RU2256283C1 - Method for limiting reverse current during diode recovery - Google Patents

Method for limiting reverse current during diode recovery Download PDF

Info

Publication number
RU2256283C1
RU2256283C1 RU2004102975/09A RU2004102975A RU2256283C1 RU 2256283 C1 RU2256283 C1 RU 2256283C1 RU 2004102975/09 A RU2004102975/09 A RU 2004102975/09A RU 2004102975 A RU2004102975 A RU 2004102975A RU 2256283 C1 RU2256283 C1 RU 2256283C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diode
current
resistor
inductor
saturation
Prior art date
Application number
RU2004102975/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.М. Боровиков (RU)
В.М. Боровиков
Ю.И. Красников (RU)
Ю.И. Красников
Original Assignee
ООО "Силовая электроника"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "Силовая электроника" filed Critical ООО "Силовая электроника"
Priority to RU2004102975/09A priority Critical patent/RU2256283C1/en
Priority to PCT/RU2004/000523 priority patent/WO2005074114A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2256283C1 publication Critical patent/RU2256283C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

FIELD: converter engineering.
SUBSTANCE: proposed method involves connection of saturable reactor in series with diode, this reactor being shorted out by circuit set up of series-connected resistor and second diode cumulatively connected to main diode; additional; winding magnetized by dc current is placed on saturable reactor core; additional winding turn number, direction and magnitude of current are chosen so as to ensure that reactor core will be saturated for forward current through diode. In order to reduce overvoltage across components, use can be made of component having nonlinear current-voltage characteristic, such as voltage regulator diode, varistor, suppressor, to function as resistor. In this way, diode reverse current is maintained constant in magnitude and proportional to magnetizing current, magnetic reversal process starts immediately upon diode recovery, and maximal value of relative pulse duration in cutoff state is unlimited.
EFFECT: enhanced efficiency.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразовательной технике.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in converting technology.

Известен способ ограничения обратного тока при восстановлении диода включением последовательно с диодом индуктивности, зашунтированной дополнительным диодом и резистором (Г.А.Белов, С.А.Кузьмин. Преобразователи переменного напряжения 380 В в стабилизированное постоянное. Электронная техника в автоматике. Под ред. Ю.И.Конева. М., Радио и связь, 1981, выпуск 12, с.53-57) [1].There is a method of limiting the reverse current when restoring a diode by switching it in series with an inductance diode, shunted by an additional diode and a resistor (G.A. Belov, S.A. Kuzmin. Transformers of alternating voltage 380 V to stabilized constant. Electronic equipment in automation. Ed. Yu. . I. Koneva. M., Radio and communications, 1981, issue 12, p. 53-57) [1].

Недостатками такого способа ограничения обратного тока диода являются большая амплитуда линейно нарастающего обратного тока и низкий КПД из-за рассеяния энергии в резисторе.The disadvantages of this method of limiting the reverse current of the diode are the large amplitude of the linearly increasing reverse current and low efficiency due to energy dissipation in the resistor.

Для исключения первого недостатка известно применение дросселя насыщения, включенного последовательно с диодом (Аморфные магнитомягкие сплавы и их применение в источниках вторичного электропитания: Справочное пособие / В.И.Хандогин, А.В.Райкова, Н.Н.Ершов и др. Под ред. В.И.Хандогина. М., 1990, стр. 136-137) [2].To eliminate the first drawback, it is known to use a saturation inductor connected in series with a diode (Amorphous soft magnetic alloys and their use in secondary power sources: Reference manual / V.I. Khandogin, A.V. Raikova, N.N. Ershov, etc. Ed. . V.I. Khandogina. M., 1990, pp. 136-137) [2].

