RU2339148C1 - Switching element - Google Patents
Switching element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339148C1 RU2339148C1 RU2007124858/09A RU2007124858A RU2339148C1 RU 2339148 C1 RU2339148 C1 RU 2339148C1 RU 2007124858/09 A RU2007124858/09 A RU 2007124858/09A RU 2007124858 A RU2007124858 A RU 2007124858A RU 2339148 C1 RU2339148 C1 RU 2339148C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- key element
- winding
- output
- inductor
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники.The present invention relates to electrical engineering and is intended for use in sources of secondary power supply devices of radio engineering, automation and computer technology.
Известен преобразователь напряжения, содержащий силовые ключи, включенные по мостовой схеме, силовой трансформатор, первичная обмотка которого включена в диагональ моста, а вторичная обмотка силового трансформатора подключена к нагрузке через дроссель насыщения, силовой выпрямитель и LC-фильтр, каждый силовой ключ состоит из силового транзистора, обратного диода и конденсатора, соединенных параллельно [1].A known voltage converter containing power switches connected in a bridge circuit, a power transformer, the primary winding of which is included in the diagonal of the bridge, and the secondary winding of the power transformer is connected to the load through a saturation reactor, power rectifier and LC filter, each power switch consists of a power transistor , reverse diode and capacitor connected in parallel [1].
В известном преобразователе переключение силовых ключей любого плеча осуществляется с задержкой, за время которой шунтирующие емкости этого плеча перезаряжаются током намагничивания силового трансформатора, дроссель насыщения во вторичной обмотке трансформатора увеличивает долю энергии намагничивания силового трансформатора, которая может быть затрачена на перезаряд шунтирующих конденсаторов, так как кратковременно отключает вторичную обмотку силового трансформатора от нагрузки при коммутации, устраняя эффект перехода тока намагничивания во вторичную обмотку силового трансформатора, увеличивая допустимый диапазон изменения нагрузки и регулирования для «мягкой» коммутации силовых транзисторов.In the known converter, the switching of the power switches of any arm is delayed, during which the shunt capacitances of this arm are recharged with the magnetizing current of the power transformer, the saturation inductor in the secondary winding of the transformer increases the fraction of the magnetizing energy of the power transformer, which can be spent on recharging the shunt capacitors, since for a short time disconnects the secondary winding of the power transformer from the load during switching, eliminating the effect of the transition of current to us coupling into the secondary winding of the power transformer, increasing the permissible range of load changes and regulation for “soft” switching power transistors.
Однако известное техническое решения не может быть использовано в однотактных преобразователях напряжения.However, the known technical solution cannot be used in single-cycle voltage converters.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является ключевой элемент, имеющий входной, выходной и общий выводы, состоящий из силового транзистора, трех диодов, двух дросселей и конденсатора, первый дроссель, первый и второй диоды соединены между собой последовательно, аналогично соединены между собой силовой транзистор, третий диод и второй дроссель, при этом первый дроссель и силовой транзистор соединены с входным выводом ключевого элемента, а второй диод и второй дроссель - с общим выводом ключевого элемента, направление включения третьего диода встречно-последовательно силовому транзистору, а направление включения первого и второго диодов встречно-параллельно силовому транзистору, общая точка силового транзистора и третьего диода соединена с выходным выводом ключевого элемента, один вывод конденсатора соединен с общей точкой первого и второго диодов, второй вывод конденсатора соединен с выходным выводом ключевого элемента [2].The closest analogue, selected as a prototype, is a key element having an input, output and common conclusions, consisting of a power transistor, three diodes, two chokes and a capacitor, the first choke, the first and second diodes are connected to each other in series, similarly interconnected a power transistor, a third diode and a second inductor, while the first inductor and a power transistor are connected to the input terminal of the key element, and the second diode and the second inductor are connected to the common output of the key element, direction the third diode is turned on in series with the power transistor, and the direction of the first and second diodes is turned on in parallel to the power transistor, the common point of the power transistor and the third diode is connected to the output terminal of the key element, one capacitor terminal is connected to the common point of the first and second diodes, the second terminal the capacitor is connected to the output terminal of the key element [2].
