RU2293430C2

RU2293430C2 - Non-symmetric semi-bridge voltage transformer with synchronous rectification

Info

Publication number: RU2293430C2
Application number: RU2005103942/09A
Authority: RU
Original assignee: ЗАО "Связь инжиниринг"
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2007-02-10

Abstract

FIELD: transforming equipment, in particular, non-symmetric semi-bridge transformers, transforming direct voltage to low direct voltage.

SUBSTANCE: traditional control over transistor from secondary winding of transformer or its branches cannot provide required speed, primarily due to dissipation inductance of windings. Therefore during traditional control over transistor from secondary winding of transformer or its branches losses at internal transistor diode are increased, resulting in decreased efficiency of transformer. Polarity of voltage on field transistor replacing output diode, shows direction of current passing through it. Signal about switching of field transistor is received from its force outputs. Change of current direction results in change of voltage polarity on field transistor, being a signal for circuit controlling this transistor.

EFFECT: increased speed of switching of field transistor replacing output diode, resulting in increased efficiency of transformer.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к несимметричным полумостовым преобразователям (НПП) постоянного напряжения в низкое постоянное.The invention relates to the field of converter technology, in particular to asymmetric half-bridge DC / DC converters (DC) to low DC.

Известен преобразователь напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через ключевые элементы связана с источником напряжения, а вторичная обмотка через управляемый полевой транзистор, заменяющий выходной диод, подключена к нагрузочной цепи, представляющей собой соединенные параллельно первые резистор и конденсатор, причем один и другой силовые выводы управляемого полевого транзистора соединены соответственно с выводом вторичной обмотки и выводами упомянутых резистора и конденсаторов, а управляемый вывод транзистора - с выходом управляющего элемента (патент США №6424544). В данном техническом решении управление полевым транзистором осуществляется от вторичной обмотки трансформатора. Однако при управлении транзистором от вторичной обмотки трансформатора (или ее отводов) не может быть обеспечено требуемое быстродействие переключения полевого транзистора, заменяющего выходной диод, из-за индуктивности рассеяния обмоток. При таком управлении возрастают потери на внутреннем диоде транзистора, что снижает КПД преобразователя.A known voltage converter containing a transformer, the primary winding of which through key elements is connected to a voltage source, and the secondary winding through a controlled field-effect transistor replacing the output diode is connected to a load circuit, which is a first resistor and capacitor connected in parallel, and one and the other power terminals controlled field-effect transistor connected respectively to the output of the secondary winding and the findings of the aforementioned resistor and capacitors, and the controlled output of the trans History - a yield of a control element (US Patent №6424544). In this technical solution, the control of the field effect transistor is carried out from the secondary winding of the transformer. However, when controlling the transistor from the secondary winding of the transformer (or its taps), the required switching speed of the field-effect transistor replacing the output diode cannot be ensured due to the leakage inductance of the windings. With this control, losses on the internal diode of the transistor increase, which reduces the efficiency of the converter.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение быстродействия переключения полевого транзистора, заменяющего выходной диод, и связанное с этим повышение КПД преобразователя.The technical result to which this invention is directed is to increase the switching speed of a field effect transistor replacing the output diode, and the associated increase in converter efficiency.