Недостатком такого способа ограничения обратного тока при восстановлении диода является низкий КПД из-за рассеяния энергии в резисторе и потерь на перемагничивание сердечника дросселя насыщения. Низкий КПД связан с большим временем восстановления диода, т.к. потери в сердечнике дросселя насыщения и в резисторе пропорциональны величине изменения индукции сердечника дросселя насыщения под действием приложенного к обмотке дросселя насыщения напряжения во время восстановления диода. Время восстановления диода составляет 5-10 времен жизни неосновных носителей в базе диода, т.к. обратный ток диода пренебрежимо мал (по сравнению с прямым током) из-за большой величины индуктивности дросселя насыщения в ненасыщенном состоянии.The disadvantage of this method of limiting the reverse current during restoration of the diode is its low efficiency due to energy dissipation in the resistor and losses due to magnetization reversal of the core of the saturation inductor. Low efficiency is associated with a long recovery time of the diode, because losses in the core of the saturation inductor and in the resistor are proportional to the change in the induction of the core of the saturation inductor under the action of the voltage saturation applied to the winding of the inductor during restoration of the diode. The recovery time of the diode is 5-10 lifetimes of minority carriers in the diode base, because the reverse current of the diode is negligible (compared to direct current) due to the large inductance of the saturation inductor in an unsaturated state.

При приложении прямого напряжения к диоду ток течет по цепи резистор - дополнительный диод - диод в течение всего времени перемагничивания сердечника дросселя насыщения, поэтому в резисторе выделяется мощность потерь, которую можно оценить по формуле:When a direct voltage is applied to the diode, the current flows through the resistor - additional diode - diode circuit during the entire time of magnetization reversal of the saturation inductor core, therefore, the loss power is allocated in the resistor, which can be estimated by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где PR - средняя мощность, выделяющаяся в резисторе;where P R is the average power released in the resistor;

ID - прямой ток через диод;I D - direct current through the diode;

UR - падение напряжения на резисторе;U R is the voltage drop across the resistor;

τR - время перемагничивания сердечника дросселя насыщения под действием напряжения UR;τ R is the magnetization reversal time of the saturation inductor core under the action of voltage U R ;

f - частота, с которой происходит восстановление диода;f is the frequency with which the diode is restored;

Uo - напряжение, прикладываемое к дросселю насыщения во время восстановления диода;U o is the voltage applied to the saturation inductor during restoration of the diode;

τo - время восстановления диода.τ o - recovery time of the diode.

Задача, решаемая изобретением, - увеличение КПД при восстановлении диода.The problem solved by the invention is the increase in efficiency during restoration of the diode.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в известном способе ограничения обратного тока при восстановлении диода путем включения последовательно с диодом дросселя насыщения, зашунтированного цепью из последовательно соединенных резистора и второго диода, включенного согласно диоду, на сердечнике дросселя насыщения вводят дополнительную обмотку, подмагничиваемую постоянным током, причем число витков дополнительной обмотки, направление и величину тока выбирают таким образом, чтобы сердечник дросселя насыщения был насыщен для прямого тока через диод.The essence of the invention lies in the fact that in the known method of limiting the reverse current when restoring the diode by connecting in series with the diode a saturation inductor, shunted by a circuit from a series-connected resistor and a second diode connected according to the diode, an additional winding magnetized by direct current is introduced on the core of the saturation inductor moreover, the number of turns of the additional winding, the direction and magnitude of the current is chosen so that the core of the saturation inductor is saturated for direct current through the diode.

С целью уменьшения перенапряжений на элементах, входящих в схему ограничения обратного тока диода или присоединенных к ней, вместо резистора может быть использован элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой (стабилитрон, варистор, супрессор).In order to reduce overvoltages on the elements included in the diode reverse current limitation circuit or connected to it, instead of a resistor, an element with a non-linear current-voltage characteristic (zener diode, varistor, suppressor) can be used.

На фиг.1 представлена принципиальная схема реализации предлагаемого способа ограничения обратного тока при восстановлении диода, на фиг.2 - кривые токов и напряжений элементов схемы, на фиг.3, фиг.4 - примеры реализации предлагаемого способа в импульсных регуляторах напряжения понижающего и повышающего типов соответственно.Figure 1 presents a schematic diagram of the implementation of the proposed method of limiting the reverse current when restoring the diode, figure 2 - curves of currents and voltages of circuit elements, figure 3, figure 4 - examples of the implementation of the proposed method in pulse voltage regulators step-down and step-up types respectively.

Схема на фиг.1 содержит включенный последовательно с диодом 1 дроссель насыщения 2, зашунтированный цепью из последовательно соединенных резистора 3 и второго диода 4, включенного согласно диоду 1, дополнительную обмотку 5 с током подмагничивания I, введенную на сердечнике дросселя насыщения 2.The circuit in Fig. 1 contains a saturation inductor 2 connected in series with diode 1, shunted by a circuit from a series-connected resistor 3 and a second diode 4, connected according to diode 1, an additional winding 5 with a magnetizing current I, introduced on the core of the saturation inductor 2.

