RU2316884C2 - Преобразователь напряжения - Google Patents

Преобразователь напряжения Download PDF

Info

Publication number
RU2316884C2
RU2316884C2 RU2006126497/09A RU2006126497A RU2316884C2 RU 2316884 C2 RU2316884 C2 RU 2316884C2 RU 2006126497/09 A RU2006126497/09 A RU 2006126497/09A RU 2006126497 A RU2006126497 A RU 2006126497A RU 2316884 C2 RU2316884 C2 RU 2316884C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
inductance
transistors
transformers
inverters
Prior art date
Application number
RU2006126497/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006126497A (ru
Inventor
Василий Арсеньевич Хабузов (RU)
Василий Арсеньевич Хабузов
ков Владимир Федорович Худ (RU)
Владимир Федорович Худяков
Original Assignee
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "Нью Лайн"
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 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "Нью Лайн" filed Critical ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "Нью Лайн"
Priority to RU2006126497/09A priority Critical patent/RU2316884C2/ru
Publication of RU2006126497A publication Critical patent/RU2006126497A/ru
Priority to KR1020070044189A priority patent/KR100835329B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of RU2316884C2 publication Critical patent/RU2316884C2/ru

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
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion 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
    • H02M3/325Conversion 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
    • H02M3/335Conversion 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
    • H02M3/337Conversion 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 in push-pull configuration
    • 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054Transistor switching losses
    • 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0064Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
    • 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • 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
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/12Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion of voltage or current amplitude only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Устройство относится к преобразовательной технике и может быть использовано преимущественно в источниках питания для электросварки. Технический результат, реализуемый в предлагаемом преобразователе, - снижение динамических потерь в транзисторах путем обеспечения условий мягкой коммутации при изменении тока нагрузки. Преобразователь напряжения, содержащий инверторный блок с двумя инверторами, выполненными преимущественно по полумостовой схеме на силовых конденсаторах и на силовых транзисторах, соединенных попарно последовательно, к силовым электродам каждого из которых параллельно подключен резонансный конденсатор, а к выходам инверторного блока подключен электромагнитный узел с двумя трансформаторами, причем их магнитопроводы выполнены с зазором и содержат по одной входной и двум выходным обмоткам, причем оба инвертора параллельно соединены по входам питания и последовательно - по выходам переменного тока путем встречного подключения к входным обмоткам своих трансформаторов и также образования двух пар выходных обмоток, последовательно согласно соединенных между собой и противофазно подключенных к своему диоду выпрямителя и к фильтру, а точки соединения силовых транзисторов обоих инверторов связаны между собой через вспомогательную индуктивность. В предлагаемом преобразователе получено снижение динамических потерь мощности за счет обеспечения мягкой коммутации транзисторов с нулевым напряжением на соответствующем резонансном конденсаторе. Это достигается обеспечением накопления требуемой энергии в дополнительной индуктивности при малых токах нагрузки, в индуктивности намагничивающего контура и индуктивности рассеяния трансформаторов - при среднем значении тока и индуктивности рассеяния - при номинальном токе нагрузке. Роли этих индуктивностей перераспределяются автоматически с изменением тока нагрузки, и создаются условия для резонанса и мягкой коммутации. 3 ил.

