reference voltage and the common bus 6.1 / 8 and 6.1 / 5, respectively, the middle point which is connected with the frequency input 6.1 / 4 of the PWM controller 6.1.
Эта последовательность импульсов через затворный резистор 5 подается на затвор переключающего транзистора 1.1 (фиг.2 эпюра Uзатвора, эл. 1.1), открывая и закрывая его с частотой следования этих импульсов (фиг.2 эпюра Uси, эл. 1.1). Благодаря этому с помощью первичной 2.1 и вторичной 2.2 обмоток трансформатора 2 и первичной 7.1 и вторичной 7.2 обмоток трансформатора 7 происходит высокочастотное преобразование входного постоянного напряжения, приложенного к выводам 10 и 11, в импульсное напряжение на вторичных обмотках 2.2 (фиг.2 эпюра Uэл. 2.2), и 7.2 (фиг.2 эпюра Uэл. 7.2), которое через выпрямитель 3 и фильтр 4 поступает на выводы 12 и 13 для питания нагрузки.This sequence of pulses through the gate resistor 5 is fed to the gate of the switching transistor 1.1 (Fig. 2 diagram of the U-gate, el. 1.1), opening and closing it with the repetition rate of these pulses (Fig. 2 diagram of the Usi, el. 1.1). Due to this, using the primary 2.1 and secondary 2.2 windings of transformer 2 and primary 7.1 and secondary 7.2 windings of transformer 7, a high-frequency conversion of the input DC voltage applied to terminals 10 and 11 to the pulse voltage on the secondary windings 2.2 (figure 2 diagram Uel. 2.2 ), and 7.2 (FIG. 2 plot Uel. 7.2), which through the rectifier 3 and the filter 4 is supplied to the terminals 12 and 13 to power the load.
При этом на вход 3 шим-контроллера 6.1 одновременно и согласованно воздействуют:At the same time, input 3 of the PWM controller 6.1 is simultaneously and consistently affected by:
- сигнал обратной связи, зависящий от изменения тока переключающего транзистора 1.1 (с резистора 6.2 через транзисторы 6.5 и 6.6 и далее - через резистор 6.20);- feedback signal, depending on the change in current of the switching transistor 1.1 (from resistor 6.2 through transistors 6.5 and 6.6 and then through resistor 6.20);
- сигнал обратной связи, зависящий от изменения выходного напряжения преобразователя на выходе выпрямителя (от точек Б и В через управляемый стабилитрон 6.4, трансформатор 6.3 и резистор 6.22);- feedback signal, depending on the change in the output voltage of the converter at the output of the rectifier (from points B and C through a controlled zener diode 6.4, transformer 6.3 and resistor 6.22);
- сигнал тепловой защиты, срабатывающей при превышении температуры корпуса преобразователя в результате изменения величины термочувствительного резистора 6.16 и перераспределения токов каскада на транзисторе 6.7 с резисторами 6.16, 6.21, 6.26 и конденсатором 6.41.- a signal of thermal protection that is triggered when the temperature of the converter case is exceeded as a result of a change in the value of the thermally sensitive resistor 6.16 and the redistribution of cascade currents on the transistor 6.7 with resistors 6.16, 6.21, 6.26 and a capacitor 6.41.
От входа 3 шим-контроллера 6.1 внутри последнего суммарный сигнал прикладывается к измерительному входу компаратора контроля, ко второму входу которого подается фиксированное опорное напряжение. С выхода компаратора контроля сигнал поступает на шим-компаратор, имеющий квазикомплементарный выход, связанный с выходом 6 шим-контроллера 6.1, рассчитанным на значительные броски тока (как стекающего, так и вытекающего), обеспечивающим работу на нагрузку типа n-канального полевого транзистора 1.1 с изолированным затвором и имеющим низкий логический уровень в отключенном состоянии.From the input 3 of the PWM controller 6.1 inside the last, the total signal is applied to the measuring input of the control comparator, to the second input of which a fixed reference voltage is supplied. From the output of the control comparator, the signal is fed to a PWM comparator having a quasi-complementary output connected to the output of 6 PWM controller 6.1, designed for significant inrush currents (both flowing and flowing out), providing operation with a load of the type of n-channel field effect transistor 1.1 s insulated shutter and having a low logic level in the off state.
В процессе преобразования при чрезмерном возрастании тока, протекающего через транзистор 1.1, происходят нежелательные потери энергии, поэтому при достижении определенного значения этого тока на резисторе 6.2, выполняющем роль токоизмерительного элемента, выделяется соответствующее напряжение, которое затем усиливается на каскаде с транзистором 6.5 и передается через эмиттерный повторитель на транзисторе 6.6 через резистор 6.20 на вход 6.1/3 шим-контроллера 6.1.In the process of conversion, with an excessive increase in the current flowing through transistor 1.1, undesirable energy losses occur, therefore, when a certain value of this current is reached, a corresponding voltage is released on the resistor 6.2, which acts as a current-measuring element, which is then amplified on the cascade with transistor 6.5 and transmitted through the emitter the repeater on the transistor 6.6 through the resistor 6.20 to the input 6.1 / 3 of the PWM controller 6.1.