Технический результат достигается тем, что несимметричный полумостовой преобразователь напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого вместе с включенным последовательно с ней первым конденсатором через один из ключевых элементов связана с источником напряжения, другой ключевой элемент подключен параллельно указанной цепи из последовательно соединенных первичной обмотки трансформатора и первого конденсатора, а вторичная обмотка через управляемый полевой транзистор подключена к нагрузочной цепи, представляющей собой соединенные параллельно первый резистор и второй конденсатор, причем один силовой вывод управляемого полевого транзистора соединен с одним из выводов указанной вторичной обмотки, другой силовой вывод управляемого полевого транзистора - с первыми выводами упомянутых первого резистора и второго конденсатора, вторые выводы которых соединены со вторым выводом вторичной обмотки, а управляющий вывод транзистора - с выходом управляющего элемента, снабжен компаратором, вторым и третьим резисторами и третьим и четвертым конденсаторами, вход управляющего элемента подключен к выходу компаратора, выводы питания упомянутых управляющего элемента и компаратора соединены с выводами нагрузочной цепи, один вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом компаратора и первыми выводами третьих резистора и конденсатора, а другой вывод второго резистора подключен к соединенным выводу вторичной обмотки трансформатора и силовому выводу указанного полевого транзистора, вторые выводы третьих резистора и конденсатора и первые выводы параллельно соединенных четвертых резистора и конденсатора подключены к соединенным другому силовому выводу полевого транзистора и выводам первого резистора и второго конденсатора, при этом вторые выводы четвертых резистора и конденсатора соединены с прямым входом компаратора.The technical result is achieved by the fact that an asymmetric half-bridge voltage converter containing a transformer, the primary winding of which, together with the first capacitor connected in series with it, is connected to a voltage source through one of the key elements, the other key element is connected in parallel to the specified circuit from the transformer primary winding and the first capacitor, and the secondary winding through a managed field effect transistor is connected to a load circuit, representing a first resistor and a second capacitor connected in parallel, moreover, one power terminal of the controlled field-effect transistor is connected to one of the terminals of the specified secondary winding, the other power terminal of the controlled field-effect transistor is connected to the first terminals of the first resistor and the second capacitor, the second terminals of which are connected to the second terminal of the secondary windings, and the control output of the transistor - with the output of the control element, is equipped with a comparator, second and third resistors and the third and fourth capacitors , the input of the control element is connected to the output of the comparator, the power leads of the mentioned control element and the comparator are connected to the terminals of the load circuit, one terminal of the second resistor is connected to the inverting input of the comparator and the first terminals of the third resistor and capacitor, and the other terminal of the second resistor is connected to the connected terminal of the secondary winding the transformer and the power terminal of the indicated field-effect transistor, the second terminals of the third resistor and capacitor and the first terminals of the parallel connected fourth stories and a capacitor connected to the other power terminal connected to the FET and outputting a first resistor and a second capacitor, the second terminal of the fourth resistor and a capacitor connected to the direct input of the comparator.

На чертеже представлена схема заявляемого преобразователя.The drawing shows a diagram of the inventive Converter.

Несимметричный полумостовой преобразователь напряжения содержит трансформатор 1 и ключевые элементы 2 и 3. Первичная обмотка 1.1 вместе с включенным последовательно с ней первым конденсатором 4 через ключевой элемент 2 связана с источником напряжения. Ключевой элемент 3 подключен параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных первичной обмотки 1.1 трансформатора 1 и первого конденсатора 4. Вторичная обмотка 1.2 трансформатора 1 через управляемый полевой транзистор 5 подключена к нагрузочной цепи, представляющей собой соединенные параллельно первые резистор 6 и конденсатор 7. Один и другой силовые выводы (сток и исток) управляемого полевого транзистора 5, заменяющего выходной диод, соединены соответственно с выводом вторичной обмотки 1.2 и выводами резистора 6 и конденсатора 7, а управляемый вывод транзистора 5 - с выходом управляющего элемента 8. Преобразователь снабжен компаратором 9, резисторами 10, 11, 12 и конденсаторами 13, 14. Вход управляющего элемента 8 подключен к выходу компаратора 9. Выводы питания упомянутых управляющего элемента 8 и компаратора 9 соединены с выводами указанной нагрузочной цепи. Первые выводы резистора 10 и резистора 11 соединены с инвертирующим входом компаратора и первым выводом конденсатора 13, а второй вывод резистора 11 подключен к выводу вторичной обмотки 1.2 трансформатора 1, соединенному с силовым выводом полевого транзистора 5, вторые выводы резистора 10, конденсатора 13 и первые выводы параллельно соединенных резистора 12 и конденсатора 14 подключены к выводам резистора 6 и конденсатора 7 и соединенным с другим силовым выводом полевого транзистора 5. Вторые выводы резистора 12 и конденсатора 14 соединены с прямым входом компаратора 9. Преобразователь является стабилизированным. Цепи управления ключевыми элементами 2 и 3 на графических материалах не показаны, поскольку управление указанными ключевыми элементами 2 и 3 может быть осуществлено по любой известной стандартной схеме.An asymmetric half-bridge voltage converter contains a transformer 1 and key elements 2 and 3. The primary winding 1.1, together with the first capacitor 4 connected in series with it, is connected through a key element 2 to a voltage source. The key element 3 is connected in parallel to the circuit, consisting of the primary winding 1.1 of the transformer 1 and the first capacitor connected in series. The secondary winding 1.2 of the transformer 1 is connected via a managed field effect transistor 5 to the load circuit, which is the first resistor 6 and the capacitor 7 connected in parallel. One and the other the power terminals (drain and source) of the controlled field-effect transistor 5 replacing the output diode are connected respectively to the terminal of the secondary winding 1.2 and the terminals of the resistor 6 and capacitor 7, and the controlled output of the transistor 5 - with the output of the control element 8. The converter is equipped with a comparator 9, resistors 10, 11, 12 and capacitors 13, 14. The input of the control element 8 is connected to the output of the comparator 9. The power terminals of the mentioned control element 8 and comparator 9 are connected to the terminals specified load circuit. The first terminals of the resistor 10 and resistor 11 are connected to the inverting input of the comparator and the first terminal of the capacitor 13, and the second terminal of the resistor 11 is connected to the terminal of the secondary winding 1.2 of the transformer 1 connected to the power terminal of the field effect transistor 5, the second terminals of the resistor 10, the capacitor 13, and the first terminals parallel connected resistor 12 and capacitor 14 are connected to the terminals of resistor 6 and capacitor 7 and connected to another power terminal of the field effect transistor 5. The second terminals of resistor 12 and capacitor 14 are connected to a direct Odom comparator 9. The converter is stable. The control circuits of key elements 2 and 3 are not shown on graphic materials, since the control of these key elements 2 and 3 can be carried out according to any known standard scheme.