Description

Устройство относится к преобразовательной технике и может быть использовано преимущественно в источниках питания для электросварки.
Известен преобразователь [Патент РФ №2190926, Н03К 17/082, Н02М 7/538, опубл. 20.04.2005, Бюл. №11], выполненный по двухтактной схеме с активно-индуктивной нагрузкой, причем в устройство введены замыкающие конденсаторы, включенные параллельно силовым транзисторам, и резисторы обратной связи, включенные между коллекторами или стоками силовых транзистора и блокирующими входами формирователей управляющих сигналов этих транзисторов. Недостатки устройства - завышенные динамические потери в силовых транзисторах, обусловленные их инерционностью при включении и отсечке коллекторного тока и перезарядом замыкающих конденсаторов, а также значительные потери на резисторах обратной связи в силовой цепи коммутации.
Известен двухтактный преобразователь постоянного напряжения [А.с. СССР 1796082, Н02М 3/335, опубл. 15.02.93, Бюл. №6], содержащий полумостовой инвертор с плечом на двух управляемых ключах - в виде транзистора с последовательно подсоединенным диодом, электромагнитный узел из двух двухобмоточных дросселей, которые вместе с резонансным конденсатором образуют последовательный резонансный контур, причем вторичные обмотки двухобмоточных дросселей подключены к выходным зажимам преобразователя через выпрямительные диоды и фильтр. Указанные дроссели работают на протяжении полупериода поочередно, в первой части полупериода как трансформатор, передающий в нагрузку ток перезаряда резонансного конденсатора, а во второй части полупериода как дроссель, отдающий в нагрузку накопленную энергию в режиме обратного хода (размагничивания). В результате обеспечивается коммутация силовых транзисторов при нулевом токе, что снижает динамические потери. Недостатки устройства - необходимость введения дополнительного дросселя с двумя обмотками, ухудшающего массогабаритные показатели, увеличенная амплитуда тока через транзистор при резонансе, жесткие требования к величине частоты преобразования, так как отклонения периода коммутации нарушают требование равенства тока нулю в момент переключения транзистора.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству является преобразователь напряжения с резонансными компонентами для переключения при нулевом напряжении [Семейство фазосдвигающих резонансных контроллеров ИВП / Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Издание 2-е. - М.: ДОДЭКА, 2000, рис.18, с.256], выбранный в качестве прототипа. Это устройство содержит инверторный блок с инвертором, выполненным по мостовой схеме на силовых транзисторах, соединенных попарно последовательно, у каждого из которых к силовым электродам параллельно подключен резонансный конденсатор, и также электромагнитный узел из трансформатора с входной обмоткой, включенной к выходной цепи переменного тока инвертора через дополнительную индуктивность, а выводы выходных обмоток соединены через выпрямительные диоды и фильтр к выходным зажимам. Транзисторные ключи преобразователя работают практически без потерь на интервалах включения-выключения при неизменном токе нагрузки.
Недостатки устройства-прототипа - повышенный уровень динамических потерь в транзисторах инвертора в тех случаях, когда ток нагрузки преобразователя меняется медленно или импульсно от режима холостого хода до режима номинальной нагрузки или короткого замыкания, имеющих место в источниках питания для сварки. При малом токе нагрузки энергии, запасенной в дополнительной индуктивности, недостаточно для перезаряда резонансных конденсаторов, что нарушает условия мягкой коммутации транзисторов, а при большом - время перезаряда будет недопустимо длительным с уменьшением угла модуляции и снижением выходного напряжения.
Технический результат, реализуемый в предлагаемом преобразователе, - снижение динамических потерь в транзисторах путем обеспечения условий мягкой коммутации при изменении тока нагрузки.
Технический результат достигается тем, что преобразователь напряжения, содержащий инверторный блок с инвертором на силовых транзисторах, соединенных попарно последовательно, к силовым электродам каждого из которых параллельно подключен резонансный конденсатор, а также соединенный с инверторным блоком электромагнитный узел с трансформатором, выполненным с входной обмоткой и выходными обмотками, связанными через выпрямитель и фильтр с выходными зажимами, по отношению к прототипу дополнительно снабжен вторым аналогичным инвертором и вспомогательной индуктивностью в инверторном блоке, электромагнитный узел - вторым аналогичным трансформатором, причем оба инвертора выполнены преимущественно по полумостовой схеме, параллельно соединены по входам питания и последовательно - по выходам переменного тока путем встречного подключения к входным обмоткам своих трансформаторов и также образования двух пар выходных обмоток, последовательно-согласно соединенных между собой и противофазно подсоединенных к своему диоду выпрямителя и к фильтру, причем магнитопроводы обоих трансформаторов выполнены с зазором, а точки соединения силовых транзисторов обоих инверторов связаны между собой через вспомогательную индуктивность.
Указанная совокупность существенных признаков - инверторный блок снабжен вторым аналогичным инвертором и вспомогательной индуктивностью, электромагнитный узел - вторым аналогичным трансформатором, причем оба инвертора выполнены преимущественно по полумостовой схеме, параллельно соединены по входам питания и последовательно - по выходам переменного тока путем встречного подключения к входным обмоткам своих трансформаторов и также образования двух пар выходных обмоток, последовательно-согласно соединенных между собой и противофазно подсоединенных к своему диоду выпрямителя и к фильтру, причем магнитопроводы обоих трансформаторов выполнены с зазором, а точки соединения силовых транзисторов обоих инверторов связаны между собой через вспомогательную индуктивность, - является новой и в полном объеме неиспользовавшейся, что позволяет считать предлагаемое устройство соответствующим критерию охраноспособности «новизна».