Параллельно с управлением транзистором 1.1 по току осуществляется стабилизирующее управление им по напряжению и по температуре его корпуса.In parallel with the control of the transistor 1.1 by current, it is stabilized by its voltage and temperature of its housing.
В результате этих процессов происходит тонкое импульсное управление транзистором 1.1: чем больше ток транзистора 1.1 (или больше выходное напряжение преобразователя), тем уже импульс управления им и наоборот. Это снижает потери энергии и повышает КПД.As a result of these processes, a thin pulse control of the transistor 1.1 occurs: the greater the current of the transistor 1.1 (or the greater the output voltage of the converter), the narrower the pulse for controlling it and vice versa. This reduces energy loss and increases efficiency.
Выводы шим-контроллера 6.1 являются:The findings of the 6.1 PWM controller are:
1 - входом включения/выключения,1 - input on / off,
2 - входом минусового питания,2 - negative power input,
3 - входом измеряемой величины,3 - input measured value,
4 - частотозадающим входом,4 - frequency setting input,
5 - общим входом,5 - common entrance,
6 - выходом последовательности импульсов,6 - output pulse sequence,
7 - входом плюсового питания,7 - input positive power,
8 - выходом опорного напряжения.8 - output voltage reference.
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003112040/09A RU2249905C2 (en) | 2003-04-25 | 2003-04-25 | Dc voltage converter |
| PCT/RU2003/000583 WO2004098037A1 (en) | 2003-04-25 | 2003-12-25 | Continuos current converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003112040/09A RU2249905C2 (en) | 2003-04-25 | 2003-04-25 | Dc voltage converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003112040A RU2003112040A (en) | 2004-11-27 |
| RU2249905C2 true RU2249905C2 (en) | 2005-04-10 |
Family
ID=33414362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003112040/09A RU2249905C2 (en) | 2003-04-25 | 2003-04-25 | Dc voltage converter |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2249905C2 (en) |
| WO (1) | WO2004098037A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2549021C2 (en) * | 2009-02-05 | 2015-04-20 | Этх Цюрих | Jfet transistor serial connection diagram |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU924806A1 (en) * | 1980-10-04 | 1982-04-30 | Предприятие П/Я А-3325 | One-cycle stabilized converter |
| SU1457114A1 (en) * | 1987-05-25 | 1989-02-07 | Предприятие П/Я В-2210 | Single-end d.c. voltage converter |
| FI940925A (en) * | 1994-02-25 | 1995-08-26 | Nokia Telecommunications Oy | Forward type switch mode power supply |
| US5896279A (en) * | 1997-04-10 | 1999-04-20 | Api Technology Co., Ltd. | Constant-voltage clamping forward conversion switching power supply |
-
2003
- 2003-04-25 RU RU2003112040/09A patent/RU2249905C2/en not_active IP Right Cessation
- 2003-12-25 WO PCT/RU2003/000583 patent/WO2004098037A1/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2549021C2 (en) * | 2009-02-05 | 2015-04-20 | Этх Цюрих | Jfet transistor serial connection diagram |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2004098037A1 (en) | 2004-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11018594B1 (en) | Adaptive control of resonant power converters | |
| KR101584169B1 (en) | A switching regulator and a method for regulating a voltage using the same | |
| US7466170B2 (en) | Method and apparatus for simplifying the control of a switch | |
| US8305787B2 (en) | Single-stage power supply with power factor correction and constant current output | |
| US20170033697A1 (en) | Voltage peak detection circuit and detection method | |
| US4713740A (en) | Switch-mode power supply | |
| US4800476A (en) | PWM inverter with a saturable core | |
| US5103386A (en) | Flyback converter with energy feedback circuit and demagnetization circuit | |
| US4952819A (en) | Circuit for limiting current peaks at turn-on of a switching transistor | |
| US6166927A (en) | Push-pull power converter circuit | |
| Kelley et al. | SiC JFET gate driver design for use in DC/DC converters | |
| RU2249905C2 (en) | Dc voltage converter | |
| RU2672669C2 (en) | Device for obtaining direct current in load supply circuit (versions) | |
| RU2567849C1 (en) | Multi-channel constant-voltage transformer | |
| US4744020A (en) | Switching mode power supply | |
| US20170250611A1 (en) | Method of driving fets in saturating self-oscillating push-pull isolated dc-dc converter | |
| US20210036621A1 (en) | Prestart control circuit for a switching power converter | |
| RU2814894C1 (en) | Key voltage stabilizer with transformer decoupling | |
| RU2541519C1 (en) | Stabilised dc voltage converter | |
| RU2728284C1 (en) | Pulse current stabilizer | |
| KR101213172B1 (en) | Power supplying apparatus for generating laser | |
| RU2637491C1 (en) | Power source of transmit-receive module | |
| RU2228572C1 (en) | Dc voltage converter | |
| SU473994A1 (en) | Voltage converter-stabilizer | |
| SU907530A1 (en) | Stabilized electric power supply source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160426 |