За счет поочередного включения ключевых элементов 2 и 3 меняется полярность напряжения на трансформаторе 1. Полярность напряжения на силовых выводах полевого транзистора 5 свидетельствует о направлении проходящего через него тока. Сигнал о переключении полевого транзистора 5 поступает с его силовых выводов. Изменение направления тока приводит к изменению полярности напряжения на полевом транзисторе 5, что является сигналом для схемы управления этим транзистором.Due to the alternate switching on of the key elements 2 and 3, the polarity of the voltage across the transformer 1 changes. The polarity of the voltage at the power terminals of the field effect transistor 5 indicates the direction of the current passing through it. The signal for switching the field effect transistor 5 comes from its power terminals. A change in the direction of the current leads to a change in the polarity of the voltage across the field effect transistor 5, which is a signal for the control circuit of this transistor.

Сигнал на инвертирующем входе компаратора 9 сравнивается с нулевым уровнем, присутствующим на прямом входе компаратора 9 и в зависимости от полярности напряжения между стоком и истоком транзистор 5 закрывается или открывается. Таким образом управление осуществляется непосредственно от силовых выводов транзистора 5, что обеспечивает высокое быстродействие, повышение КПД преобразователя и повышение надежности.The signal at the inverting input of the comparator 9 is compared with the zero level present at the direct input of the comparator 9 and, depending on the polarity of the voltage between the drain and the source, the transistor 5 closes or opens. Thus, the control is carried out directly from the power terminals of the transistor 5, which ensures high speed, increased efficiency of the converter and increased reliability.

Claims

An asymmetric half-bridge voltage converter with synchronous rectification, containing a transformer, the primary winding of which, together with the first capacitor connected in series with it, is connected through one of the key elements to the voltage source, the other key element is connected in parallel to the specified circuit, consisting of the transformer primary winding and the first capacitor connected in series and the secondary winding through a controlled field-effect transistor is connected to a load circuit, which is connected in parallel with the first resistor and the second capacitor, moreover, one power terminal of the controlled field-effect transistor is connected to one of the terminals of the specified secondary winding, the other power terminal of the controlled field-effect transistor is connected to the first terminals of the first resistor and the second capacitor, the second terminals of which are connected to the second terminal of the secondary winding , and the control output of the transistor - with the output of the control element, characterized in that it is equipped with a comparator, second and third resistors and a third and a fourth m capacitors, the input of the control element is connected to the output of the comparator, the power leads of the said control element and the comparator are connected to the terminals of the load circuit, one terminal of the second resistor is connected to the inverting input of the comparator and the first conclusions of the third resistor and capacitor, and the other terminal of the second resistor is connected to the connected terminal the secondary winding of the transformer and the power terminal of the indicated field-effect transistor, the second terminals of the third resistor and capacitor and the first terminals in parallel GOVERNMENTAL fourth resistor and a capacitor connected to the other power terminal connected to the FET and outputting a first resistor and a second capacitor, the second terminal of the fourth resistor and a capacitor connected to the direct input of the comparator.