Кроме того, совокупность указанных признаков позволяет получить новый результат, заключающийся в снижении динамических потерь в транзисторах за счет обеспечения их мягкой коммутации при изменении тока нагрузки преобразователя, что позволяет считать данное устройство соответствующим критерию охраноспособности «изобретательский уровень».
На фиг.1 приведена схема преобразователя напряжения со следующими обозначениями: инверторный блок 1; электромагнитный узел 2; выпрямитель и фильтр 3; первый и второй инверторы 11 и 12 и вспомогательная индуктивность 13 инверторного блока 1; силовые транзисторы 111, 112, силовые конденсаторы 113, 114, резонансные конденсаторы 115, 116 первого инвертора 11; силовые транзисторы 121, 122, силовые конденсаторы 123, 124, резонансные конденсаторы 125, 126 второго инвертора 12; трансформаторы 21, 22 электромагнитного узла 2; магнитопровод 211, входная обмотка 212, две выходные обмотки 213 первого трансформатора 21; магнитопровод 221, входная обмотка 222, две выходные обмотки 223 второго трансформатора 22; диоды 31, 32 и фильтр (индуктивность) 33 выпрямителя 3.
На фиг.2 изображена схема замещения первого трансформатора 21 (у второго 22 она аналогична) электромагнитного узла, где обозначены: входная обмотка 212, две выходные обмотки 213, индуктивность намагничивающего контура 216, индуктивность рассеяния 217. На фиг.3 представлен чертеж электромагнитного узла 2 со следующими обозначениями: первый 21 и второй 22 трансформаторы; магнитопровод 211, входная обмотка 212 с выводами 215, две выходные обмотки 213, зазор 214 магнитопровода 211 первого трансформатора 21; магнитопровод 221, входная обмотка 222 с выводами 225, две выходные обмотки 223, зазор 224 магнитопровода 221 второго трансформатора 22. Предлагается в одном из возможных вариантов пары выходных обмоток 213 и 223 выполнить конструктивно общими для трансформаторов 21 и 22 и проходящими через окна магнитопроводов 211, 221.
Преобразователь напряжения (фиг.1) содержит инверторный блок 1, включающий два инвертора 11 и 12, выполненных преимущественно по полумостовой схеме на силовых транзисторах 111, 112 и 121, 122 (показаны MOSFET-транзисторы с внутренними «паразитными» встречно включенными диодами), которые соединены попарно последовательно, и на попарно последовательно соединенных силовых конденсаторах 113, 114 и 123, 124. Параллельно каждому силовому транзистору 111, 112, 121, 122 подключены резонансные конденсаторы 115, 116 и 125, 126, в качестве которых при высокой частоте коммутации могут использоваться паразитные емкости встречных диодов и силовых транзисторов. К выходам переменного тока инверторов 11, 12 подключен электромагнитный узел 2, а к его выходу - выпрямитель с фильтром 3. Инверторы 11 и 12 соединены параллельно выводами питания и подключены к источнику питания U1, а выходами переменного тока - последовательно встречно с суммированием выходных напряжений. Указанное последовательное встречное соединение организовано так. К точке соединения транзисторов 111, 112 первого инвертора 11 подключен конец входной обмотки 212, к точке соединения транзисторов 121, 122 второго инвертора 12 - начало входной обмотки 222, а к точкам соединения силовых конденсаторов 113, 114 и 123, 124 - начало и конец указанных входных обмоток 212 и 222 соответственно. Выходные обмотки 213 и 223 образуют пары с последовательно-согласным соединением. Эти пары обмоток 213 и 223 подключены противофазно, то есть началом - к диоду 32, концом - к диоду 31 и концом и началом - к индуктивности 33. Точки соединения транзисторов 111, 112 и 121, 122 связаны между собой через вспомогательную индуктивность 13. Электромагнитный узел 2 (фиг.2 и 3) выполнен с двумя трансформаторами 21 и 22, имеющими планарную (плоскую) конструкцию. Их магнитопроводы 211 и 221 изготовлены из ферромагнетика (для высокой частоты преобразования целесообразно применять ферриты). В качестве возможного варианта предлагается выходные обмотки 213 и 223 пропустить сквозь окна обоих магнитопроводов 211 и 221, что делает их общими для трансформаторов 21 и 22 и упрощает технологию изготовления таких узлов. При реализации мягкой коммутации транзисторов используются такие два параметры схемы замещения трансформатора, как индуктивность намагничивающего контура 216 и индуктивность рассеяния 217, величины которых могут быть изменены за счет выбора зазора 214 и 224. Так, с увеличением зазора уменьшается первый параметр и возрастает второй. Сам преобразователь напряжения выполняется на серийной элементной базе, что позволяет считать его «промышленно применимым».
Работа преобразователя происходит следующим образом. За счет поочередной коммутации транзисторов 111, 112 первого инвертора 11 (транзисторов 121, 122 второго инвертора 12) входная обмотка 212 трансформатора 21 (выходная обмотка 222 трансформатора 22) поочередно подключается своим концом (началом) к положительному или отрицательному полюсу источника питания. В точке соединения силовых конденсаторов 113, 114 (123, 124) напряжение составляет половину от напряжения питания, то есть 0,5U1. Полученные переменные напряжения прямоугольной формы инверторов 11 и 12 трансформируются до одинакового требуемого уровня и суммируются алгебраически, то есть с учетом знака (полярности) на вторичных обмотках 213 и 223. После его выпрямления и сглаживания получается постоянное выходное напряжение U2. Регулирование и стабилизацию U2 осуществляют через канал обратной связи блоком управления за счет управления фазовым сдвигом между выходными напряжениями инверторов 11 и 12. Так, при малом угле модуляции (коэффициенте заполнения импульса) двухполярные импульсы напряжения на парах выходных обмоток 213 и 223 имеют малую ширину с большим временем паузы между ними, а выходное напряжение U2 - низкий уровень. С увеличением угла модуляции время паузы уменьшается, и выходное напряжение растет. Для реализации мягкой коммутации необходимо обеспечить условия для получения явления резонанса в одном из резонансных конденсаторов 115, 116, 125 и 126 с