Ограничение обратного тока при восстановлении диода 1 происходит следующим образом.The limitation of the reverse current during restoration of the diode 1 is as follows.

Пусть в начальный момент t0 (фиг. 2) через диод 1 течет прямой ток, сердечник дросселя насыщения 2 находится в насыщенном состоянии, ток через резистор 3 и второй диод 4 равен нулю.Let a direct current flow through diode 1 at the initial moment t 0 (Fig. 2), the core of saturation inductor 2 is in a saturated state, the current through resistor 3 and the second diode 4 is zero.

В момент времени t1 к последовательной цепи диод 1 - дроссель насыщения 2 прикладывается обратное по отношению к диоду 1 напряжение, сердечник дросселя насыщения 2 выходит из насыщения и дроссель насыщения 2 начинает работать как трансформатор. При этом к обмотке дросселя насыщения 2 приложено напряжение, приводящее к изменению индукции в сердечнике дросселя насыщения 2, и по ней течет ток, равный току подмагничивания I, деленному на отношение числа витков обмотки дросселя насыщения 2 к числу витков дополнительной обмотки 5. Этот ток является восстанавливающим для диода 1, поэтому выбором тока подмагничивания I и числа витков дополнительной обмотки 5 можно выбирать темп выноса неосновных носителей заряда из базовой области диода 1, т.е. изменять время восстановления диода 1. В течение этого времени сердечник насыщающегося дросселя 2 не должен войти в насыщение во избежание резкого увеличения обратного тока диода 1.At time t 1 , a voltage opposite to diode 1 is applied to the diode 1 - saturation inductor 2 serial circuit, the core of saturation inductor 2 goes out of saturation and saturation inductor 2 starts to work as a transformer. In this case, a voltage is applied to the winding of the saturation inductor 2, which leads to a change in the induction in the core of the saturation inductor 2, and a current flows equal to the bias current I divided by the ratio of the number of turns of the winding of the saturation inductor 2 to the number of turns of the additional winding 5. This current is regenerative for diode 1, therefore, by choosing the bias current I and the number of turns of the additional winding 5, one can choose the rate of removal of minority charge carriers from the base region of diode 1, i.e. change the recovery time of diode 1. During this time, the core of the saturable inductor 2 should not enter saturation in order to avoid a sharp increase in the reverse current of diode 1.

В момент времени t2 диод 1 восстанавливается, ток, наведенный в обмотке дросселя насыщения 2, замыкается через резистор 3 и второй диод 4, к диоду 1 прикладывается сумма обратного напряжения и напряжения на резисторе 3. Приложенное к обмотке дросселя насыщения 2 напряжение имеет противоположный обратному напряжению знак, поэтому сердечник дросселя насыщения 2 начинает перемагничиваться в обратную сторону. В момент времени t3 сердечник дросселя насыщения 2 насыщается, ток в обмотке дросселя насыщения 2, резисторе 3 и втором диоде 4 становится равным нулю, а к диоду 1 прикладывается напряжение, равное обратному.At time t 2, diode 1 is restored, the current induced in the winding of the saturation inductor 2 is closed through the resistor 3 and the second diode 4, the sum of the reverse voltage and the voltage across the resistor 3 is applied to diode 1. The voltage applied to the winding of the saturation inductor 2 is opposite to the opposite voltage sign, so the core of the saturation inductor 2 begins to magnetize in the opposite direction. At time t 3, the core of saturation inductor 2 is saturated, the current in the winding of saturation inductor 2, resistor 3, and second diode 4 becomes equal to zero, and the opposite voltage is applied to diode 1.

В момент времени t4 к диоду 1 прикладывается прямое напряжение и через диод 1 начинает протекать прямой ток. Т.к. дроссель насыщения 2, сердечник которого находится в насыщенном состоянии, имеет некоторую индуктивность, в момент времени t4 ток потечет через резистор 3 и дополнительный диод 4. В период времени t4-t5 будет происходить перераспределение тока через резистор 3 и обмотку дросселя насыщения 2. К моменту времени t5 весь ток потечет через обмотку дросселя насыщения 2.At time t 4, a direct voltage is applied to diode 1 and a direct current begins to flow through diode 1. Because saturation inductor 2, the core of which is in a saturated state, has some inductance, at time t 4, the current flows through resistor 3 and additional diode 4. In the period t 4 -t 5 , current will be redistributed through resistor 3 and the winding of saturation inductor 2 By time t 5, all current will flow through the winding of saturation inductor 2.