Известный ключевой элемент предназначен для использования в однотактных понижающих преобразователях напряжения, он обеспечивает «мягкую» коммутацию силового транзистора за счет перезаряда своих реактивных элементов, обеспечивая его включение с нарастанием тока при нулевом напряжении, а отключение с нарастанием напряжения при нулевом токе. При этом энергия, накопленная в реактивных элементах, не выделяется в виде тепла, а отдается во входной источник и нагрузку.The well-known key element is intended for use in single-cycle step-down voltage converters, it provides “soft” switching of the power transistor due to overcharging of its reactive elements, ensuring its inclusion with increasing current at zero voltage, and disconnecting with increasing voltage at zero current. In this case, the energy accumulated in the reactive elements is not released in the form of heat, but is given to the input source and load.
Однако известный ключевой элемент не предназначен для использования в однотактном понижающе-повышающем преобразователе напряжения с двухобмоточным дросселем [3].However, the known key element is not intended for use in a single-step step-down voltage converter with a double winding inductor [3].
Цель предлагаемого изобретения состоит в расширении функциональных возможностей ключевого элемента за счет распространения его применения в повышающе-понижающем преобразователе с двухобмоточным дросселем.The purpose of the invention is to expand the functionality of the key element due to the spread of its use in a boost-step-down converter with a double winding inductor.
Поставленная цель достигается тем, что в известный ключевой элемент, имеющий входной, выходной и общий выводы, состоящий из силового транзистора, трех диодов, двух дросселей и одного конденсатора, первый дроссель, первый и второй диоды соединены между собой последовательно, при этом первый дроссель соединен с входным выводом ключевого элемента, а второй диод - с общим выводом ключевого элемента, силовые выводы силового транзистора соединены с входным и выходным выводами ключевого элемента, первый конденсатор, третий диод и второй дроссель соединены между собой последовательно, при этом второй дроссель соединен с общим выводом ключевого элемента, а первый конденсатор - с общей точкой первого и второго диодов, направление включения первого и второго диодов встречно-параллельно силовому транзистору, направление включения третьего диода согласно-параллельно второму диоду, для использования в повышающе-понижающем преобразователе с двухобмоточным дросселем введены дополнительный выходной вывод ключевого элемента, второй конденсатор, четвертый и пятый диоды, четвертый и пятый диоды соединены между собой последовательно, при этом четвертый диод соединен с общей точкой первого диода, второго диода и первого конденсатора, а пятый диод соединен с общим выводом ключевого элемента, один вывод второго конденсатора соединен с общей точкой четвертого и пятого диодов, а второй вывод второго конденсатора - с общей точкой третьего диода и второго дросселя, направление включения четвертого и пятого диодов согласно-параллельно второму диоду, общая точка первого конденсатора и третьего диода соединена с дополнительным выходным выводом ключевого элемента.This goal is achieved in that in a known key element having an input, output and common conclusions, consisting of a power transistor, three diodes, two chokes and one capacitor, the first choke, the first and second diodes are connected together in series, while the first choke is connected with the input terminal of the key element, and the second diode with the common terminal of the key element, the power terminals of the power transistor are connected to the input and output terminals of the key element, the first capacitor, the third diode and the second throttle interconnected in series, with the second inductor connected to the common terminal of the key element, and the first capacitor with the common point of the first and second diodes, the direction of inclusion of the first and second diodes is counter-parallel to the power transistor, the direction of the third diode is turned on in parallel to the second diode, for use in an up-down converter with a two-winding inductor, an additional output output of the key element, a second capacitor, fourth and fifth diodes, fourth and p the fifth diode is connected together in series, with the fourth diode connected to a common point of the first diode, the second diode and the first capacitor, and the fifth diode connected to the common terminal of the key element, one terminal of the second capacitor connected to the common point of the fourth and fifth diodes, and the second terminal the second capacitor - with a common point of the third diode and the second inductor, the direction of turning on of the fourth and fifth diodes is parallel to the second diode, the common point of the first capacitor and the third diode is connected to an additional the output of the key element.