дополнительной индуктивностью 13 или/и индуктивностями намагничивающего контура 216 и рассеяния 217 трансформаторов. Индуктивность намагничивающего контура обоих трансформаторов 21 и 22 имеет значительную величину по сравнению с индуктивностями рассеяния и задает характер нарастания (обычно линейный) тока через них при подаче напряжения на входные обмотки 212 и 222. При коммутации силового транзистора имеют место динамические потери мощности, связанные с конечной длительностью интервала коммутации, наличии напряжения на транзисторе и нарастающем (спадающем) токе. Эти потери можно минимизировать, если применить резонансные конденсаторы, подключенные параллельно транзисторам, за счет обеспечения процессов коммутации ключей при нулевом напряжении на этих конденсаторах. В случае неправильного выбора параметров резонансной цепи динамические потери мощности даже на холостом ходу могут быть значительными, поскольку при наличии напряжения на конденсаторе энергия, накопленная в нем, пропорциональна квадрату напряжения на этом элементе и равна WС=0,5 С U2. Энергия рассеивается на коммутируемом транзисторе и при высокой частоте преобразования является причиной относительно больших динамических потерь мощности, что соответствует жесткой коммутации транзистора.
Для получения мягкой коммутации необходимо иметь достаточный уровень запасенной в индуктивности энергии, пропорциональной протекающему через нее току и равной WL=0,5 L I2, чтобы осуществить полный перезаряд резонансного конденсатора до нулевого напряжения на интервале переключения транзистора при образовании резонансного процесса. Кроме того, период Т резонансных колебаний должен находиться в определенных соотношениях со временем коммутации tk транзистора, а именно Т≥4 tk. При этом чрезмерное увеличение Т приводит к уменьшению угла модуляции и снижению выходного напряжения преобразователя, что также крайне нежелательно. Время tk преднамеренно вводится в цикл преобразования, чтобы транзистор переключался, после того как резонансный конденсатор разрядится до нулевого напряжения. Для этого нужен выбор параметров, изменяемых при переходе к различным режимам (номинальный режим, средних нагрузок, холостой ход, короткое замыкание). В предлагаемом изобретении для этого используются резонансные конденсаторы и три вида индуктивностей - намагничивающего контура и рассеяния у трансформатора(ов) и дополнительная.
Основные этапы коммутации транзисторов в установившемся режиме при номинальной нагрузке с углом модуляции, близким к максимальному значению, следующие. Предположим, заканчивается один из циклов преобразования напряжения, когда через трансформаторы 21 и 22 энергия не передается нагрузке. Включены транзистор 111 первого инвертора 11 и транзистор 121 второго инвертора 12. На конец входной обмотки 212 и на начало входной обмотки 222 подается напряжение +0,5U1 с конденсаторов 113 и 123. Из-за встречного включения этих обмоток сумма напряжений на парах выходных обмоток 212 и 221 равна нулю, а ток нагрузки обеспечивается энергией, накопленной индуктивностью 33. Уравновешивающий ток во входных обмотках 212 и 222 свободно циркулирует через транзисторы 111 и 121, но в инверсном режиме (от истока к стоку) и через их встречные диоды. Конденсаторы 115 и 125 полностью разряжены, а 116 и 126 заряжены до уровня 0,5U1. В дополнительной индуктивности 13 ток нулевой.
От блока управления подается сигнал на запирание транзистора 111. Он выключается без потерь при нулевом напряжении на конденсаторе 115, который затем будет заряжаться частью указанного уравновешивающего тока до уровня 0,5U1. Противоположный процесс происходит в конденсаторе 116, разряжаемом другой частью этого же тока от 0,5U1 до нулевого уровня, подготавливая условия для включения транзистора 112 через время tk. По сигналу от блока управления происходит включение транзистора 112 при нулевом напряжении на конденсаторе 116, и входная обмотка 212 своим концом оказывается подключенной к (-) источника питания. Скорость нарастания тока в ней, начиная с отрицательного уровня до уровня приведенного тока нагрузки, определяется прикладываемым напряжением 0,5U1 и индуктивностями рассеяния. За счет положительной полярности суммарного напряжения на паре выходных обмоток 213 и 223 откроется диод 32, а на диод 31 подается запирающее напряжение. Индуктивность 33 фильтра запасает энергию. На этом интервале происходит передача мощности в нагрузку. Через дополнительную индуктивность 13 протекает нарастающий ток. К концу интервала, определяющего угол относительной модуляции (коэффициент заполнения импульсов), токи во входных обмотках 212 и 222 нарастут до значения, определяемого приведенным током нагрузки и индуктивностями намагничивающих контуров 216 трансформаторов 21 и 22. Они протекают по диагоналям обоих инверторов 11 и 12, и при этом в индуктивностях рассеяния 217 обоих трансформаторов 21 и 22 запасается достаточно большая энергия. Конденсаторы 116 и 125 полностью разряжены, конденсаторы 115 и 126 заряжены до уровня 0,5U1. По сигналу от блока управления запирается транзистор 121 при нулевом напряжении на конденсаторе 125. За счет энергии, запасенной индуктивностями рассеяния 217, которые в появлении резонансного процесса на этом интервале играют главную роль, токи в первичных обмотках и в дополнительной индуктивности 13 продолжают течь, но через конденсатор 125, заряжаемый до уровня 0,5U1, и через конденсатор 126, разряжаемый от напряжения 0,5U1 до нуля. Через время tk после запирания транзистора 121 от блока управления поступает сигнал, отпирающий транзистор 122. Процесс его включения происходит при нулевом напряжении на конденсаторе 126. На входных обмотках 212 и 222 полярность напряжения становится противоположной, а суммарное напряжение на парах выходных обмотках 213 и 223 - нулевым. Ток в нагрузке поддерживается за счет энергии, запасенной в индуктивности 33 фильтра. Начинается процесс свободной циркуляции уравновешивающего тока через транзисторы 112 и 122, переходящие в инверсный режим, и их встречные диоды. Конденсаторы 116 и 126 полностью разряжены, а 