В момент времени t6 к последовательной цепи диод 1 - дроссель насыщения 2 прикладывается обратное по отношению к диоду 1 напряжение и процесс восстановления диода 1 повторяется аналогично моменту времени t1.At time t 6, a voltage opposite to diode 1 is applied to the diode 1 - saturation inductor 2 in series and the recovery process of diode 1 is repeated similarly to time t 1 .

Среднюю мощность потерь в резисторе 3 можно оценить как:The average power loss in resistor 3 can be estimated as:

Figure 00000003
Figure 00000003

где РR3 - средняя мощность, выделяющаяся в резисторе 3;where P R3 is the average power released in the resistor 3;

I - ток подмагничивания дополнительной обмотки 5;I is the bias current of the additional winding 5;

N5 - число витков дополнительной обмотки 5;N 5 - the number of turns of the additional winding 5;

N2 - число витков обмотки дросселя насыщения 2;N 2 - the number of turns of the winding of the inductor saturation 2;

UR3 - падение напряжения на резисторе 3;U R3 - voltage drop across the resistor 3;

t3-t2 - время обратного перемагничивания сердечника дросселя насыщения 2 под действием напряжения UR3;t 3 -t 2 is the time of reverse magnetization reversal of the core of saturation inductor 2 under the action of voltage U R3 ;

f - частота, с которой происходит восстановление диода;f is the frequency with which the diode is restored;

Uo - напряжение, прикладываемое к дросселю насыщения во время восстановления диода (обратное напряжение);U o is the voltage applied to the saturation inductor during diode recovery (reverse voltage);

t2-t1 - время восстановления диода 1.t 2 -t 1 - recovery time of diode 1.

Для сравнения потерь в резисторе 3 с аналогичными потерями в резисторе прототипа поделим уравнение (2) на уравнение (I):To compare the losses in the resistor 3 with similar losses in the resistor of the prototype, we divide equation (2) by equation (I):

Figure 00000004
Figure 00000004

Если принять I=ID, N5/N2=1/5, т.е. обратный ток диода 1 в пять раз меньше прямого тока через этот диод, то время (t2-t1) восстановления диода 1 будет в несколько раз меньше времени τo - времени восстановления диода 1 при отсутствии обратного тока. Соответственно мощность потерь в резисторе 3 будет на порядок меньше, чем мощность потерь в резисторе прототипа, а потери на перемагничивание сердечника дросселя насыщения 2 будут в несколько раз меньше, чем потери на перемагничивание сердечника дросселя насыщения прототипа.If we take I = I D , N 5 / N 2 = 1/5, i.e. the reverse current of diode 1 is five times less than the direct current through this diode, then the time (t 2 -t 1 ) of the recovery of diode 1 will be several times less than the time τ o - recovery time of diode 1 in the absence of reverse current. Accordingly, the power loss in the resistor 3 will be an order of magnitude less than the power loss in the resistor of the prototype, and the loss of magnetization reversal of the core of saturation inductor 2 will be several times smaller than the loss of magnetization reversal of the core of the prototype saturation inductor.

Для уменьшения выброса напряжения на резисторе 3 и насыщающемся дросселе 2 при приложении к диоду 1 прямого напряжения вместо резистора 3 можно использовать элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой (стабилитрон, варистор, супрессор).To reduce the voltage surge on resistor 3 and saturable inductor 2 when applying direct voltage to diode 1, instead of resistor 3, an element with a non-linear current-voltage characteristic (zener diode, varistor, suppressor) can be used.

Во многих практически важных случаях можно отказаться от использования отдельного источника тока подмагничивания дополнительной обмотки 5, а включить дополнительную обмотку 5 в ту цепь схемы (устройства), где течет постоянный ток, например, в цепь LC-фильтра (фиг.3) или в цепь индуктивного накопителя энергии (фиг.4).In many practically important cases, you can refuse to use a separate magnetizing current source of the additional winding 5, and include the additional winding 5 in the circuit of the circuit (device) where the direct current flows, for example, in the LC filter circuit (Fig. 3) or in the circuit inductive energy storage (figure 4).