Сущность изобретения заключается в том, что для обеспечения «мягкого» включения силового транзистора второй дроссель через дополнительный выходной вывод ключевого элемента включен в цепь второй обмотки двухобмоточного дросселя повышающе-понижающего преобразователя напряжения, а для уменьшения перенапряжения на силовом транзисторе после «мягкого» отключения, введена дополнительная цепочка из пятого диода и второго конденсатора, шунтирующая второй дроссель, четвертый диод необходим для перезаряда второго конденсатора.The essence of the invention lies in the fact that to ensure a "soft" inclusion of the power transistor, the second inductor through an additional output terminal of the key element is included in the circuit of the second winding of the double-winding inductor of a step-up-down voltage converter, and to reduce overvoltage on the power transistor after a "soft" disconnection, an additional chain of the fifth diode and the second capacitor, shunting the second inductor, the fourth diode is necessary for recharging the second capacitor.
Дополнительная шунтирующая цепочка из четвертого диода и второго конденсатора начинает работать при появлении тока в третьем диоде, ток, который в свою очередь появится только после перезаряда первого конденсатора через второй диод при «мягком» отключении силового транзистора, дополнительная шунтирующая цепочка не работает при включении ключевого элемента, не препятствуя «мягкому» включению силового транзистора.An additional shunt circuit from the fourth diode and the second capacitor starts to work when a current appears in the third diode, the current, which in turn appears only after the first capacitor is recharged through the second diode when the power transistor is mildly turned off, the additional shunt circuit does not work when the key element is turned on without interfering with the "soft" inclusion of the power transistor.
На чертеже представлена схема однотактного повышающе-понижающего преобразователя напряжения с двухобмоточным дросселем, использующая предлагаемый ключевой элемент.The drawing shows a diagram of a single-stage step-up voltage converter with a double winding inductor using the proposed key element.
Однотактный повышающе-понижающий преобразователь напряжения с двухобмоточным дросселем состоит из ключевого элемента 1, двухобмоточного дросселя 2, нагрузки 3 и двух конденсаторов 4 и 5, ключевой элемент 1 имеет входной, два выходных и общий выводы, входной вывод ключевого элемента 1 соединен с входной Uп шиной питания преобразователя, общий вывод ключевого элемента 1 соединен с общей U0 шиной преобразователя, начальный вывод первой обмотки двухобмоточного дросселя 2 соединен с первым выходным выводом ключевого элемента 1, начальный вывод второй обмотки двухобмоточного дросселя 2 соединен со вторым выходным выводом ключевого элемента 1, конечный вывод первой обмотки двухобмоточного дросселя 2 соединен с общей U0 шиной преобразователя, конечный вывод второй обмотки двухобмоточного дросселя 2 соединен с выходной Uн шиной преобразователя, нагрузка 3 подключена к выходной Uн и общей U0 шинам преобразователя, конденсатор 4 соединен с начальными выводами первой и второй обмоток двухобмоточного дросселя 2, конденсатор 5 подключен к выходной Uн и общей U0 шинам преобразователя.A single-stage step-up voltage converter with a two-winding inductor consists of a key element 1, a two-winding inductor 2, a load 3 and two capacitors 4 and 5, the key element 1 has an input, two output and common conclusions, the input output of the key element 1 is connected to the input U p bus power converter, the overall output of the key member 1 connected to a common bus inverter U 0, the initial output of the first two winding choke coil 2 is connected to the output terminal of the first core element 1, the initial output in Ora winding two winding inductor 2 is connected to the second output terminal of the core element 1, the final output of the first coil two winding inductor 2 is connected to a common U 0 converter bus, the final output of the second winding two winding inductor 2 is connected to the U output of n converter bus, the load 3 connected to the output U n and the common U 0 to the converter buses, the capacitor 4 is connected to the initial terminals of the first and second windings of the double-winding inductor 2, the capacitor 5 is connected to the output U n and the common U 0 of the converter buses.