115 и 125 заряжены до уровня 0,5U1. От блока управления подается сигнал на запирание транзистора 112. Он выключается без потерь при нулевом напряжении на конденсаторе 116. Этот конденсатор будет заряжаться до 0,5U1, пропуская часть уравновешивающего тока. Противоположный процесс происходит в конденсаторе 115. Он разряжается оставшейся частью этого же тока от 0,5U1 до нулевого уровня. По сигналу от блока управления происходит включение транзистора 111 при нулевом напряжении на конденсаторе 115, и входная обмотка 212 своим концом оказывается подключенной к (+) источника питания. Отпирается диод 31, и индуктивность 33 запасает энергию, то есть происходит передача мощности в нагрузку. В индуктивностях рассеяния обоих трансформаторов 21 и 22 запасается энергия. Конденсаторы 115 и 126 полностью разряжены, конденсаторы 116 и 125 заряжены до уровня 0,5U1. По сигналу от блока управления запирается транзистор 122 при нулевом напряжении на конденсаторе 126. Индуктивности рассеяния 217 обеспечивают протекание тока в первичных обмотках через конденсатор 126, который заряжается до уровня 0,5U1, и через конденсатор 125, разряжаемый от напряжения 0,5U1 до нуля. От блока управления поступает сигнал, отпирающий транзистор 121. Процесс его включения происходит при нулевом напряжении на конденсаторе 126. Затем все процессы повторяются аналогично. Следовательно, в режиме номинальной нагрузки наибольшую энергию запасают индуктивности рассеяния и меньшую - индуктивности намагничивающего контура, обеспечивая мягкую коммутацию транзисторов. В дополнительной индуктивности 13 на коротком интервале паузы (наибольший угол модуляции) ток не успевает нарасти до преобладающего уровня, и ее роль в резонансном процессе малозначима. При коротком замыкании в нагрузке влияние индуктивностей рассеяния на резонансный процесс еще более усилится, угол модуляции и средний ток нагрузки снизится за счет возрастания времени коммутации, что повышает надежность преобразователя, а динамические потери остаются близкими к нулю.
Предположим, имеет место режим, близкий к холостому ходу с малым током нагрузки. Тогда энергии, накопленной в индуктивностях рассеяния 217 и намагничивающего контура 216, становится недостаточно для перезаряда резонансных конденсаторов 115, 116 и обеспечения мягкой коммутации силовых транзисторов 111 и 112, что приводит к значительным динамическим потерям. Поскольку индуктивность намагничивающего контура 216 многократно превосходит индуктивность рассеяния 217, то при холостом ходе увеличение тока, определяемое индуктивностью намагничивающего контура 216, практически отсутствует. Энергия, накопленная в резонансном конденсаторе и рассеиваемая в транзисторе, пропорциональна (0,5U1)2, то есть при высоком питающем напряжении значимость указанной составляющей динамических потерь остается большой. Указанное обстоятельство подтверждает целесообразность перехода к полумостовой схеме инверторов, так как энергия, накопленная в резонансных конденсаторах, уменьшается в 4 раза. Кроме того, в предлагаемом изобретении введена дополнительная индуктивность 13, улучшающая условия получения резонансного процесса при перезаряде резонансных конденсаторов. Это достигается указанным подключением дополнительной индуктивности 13 для получения зависимости накопленной в ней энергии от угла модуляции (времени паузы). За счет обратной связи при малом токе нагрузки время паузы возрастает (уменьшается угол модуляции), что увеличивает время заряда дополнительной индуктивности 13, ее ток в конце интервала и, как следствие, накопленную энергию. А это обеспечивает мягкую коммутацию транзисторов, снижая динамические потери мощности. При больших токах нагрузки время паузы сокращается, ослабляя влияние дополнительной индуктивности 13, а роль индуктивностей рассеивания и намагничивающего контура усиливается. При средних значениях тока нагрузки влияние дополнительной индуктивности меньше, чем при холостом ходе, но усиливается роль индуктивности намагничивающего контура 216 и индуктивности рассеяния, обеспечивая приемлемые условия для возникновения резонансных процессов и мягкой коммутации транзисторов. За счет выбора величины зазора в магнитопроводах 211 и 221 подбирается такое соотношение этих параметров, чтобы обеспечить условия мягкой коммутации транзисторов.
Таким образом, у предлагаемого преобразователя напряжения достигнуто снижение динамических потерь в транзисторах путем обеспечения условий мягкой коммутации при изменении тока нагрузки, в том числе при импульсном ее характере. Этот технический результат получен следующим образом. Каждый трансформатор электромагнитного узла выполняет функции трех элементов - трансформатора для получения требуемого уровня выходного напряжения, индуктивности, параллельной входной обмотке (индуктивность намагничивающего контура), и индуктивности, последовательной с входной обмоткой (индуктивность рассеяния). Соотношения этих индуктивностей выбираются изменением зазора. Обе указанные индуктивности накапливают энергию при средних и номинальных токах нагрузки, а также при коротком замыкании, достаточную для получения резонансных процессов перезаряда конденсаторов, обеспечивающих мягкую коммутацию силовых транзисторов. Дополнительная индуктивность включена между двумя инверторами таким образом, чтобы при малых токах нагрузки и наибольшем по длительности интервале паузы между импульсами напряжения, передаваемыми через трансформаторы, она могла накапливать энергию, достаточную для получения требуемых резонансных процессов и мягкой коммутации транзисторов, что недостижимо только за счет индуктивностей намагничивающего контура и рассеяния трансформаторов. При изменении тока нагрузки роль указанных трех индуктивностей автоматически перераспределяется и обеспечивается требуемая мягкая коммутация ключей с малыми динамическими потерями. Кроме того, применение полумостовых схем инверторов позволило снизить в 4 раза энергию, запасаемую в резонансных конденсаторах, и, как следствие, уменьшить динамические потери мощности, связанные с перезарядом этих элементов.