На фиг. 3 представлен пример применения предлагаемого способа ограничения обратного тока при восстановлении диода в импульсном регуляторе напряжения понижающего типа.In FIG. 3 shows an example of the application of the proposed method for limiting the reverse current when restoring a diode in a pulse voltage regulator of a step-down type.

Импульсный регулятор напряжения на фиг. 3 содержит входной 6, общий 7 и выходной 8 выводы для подключения источника питания 9 и нагрузки 10 соответственно, силовой ключ 11, обратный диод 1, LC-фильтр, содержащий дроссель 12 и конденсатор 13, дроссель насыщения 2, дополнительный диод 4, резистор 3, а также дополнительно введенную обмотку 5 на сердечнике дросселя насыщения 2.The pulse voltage regulator of FIG. 3 contains input 6, common 7 and output 8 outputs for connecting a power source 9 and load 10, respectively, a power switch 11, a reverse diode 1, an LC filter containing a reactor 12 and a capacitor 13, a saturation reactor 2, an additional diode 4, a resistor 3 , as well as an additionally introduced winding 5 on the core of the saturation inductor 2.

Рассмотрим, как происходит ограничение обратного тока при восстановлении обратного диода 1 в установившемся режиме.Consider how the reverse current is limited when the reverse diode 1 is restored in steady state.

Пусть силовой ключ 11 разомкнут, ток дросселя 12 замыкается через нагрузку 10, обратный диод 1, обмотку дросселя насыщения 2 и дополнительно введенную обмотку 5, при этом сердечник дросселя насыщения 2 находится в насыщении, ток через дополнительный диод 4 и резистор 3 равен нулю.Let the power switch 11 be open, the current of the inductor 12 is closed through the load 10, the reverse diode 1, the winding of the saturation inductor 2 and the additionally introduced winding 5, while the core of the saturation inductor 2 is saturated, the current through the additional diode 4 and resistor 3 is zero.

При замыкании силового ключа 11 к обмотке дросселя насыщения 2 прикладывается напряжение источника питания 9, выводящее сердечник дросселя 2 из насыщения, в результате дроссель насыщения 2. начинает работать как трансформатор. Через обратный диод 1 начинает протекать обратный ток, равный току дросселя 12, деленному на отношение числа витков дросселя насыщения 2 к числу витков дополнительно введенной обмотки 5. Через силовой ключ 11 в это время течет сумма тока дросселями тока восстановления обратного диода 1.When the power switch 11 is closed, the voltage of the power supply 9 is applied to the winding of the saturation inductor 2, which brings the core of the inductor 2 out of saturation, as a result, the saturation inductor 2. starts to work like a transformer. A reverse current begins to flow through the reverse diode 1, equal to the current of the inductor 12 divided by the ratio of the number of turns of the saturation inductor 2 to the number of turns of the additionally introduced winding 5. At this time, the sum of the current flows through the inductors of the recovery current of the reverse diode 1.

После восстановления обратного диода 1 ток, протекающий по обмотке дросселя насыщения 2, замыкается через дополнительный диод 4 и резистор 3, при этом под действием напряжения на этих элементах начинается процесс обратного перемагничивания сердечника дросселя насыщения 2, который заканчивается насыщением сердечника и прекращением протекания тока через диод 4 и резистор 3. Сердечник дросселя насыщения 2 удерживается в насыщенном состоянии током дросселя 12, протекающим по дополнительно введенной обмотке 5.After the recovery of the reverse diode 1, the current flowing through the winding of the saturation inductor 2 is closed through an additional diode 4 and resistor 3, while under the action of voltage on these elements, the process of reverse magnetization reversal of the core of the saturation inductor 2 begins, which ends with the saturation of the core and the current flowing through the diode 4 and the resistor 3. The core of the saturation inductor 2 is held in a saturated state by the current of the inductor 12 flowing through an additionally introduced winding 5.