Ключевой элемент 1 состоит из силового транзистора 6, двух дросселей 7, 8, двух конденсаторов 9, 10 и пяти диодов 11-15, силовые выводы силового транзистора 6 соединены с входным и первым выходным выводами ключевого элемента 1, дроссель 7 и диоды 11, 12 соединены между собой последовательно, при этом дроссель 7 соединен с входным выводом ключевого элемента 1, а диод 12 - с общим выводом ключевого элемента 1, направление включения диодов 11 и 12 встречно-параллельно силовому транзистору 6, диоды 13 и 14 соединены между собой последовательно, при этом диод 13 соединен с общей точкой диодов 11 и 12, а диод 14 - с общим выводом ключевого элемента 1, направление включения диодов 13 и 14 согласно-параллельно диоду 12, диод 15 и дроссель 8 соединены между собой последовательно, при этом дроссель 8 соединен с общим выводом ключевого элемента 1, а диод 15 - с дополнительным выходным выводом ключевого элемента 1, направление включения диода 15 согласно-параллельно диоду 13, один вывод конденсатора 9 соединен с общей точкой диодов 11-12, а второй - с дополнительным выходным выводом ключевого элемента 1, один вывод конденсатора 10 соединен с общей точкой диодов 13 и 14, а второй - с общей точкой диода 15 и дросселя 8.The key element 1 consists of a power transistor 6, two chokes 7, 8, two capacitors 9, 10 and five diodes 11-15, the power leads of the power transistor 6 are connected to the input and first output terminals of the key element 1, the choke 7 and diodes 11, 12 interconnected in series, while the inductor 7 is connected to the input terminal of the key element 1, and the diode 12 is connected to the common output of the key element 1, the direction of inclusion of the diodes 11 and 12 is counter-parallel to the power transistor 6, the diodes 13 and 14 are connected to each other in series, while the diode 13 is connected nen with the common point of diodes 11 and 12, and the diode 14 with the common output of the key element 1, the direction of inclusion of the diodes 13 and 14 in parallel with the diode 12, the diode 15 and the inductor 8 are interconnected in series, while the inductor 8 is connected to a common output the key element 1, and the diode 15 with an additional output terminal of the key element 1, the direction of the diode 15 is turned on in parallel with the diode 13, one output of the capacitor 9 is connected to the common point of the diodes 11-12, and the second with the additional output terminal of the key element 1, one pin of capacitor 10 connected to the common point of the diodes 13 and 14, and the second to the common point of the diode 15 and the inductor 8.
В однотактном повышающе-понижающем преобразователе напряжения с двухобмоточным дросселем ключевой элемент 1 работает следующим образом, в режиме паузы, при отключенном силовом транзисторе 6, через дроссель 8 и диод 15 протекает ток, накопленный в обмотках двухобмоточного дросселя 2, при включении силового транзистора 6, ток дросселя 8 препятствует увеличению тока силового транзистора 6 и одновременно способствует быстрому уменьшению напряжения на нем, обеспечивая мягкое включение силового транзистора 6, в режиме потребления, при включенном силовом транзисторе 6, через него протекает суммарный ток обмоток двухобмоточного дросселя 2, при отключении силового транзистора 6, его ток переключается на цепочку из диода 12 и конденсатора 9, скорость перезаряда конденсатора 9 определяет скорость увеличения напряжения на силовом транзисторе 6, способствуя его мягкому отключению, при полном разряде конденсатора 9 суммарный ток обмоток двухобмоточного дросселя 2 переключается с диода 12 на диод 15, который в свою очередь приводит к скачкообразному увеличению тока в дросселе 8, шунтирующая дроссель 8 цепочка из диода 14 и конденсатора 10 ограничивает скорость нарастания тока в дросселе 8 и следовательно ограничивает его перенапряжение, и соответственно ограничивает перенапряжение силового транзистора 6 на начальном участке после отключения, диод 13 необходим для сброса напряжения с конденсатора 10.In a single-step up-down voltage converter with a double-winding inductor, the key element 1 operates as follows, in pause mode, with the power transistor 6 turned off, the current accumulated in the windings of the double-winding inductor 2 flows through the inductor 8 and the diode 15, when the power transistor 6 is turned on, the current throttle 8 prevents the increase in current of the power transistor 6 and at the same time contributes to a rapid decrease in voltage across it, providing a soft inclusion of the power transistor 6, in the consumption mode, when turned on m power transistor 6, the total current of the windings of the double-winding inductor 2 flows through it, when the power transistor 6 is turned off, its current switches to a chain of diode 12 and capacitor 9, the charge rate of the capacitor 9 determines the rate of increase in voltage on the power transistor 6, contributing to its mild disconnection , when the capacitor 9 is completely discharged, the total current of the windings of the double-winding inductor 2 switches from diode 12 to diode 15, which in turn leads to an abrupt increase in current in the inductor 8, shunting 8 Rossel chain of diode 14 and capacitor 10 limits the rate of current rise in the inductor 8, and thus limits the overvoltage, the overvoltage and thus limits the power transistor 6 at the initial portion after the shutdown, the diode 13 is necessary to reset the voltage of the capacitor 10.