Claims (1)

  1. Преобразователь напряжения, содержащий инверторный блок с инвертором на силовых транзисторах, соединенных попарно последовательно, к силовым электродам каждого из которых параллельно подключен резонансный конденсатор, а также соединенный с инверторным блоком электромагнитный узел с трансформатором, выполненным с входной обмоткой и выходными обмотками, связанными через выпрямитель и фильтр с выходными зажимами, отличающийся тем, что инверторный блок снабжен вторым аналогичным инвертором и вспомогательной индуктивностью, электромагнитный узел - вторым аналогичным трансформатором, причем оба инвертора выполнены преимущественно по полумостовой схеме, параллельно соединены по входам питания и последовательно - по выходам переменного тока путем встречного подключения к входным обмоткам своих трансформаторов и также образования двух пар выходных обмоток, последовательно-согласно соединенных между собой и противофазно подключенных к своему диоду выпрямителя и к фильтру, причем магнитопроводы обоих трансформаторов выполнены с зазором, а точки соединения силовых транзисторов обоих инверторов связаны между собой через вспомогательную индуктивность.
RU2006126497/09A 2006-07-20 2006-07-20 Преобразователь напряжения RU2316884C2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006126497/09A RU2316884C2 (ru) 2006-07-20 2006-07-20 Преобразователь напряжения
KR1020070044189A KR100835329B1 (ko) 2006-07-20 2007-05-07 전압 변환기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006126497/09A RU2316884C2 (ru) 2006-07-20 2006-07-20 Преобразователь напряжения