Таким образом, обратный ток при восстановлении обратного диода 1 в импульсном регуляторе напряжения понижающего типа ограничен величиной тока дросселя 12, деленной на отношение числа витков дросселя насыщения 2 к числу витков дополнительно введенной обмотки 5. Выбором числа витков дросселя насыщения 2 и дополнительно введенной обмотки 5 можно минимизировать потери в резисторе 3 и потери на перемагничивание сердечника дросселя насыщения 2 при восстановлении обратного диода 1.Thus, the reverse current during restoration of the reverse diode 1 in the step-down voltage regulator is limited by the value of the inductor current 12 divided by the ratio of the number of turns of the saturation inductor 2 to the number of turns of the additionally introduced winding 5. By choosing the number of turns of the saturable inductor 2 and additionally introduced winding 5, you can minimize losses in the resistor 3 and losses on the magnetization reversal of the core of the saturation inductor 2 when restoring the reverse diode 1.

Включение дополнительно введенной обмотки 5 последовательно с дросселем 12 упрощает схему импульсного регулятора напряжения понижающего типа и устанавливает пропорциональность прямого и обратного тока через обратный диод 1.The inclusion of additionally introduced winding 5 in series with the inductor 12 simplifies the circuit of the pulse voltage regulator step-down type and sets the proportionality of the forward and reverse current through the return diode 1.

Импульсный регулятор напряжения повышающего типа, представленный на фиг. 4, содержит входной 6, общий 7 и выходной 8 выводы для подключения источника питания 9 и нагрузки 10 соответственно, дроссель 12, силовой ключ 11, диод 1, конденсатор 13, дроссель насыщения 2, дополнительный диод 4, резистор 3, а также дополнительно введенную обмотку 5 на сердечнике дросселя насыщения 2.The step-up voltage switching regulator shown in FIG. 4, contains input 6, common 7 and output 8 outputs for connecting a power source 9 and load 10, respectively, a choke 12, a power switch 11, a diode 1, a capacitor 13, a saturation choke 2, an additional diode 4, a resistor 3, and also additionally introduced winding 5 on the core of saturation inductor 2.

Рассмотрим, как происходит ограничение обратного тока при восстановлении диода 1 в установившемся режиме.Consider how the reverse current is limited when diode 1 is restored in steady state.

Пусть силовой ключ 11 разомкнут, ток дросселя 12 замыкается через дополнительно введенную обмотку 5, обмотку дросселя насыщения 2, диод 1, нагрузку 10, источник питания 9, при этом сердечник дросселя насыщения 2 находится в насыщении, ток через дополнительный диод 11 и резистор 3 равен нулю.Let the power switch 11 open, the current of the inductor 12 is closed through the additionally introduced winding 5, the winding of the saturation inductor 2, diode 1, load 10, power supply 9, while the core of saturation inductor 2 is saturated, the current through the additional diode 11 and resistor 3 is to zero.

При замыкании силового ключа 11 к обмотке дросселя насыщения 2 прикладывается напряжение, равное напряжению на нагрузке 10, т.к. диод 1 находится в проводящем состоянии. Это напряжение выводит сердечник дросселя 2 из насыщения, в результате дроссель насыщения 2 начинает работать как трансформатор и через диод 4 начинает протекать обратный ток, равный току дросселя 12, деленному на отношение числа витков дросселя насыщения 2 к числу витков дополнительно введенной обмотки 5. Через силовой ключ 11 в это время течет сумма тока дросселя 12 и тока восстановления диода 1.When the power switch 11 is closed, a voltage equal to the voltage at load 10 is applied to the winding of the saturation inductor 2, because diode 1 is in a conductive state. This voltage takes the core of inductor 2 out of saturation, as a result, saturation inductor 2 starts working like a transformer and a reverse current starts to flow through diode 4, equal to the inductor current 12 divided by the ratio of the number of turns of the saturation inductor 2 to the number of turns of the additional winding 5. Through the power the key 11 at this time flows the sum of the current of the inductor 12 and the recovery current of the diode 1.

После восстановления диода 1 наведенный в обмотке дросселя насыщения 2 ток замыкается через дополнительный диод 4 и резистор 3, ток в силовом ключе 11 становится равным току в дросселе 12. Под действием напряжения на дополнительном диоде 4 и резисторе 3 начинается процесс обратного перемагничивания сердечника дросселя насыщения 2, который заканчивается насыщением сердечника и прекращением тока через диод 4 и резистор 3.After restoration of diode 1, the current induced in the winding of the saturation inductor 2 is closed through an additional diode 4 and resistor 3, the current in the power switch 11 becomes equal to the current in the inductor 12. Under the action of voltage on the additional diode 4 and resistor 3, the process of reverse magnetization reversal of the core of saturation inductor 2 begins , which ends with the saturation of the core and the cessation of current through the diode 4 and resistor 3.