Таким образом, дополнительно введенный выходной вывод позволяет использование предложенного ключевого элемента в однотактном повышающе-понижающем преобразователе с двухобмоточным дросселем, а дополнительно введенные два диода и конденсатор ограничивают перенапряжение силового транзистора 6 на начальном участке после отключения.Thus, the additionally introduced output terminal allows the use of the proposed key element in a single-step up-down converter with a double winding inductor, and the additionally introduced two diodes and a capacitor limit the overvoltage of the power transistor 6 in the initial section after shutdown.
Список литературыBibliography
1. Патент РФ на изобретение №2145145, МПК7 Н02М 3/28, 3/337, 27.01.2000. Бюл.№3.1. RF patent for the invention No. 2145145, IPC 7 Н02М 3/28, 3/337, 01/27/2000. Bull. No. 3.
2. United States Patent, 5,260,607. Snubber circuit for power converter. / Yoshihide Kinbara // Nov.9, 1993.2. United States Patent, 5,260,607. Snubber circuit for power converter. / Yoshihide Kinbara // Nov.9, 1993.
3. Авторское свидетельство СССР №1283907, Однотактный преобразователь постоянного напряжения. / Ю.М.Казанцев, Е.Н.Патлахов, В.Г.Солдатенко // Открытия. Изобретения, 1987, №2.3. USSR Copyright Certificate No. 1283907, Single-cycle DC / DC Converter. / Yu.M. Kazantsev, E.N. Patlakhov, V.G. Soldatenko // Discovery. Inventions, 1987, No. 2.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007124858/09A RU2339148C1 (en) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Switching element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007124858/09A RU2339148C1 (en) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Switching element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2339148C1 true RU2339148C1 (en) | 2008-11-20 |
Family
ID=40241462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007124858/09A RU2339148C1 (en) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | Switching element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2339148C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU174772U1 (en) * | 2017-03-15 | 2017-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | UNDERVOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH SOFT COMMUTATION |
-
2007
- 2007-07-02 RU RU2007124858/09A patent/RU2339148C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU174772U1 (en) * | 2017-03-15 | 2017-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | UNDERVOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH SOFT COMMUTATION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10833594B2 (en) | System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding | |
| US10491098B2 (en) | Soft switching solid state transformers and converters | |
| US9774271B2 (en) | Apparatus and method for multiple primary bridge resonant converters | |
| US7768807B2 (en) | Bidirectional no load control with overshoot protection | |
| Hsieh et al. | An interleaved flyback converter featured with zero-voltage transition | |
| Hu et al. | A high gain input-parallel output-series DC/DC converter with dual coupled inductors | |
| US8233298B2 (en) | Power factor correction rectifier that operates efficiently over a range of input voltage conditions | |
| Hu et al. | A three-state switching boost converter mixed with magnetic coupling and voltage multiplier techniques for high gain conversion | |
| US20140334189A1 (en) | Bi-directional dc-dc converter | |
| JP5403005B2 (en) | Power converter | |
| US10673320B2 (en) | Snubber circuit and power conversion system including same | |
| US20220103003A1 (en) | Integrated High-Voltage-Low-Voltage DC-DC Converter and Charger with Active Filter | |
| US7869230B2 (en) | Resonance circuit for use in H-bridge DC-DC converter | |
| CN102474185A (en) | A zero-voltage-transition soft switching converter | |
| AU2014210197A1 (en) | AC-AC converter device | |
| Hajiheidari et al. | Asymmetric ZVS buck converters with high-step-down conversion ratio | |
| KR101140336B1 (en) | Isolated buck-boost dc-dc converter | |
| US10917004B2 (en) | Snubber circuit and power conversion system using same | |
| RU2339148C1 (en) | Switching element | |
| Li et al. | Analysis and design of a nonisolated bidirectional DC–DC converter based on CLC network | |
| RU2464692C1 (en) | Voltage converter (versions) | |
| Shimada et al. | Two novel control methods expanding input-output operating range for a bi-directional isolated DC-DC converter with active clamp circuit | |
| Al Hassan | Power Efficient Battery Charger by Using Constant Current/Constant Voltage Controller | |
| Chen et al. | A isolated bidirectional interleaved flyback converter for battery backup system application | |
| JP6444204B2 (en) | Power converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100703 |