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006126497A RU2006126497A (ru) 2006-12-10
RU2316884C2 true RU2316884C2 (ru) 2008-02-10

Family

ID=37665379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006126497/09A RU2316884C2 (ru) 2006-07-20 2006-07-20 Преобразователь напряжения

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR100835329B1 (ru)
RU (1) RU2316884C2 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487461C1 (ru) * 2012-01-10 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Устройство управления амплитудой мощных периодических сигналов
WO2013112609A1 (en) * 2012-01-23 2013-08-01 Utah State University Switch wear leveling
RU2499349C2 (ru) * 2008-03-06 2013-11-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Блок управления силовым инвертором преобразования постоянного тока в переменный ток схемы резонансного силового преобразователя, в частности преобразователя постоянного тока в постоянный ток, для использования в цепях генератора высокого напряжения современного устройства компьютерной томографии или рентгенографической системы
RU2522962C2 (ru) * 2008-03-06 2014-07-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Способ управления переключающим устройством резонансного преобразователя мощности, в особенности, для обеспечения требуемой мощности, в особенности, для генератора ренгеновских лучей
RU2551806C1 (ru) * 2013-11-20 2015-05-27 Владимир Ильич Бровин Трансформаторный способ управления транзистором
RU2627680C1 (ru) * 2014-11-21 2017-08-10 Сяоми Инк. Резонансный выпрямитель, а также способ и устройство управления резонансным выпрямителем