Обратный ток при восстановлении диода 1 в импульсном регуляторе напряжения повышающего типа ограничен величиной тока дросселя 12, деленной на отношение числа витков дросселя насыщения 2 к числу витков дополнительно введенной обмотки 5. Выбором числа витков дросселя насыщения 2 и этого отношения можно минимизировать потери в резисторе 3 и потери на перемагничивание сердечника дросселя насыщения 2 при восстановлении диода 1.The reverse current during restoration of diode 1 in the boost voltage regulator is limited by the value of the inductor current 12 divided by the ratio of the number of turns of the saturation inductor 2 to the number of turns of the additional winding 5. By choosing the number of turns of the saturation inductor 2 and this ratio, the losses in resistor 3 can be minimized loss of magnetization reversal of the core of saturation inductor 2 during restoration of diode 1.

Включение дополнительно введенной обмотки 5 последовательно с дросселем 12 упрощает схему импульсного регулятора напряжения повышающего типа и устанавливает пропорциональность прямого и обратного тока через диод 1.The inclusion of the additionally introduced winding 5 in series with the inductor 12 simplifies the circuit of the pulse voltage regulator of the boost type and establishes the proportionality of the forward and reverse current through the diode 1.

Таким образом, предлагаемый способ ограничения обратного тока при восстановлении диода обладает следующими положительными качествами:Thus, the proposed method for limiting the reverse current during restoration of the diode has the following positive qualities:

- обратный ток диода постоянен и равен току подмагничивания дополнительно введенной обмотки, деленному на отношение числа витков обмотки дросселя насыщения к числу витков дополнительно введенной обмотки, поэтому при заданном максимальном обратном токе диода время восстановления диода минимально;- the reverse current of the diode is constant and equal to the bias current of the additionally introduced winding, divided by the ratio of the number of turns of the winding of the saturation inductor to the number of turns of the additionally introduced winding, therefore, at a given maximum reverse current of the diode, the diode recovery time is minimal;

- процесс перемагничивания сердечника дросселя насыщения начинается сразу после восстановления диода, поэтому нет ограничения на максимальную скважность запертого состояния диода вплоть до 100%;- the process of magnetization reversal of the core of the saturation inductor starts immediately after the restoration of the diode, therefore there is no limit on the maximum duty cycle of the locked state of the diode up to 100%;

- потери на перемагничивание сердечника дросселя насыщения уменьшены в несколько раз, а потери в резисторе - более чем на порядок по сравнению с прототипом.- the loss of magnetization reversal of the core of the saturation inductor is reduced several times, and the loss in the resistor is more than an order of magnitude compared to the prototype.

Наиболее целесообразно применение данного изобретения в импульсных регуляторах напряжения, корректорах коэффициента мощности, выпрямителях, преобразователях частоты и напряжения, работающих при повышенных входных напряжениях, например, в электроприводе железнодорожного транспорта.The most appropriate use of this invention in switching voltage regulators, power factor correctors, rectifiers, frequency and voltage converters operating at high input voltages, for example, in an electric drive of railway transport.

Использованные источники информацииInformation Sources Used

1. Г.А.Белов, С.А.Кузьмин. Преобразователи переменного напряжения 380 В в стабилизированное постоянное. Электронная техника в автоматике. Под ред. Ю.И.Конева. М., Радио и связь, 1981, выпуск 12, с.53-57.1. G.A. Belov, S.A. Kuzmin. 380 V AC / DC Converters Electronic technology in automation. Ed. Yu.I. Koneva. M., Radio and communications, 1981, issue 12, p. 53-57.

2. Аморфные магнитомягкие сплавы и их применение в источниках вторичного электропитания: Справочное пособие / В.И.Хандогин, А.В.Райкова, Н.Н.Ершов и др. Под ред. В.И.Хандогина, М., 1990, стр. 136-137.2. Amorphous soft magnetic alloys and their use in secondary power sources: Reference manual / V.I. Khandogin, A.V. Raikova, N.N. Ershov and others. Ed. V.I. Khandogina, M., 1990, pp. 136-137.