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009036861B4 (de) * 2009-08-10 2012-05-10 Osram Ag Verfahren zur Regelung eines Spannungswandlers, Spannungswandler sowie Betriebsgerät mit einem Spannungswandler
CN107493015B (zh) * 2017-09-14 2019-08-23 北京理工大学 一种双变压器结构的双向直流变换器及其功率控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10127352A (ja) * 1996-10-30 1998-05-19 Nobukane Hayashi 折畳式テーブル

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2499349C2 (ru) * 2008-03-06 2013-11-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Блок управления силовым инвертором преобразования постоянного тока в переменный ток схемы резонансного силового преобразователя, в частности преобразователя постоянного тока в постоянный ток, для использования в цепях генератора высокого напряжения современного устройства компьютерной томографии или рентгенографической системы
RU2522962C2 (ru) * 2008-03-06 2014-07-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Способ управления переключающим устройством резонансного преобразователя мощности, в особенности, для обеспечения требуемой мощности, в особенности, для генератора ренгеновских лучей
RU2487461C1 (ru) * 2012-01-10 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) Устройство управления амплитудой мощных периодических сигналов
WO2013112609A1 (en) * 2012-01-23 2013-08-01 Utah State University Switch wear leveling
US9123467B2 (en) 2012-01-23 2015-09-01 Utah State University Switch wear leveling
US9269489B2 (en) 2012-01-23 2016-02-23 Utah State University Wireless power transfer system
US9761370B2 (en) 2012-01-23 2017-09-12 United States Department Of Energy Dual side control for inductive power transfer
RU2551806C1 (ru) * 2013-11-20 2015-05-27 Владимир Ильич Бровин Трансформаторный способ управления транзистором
RU2627680C1 (ru) * 2014-11-21 2017-08-10 Сяоми Инк. Резонансный выпрямитель, а также способ и устройство управления резонансным выпрямителем

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080008948A (ko) 2008-01-24
KR100835329B1 (ko) 2008-06-04
RU2006126497A (ru) 2006-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dao et al. High-efficiency hybrid LLC resonant converter for on-board chargers of plug-in electric vehicles
Bal et al. Improved modulation strategy using dual phase shift modulation for active commutated current-fed dual active bridge
RU2316884C2 (ru) Преобразователь напряжения
CN110168896B (zh) Dc到dc变流器和控制方法
US10833594B2 (en) System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding
US9906135B2 (en) Multiphase DC/DC converters and control circuits for controlling converters using fixed and/or variable frequencies
Safaee et al. A ZVS pulsewidth modulation full-bridge converter with a low-RMS-current resonant auxiliary circuit
JP4910078B1 (ja) Dc/dc変換器およびac/dc変換器
US6992902B2 (en) Full bridge converter with ZVS via AC feedback
US7869237B1 (en) Phase-shifted bridge with auxiliary circuit to maintain zero-voltage-switching
US10819244B1 (en) Single-stage isolated DC-DC converters with interleaved arms
US20020044461A1 (en) Soft-switched full-bridge converters
US11056979B2 (en) Power conversion apparatus
KR20080106240A (ko) 인터리브 소프트 스위칭 브리지 파워 컨버터
US11601060B2 (en) Switch-mode power supplies including three-level LLC circuits for low line and high line operation
US10381938B2 (en) Resonant DC-DC converter
US11652424B2 (en) Switch-mode power supplies including three-level LLC circuits
CN111585443B (zh) Dc-dc转换器
US5563775A (en) Full bridge phase displaced resonant transition circuit for obtaining constant resonant transition current from 0° phase angle to 180° phase angle
JP2023529555A (ja) 電力コンバータ
Okutani et al. Analysis and comparison of series resonant converter with embedded filters for high power density DCX of solid-state transformer
Le et al. Single-Stage Totem-Pole AC-DC Converter based on Boost-Half Bridge Structure for battery chargers
Sachin et al. Constant and Green Mode Operation Technique in Flyback and Push-Pull DC-DC Converter
Tran et al. A fully soft-switched PWM dc-dc converter using An active-snubber-cell
RU2182397C2 (ru) Преобразователь с последовательным резонансным инвертором

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130721

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140610

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

Effective date: 20190721

PD4A Correction of name of patent owner
NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20201103