Claims (2)

1. Способ ограничения обратного тока при восстановлении диода путем включения последовательно с диодом дросселя насыщения, зашунтированного цепью из последовательно соединенных резистора и второго диода, включенного согласно диоду, отличающийся тем, что на сердечнике дросселя насыщения вводят дополнительную обмотку, подмагничиваемую постоянным током, причем число витков дополнительной обмотки, направление и величину тока выбирают таким образом, чтобы сердечник дросселя насыщения был насыщен для прямого тока через диод.1. The method of limiting the reverse current when restoring the diode by connecting in series with the diode a saturation inductor, shunted by a circuit from a series-connected resistor and a second diode connected according to the diode, characterized in that an additional winding magnetized by a direct current is introduced on the core of the saturation inductor, and the number of turns additional winding, the direction and magnitude of the current is chosen so that the core of the saturation inductor is saturated for direct current through the diode. 2. Способ ограничения обратного тока при восстановлении диода по п.1, отличающийся тем, что в качестве резистора используют элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой, например, стабилитрон, варистор, супрессор.2. The method of limiting the reverse current during restoration of the diode according to claim 1, characterized in that as a resistor an element with a non-linear current-voltage characteristic is used, for example, a zener diode, varistor, suppressor.
RU2004102975/09A 2004-02-02 2004-02-02 Method for limiting reverse current during diode recovery RU2256283C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004102975/09A RU2256283C1 (en) 2004-02-02 2004-02-02 Method for limiting reverse current during diode recovery
PCT/RU2004/000523 WO2005074114A1 (en) 2004-02-02 2004-12-24 Method for limiting inverse current for diode recovery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004102975/09A RU2256283C1 (en) 2004-02-02 2004-02-02 Method for limiting reverse current during diode recovery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2256283C1 true RU2256283C1 (en) 2005-07-10

Family

ID=34825316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004102975/09A RU2256283C1 (en) 2004-02-02 2004-02-02 Method for limiting reverse current during diode recovery

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2256283C1 (en)
WO (1) WO2005074114A1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1188873A1 (en) * 1984-04-13 1985-10-30 Опытное производственно-техническое предприятие "Уралчерметавтоматика" Method of power transistor switch control
DE19543702A1 (en) * 1995-11-23 1997-05-28 Asea Brown Boveri Power converter circuitry
US5815386A (en) * 1997-06-19 1998-09-29 Factor One, Inc. Snubber for zero current switched networks

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005074114A1 (en) 2005-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1084112A (en) Pulse width modulated voltage regulator- converter/power converter having push-push regulator- converter means
EP0172487B1 (en) Power supply with free oscillating forward converter and electrically insolated control loop
US20100277955A1 (en) Boost Device For Voltage Boosting
JPH10500834A (en) Continuous flyback power converter
JPS62166772A (en) Forward converter used for changing electric source
CN111525800A (en) Flyback power conversion device and flyback power conversion method
JPH07163139A (en) High efficiency regulator of switching method
JP2005507628A (en) Synchronous rectifier circuit
RU2256283C1 (en) Method for limiting reverse current during diode recovery
Kassakian et al. A comparative evaluation of series and parallel structures for high frequency transistor inverters
EP0170292A1 (en) Power supply with free oscillating forward converter
RU2307441C1 (en) Method for reducing dynamic losses in electric energy transformers
CN86101356A (en) Switching power supply
KR102075470B1 (en) A flyback converter
Vinh et al. Highly Efficient step-up Boost-Flyback coupled magnetic integrated converter for photovoltaic energy
RU137692U1 (en) HIGH VOLTAGE INPUT CONVERTER (VARIANTS)
SU779994A1 (en) Pulsed parameteric dc voltage stabilizer
SU1746492A1 (en) Single-ended dc voltage converter
RU2647864C2 (en) Impulse dc voltage converter
Hung et al. A NIOS II base wide output range power factor corrector
SU1517103A2 (en) D.c. voltage converter
RU2414049C1 (en) Diode of synchronous rectification and voltage converter with its application
RU2050681C1 (en) Transistorized direct-current voltage changer
SU1749999A1 (en) Dc/dc voltage converter
SU851686A1 (en) Adjustable dc voltage converter

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20060814

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20070416

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120203

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140327

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170203

TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -MM4A - IN JOURNAL: 29-2017

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20211115