RU2410829C1 - Method to reduce saturation of pulse converter transformer and converter for its realisation - Google Patents
Method to reduce saturation of pulse converter transformer and converter for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2410829C1 RU2410829C1 RU2009143301/07A RU2009143301A RU2410829C1 RU 2410829 C1 RU2410829 C1 RU 2410829C1 RU 2009143301/07 A RU2009143301/07 A RU 2009143301/07A RU 2009143301 A RU2009143301 A RU 2009143301A RU 2410829 C1 RU2410829 C1 RU 2410829C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transformer
- converter
- current
- voltage
- pulse
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в устройствах электропитания радиоэлектронной аппаратуры, содержащих импульсные преобразователи напряжения с использованием трансформаторов.The invention relates to electrical engineering, in particular to converting technology, and can be used in power supply devices of electronic equipment containing pulse voltage converters using transformers.
Для снижения одностороннего насыщения трансформатора необходимо уменьшать максимальную индукцию в сердечнике на величину индукции подмагничивания или скомпенсировать напряженность подмагничивания путем введения немагнитного зазора в сердечник. Однако такие меры борьбы с подмагничиванием имеют ряд недостатков. Во-первых, они не позволяют учитывать все факторы, вызывающие подмагничивание, а во вторых, приводят к росту габаритов и стоимости трансформаторов или к увеличению потерь на ключевых транзисторах преобразователя, обусловленных необходимостью коммутировать большой по величине намагничивающий ток. Поэтому на практике применяются способы автоматической компенсации подмагничивания. Несмотря на то, что эти способы автоматической компенсации имеют различную схемотехническую реализацию, все они предусматривают использование датчика намагничивания сердечника трансформатора, сигнал которого необходим для организации симметричного режима перемагничивания трансформатора путем изменения длительности импульсов управления ключевыми транзисторами преобразователя. В качестве простейших датчиков намагничивания используют трансформаторы тока и резистивные шунты, включенные последовательно с ключевыми транзисторами, обмоткой трансформатора или в общие цепи питания. Так как подобные датчики контролируют полный ток нагрузки преобразователя, состоящий из тока нагрузки, тока намагничивания трансформатора, то они не способны обеспечить корректную работу во всех возможных режимах.To reduce the one-sided saturation of the transformer, it is necessary to reduce the maximum induction in the core by the magnitude of the magnetization induction or to compensate for the magnetization tension by introducing a non-magnetic gap into the core. However, such anti-magnetization measures have a number of disadvantages. Firstly, they do not allow taking into account all the factors causing magnetization, and secondly, they lead to an increase in the size and cost of transformers or to an increase in losses at the key transistors of the converter, due to the need to commute a large magnetizing current. Therefore, in practice, methods of automatic bias compensation are used. Despite the fact that these methods of automatic compensation have different circuitry implementations, all of them provide for the use of a transformer core magnetization sensor, the signal of which is necessary for organizing a symmetric mode of magnetization reversal of the transformer by changing the pulse width of the control transistor key transistors. As the simplest magnetization sensors, current transformers and resistive shunts are used, connected in series with key transistors, a transformer winding or in common power circuits. Since such sensors control the total load current of the converter, consisting of the load current, magnetization current of the transformer, they are not able to ensure correct operation in all possible modes.
Для обнаружения насыщения трансформатора используют способ, применяемый в электротехнике для контроля исправности трансформатора и состоящий в том, что с помощью специального многообмоточного трансформатора тока из тока его первичной обмотки вычитаются токи нагрузки вторичных обмоток. В результате удается получить сигнал, пропорциональный току намагничивания и использовать его для устранения подмагничивания (см. Бас А.А., Миловзоров В.П., Усолин А.К. Источники вторичного электропитания с безтрансформаторным входом. М.: Радио и связь, 1997).To detect saturation of the transformer, the method used in electrical engineering to monitor the health of the transformer is used and consists in the fact that the load currents of the secondary windings are subtracted from the current of its primary winding using a special multi-winding current transformer. As a result, it is possible to obtain a signal proportional to the magnetization current and use it to eliminate magnetization (see Bas A.A., Milovzorov V.P., Usolin A.K. Secondary power sources with transformerless input. M: Radio and communication, 1997 )
Известны также методы прямого контроля намагниченности сердечника трансформатора при помощи магнитопроводов, магниторезисторов и датчиков Холла, а также способы контроля магнитного поля с использованием пояса Роговского. Однако все эти способы отличаются низкой точностью и высокой чувствительностью к различным помехам.There are also known methods for direct control of the magnetization of the transformer core using magnetic cores, magnetoresistors and Hall sensors, as well as methods for controlling the magnetic field using the Rogowski belt. However, all these methods are characterized by low accuracy and high sensitivity to various interference.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ ограничения одностороннего насыщения трансформатора импульсного преобразователя напряжения, заключающийся в том, что выявляют сигнал, пропорциональный току намагничивания трансформатора, сравнивают его с заданным сигналом, пропорциональным максимально допустимому току намагничивания, и формируют управляющий сигнал, корректирующий режим перемагничивания трансформатора, отличающийся тем, что выявление сигнала, пропорционального току намагничивания трансформатора, осуществляют путем измерения тока в короткозамкнутом витке, охватывающем часть магнитопровода трансформатора (см. RU 2035833, С1, кл. МПК6 H02M 7/538, опубл. 20.05.1995). Известный способ позволяет уменьшить одностороннее насыщение сердечника трансформатора импульсного преобразователя напряжения.The closest in technical essence to the claimed method is a method for limiting one-way saturation of a transformer of a pulse voltage converter, which consists in detecting a signal proportional to the magnetizing current of the transformer, comparing it with a given signal proportional to the maximum permissible magnetizing current, and generating a control signal, the corrective mode magnetization reversal of a transformer, characterized in that the detection of a signal proportional to the magnetization current tr nsformatora is carried out by measuring the current in a closed loop, covering part of the magnetic circuit of the transformer (see. RU 2035833 C1, Int. IPC 6 H02M 7/538, publ. 05.20.1995). The known method allows to reduce the one-sided saturation of the core of the transformer of the pulse voltage Converter.
Недостатки известного способа связаны с тем, что максимальный ток намагничивания может зависеть от различных факторов, таких как нелинейность сопротивления нагрузки, частота преобразования, амплитуды и формы импульсной последовательности и др., а следовательно, привязка управляющего сигнала к какому-то одному значению измеренного тока неадекватно соответствует реальным процессам подмагничивания трансформатора. Низкая точность соответствия установленного максимального значения тока реальным процессам подмагничивания уменьшает помехозащищенность и надежность процесса ограничения одностороннего насыщения трансформатора. При этом занижение установленного порогового значения тока требует применения силовых элементов большей, чем необходимо мощности.The disadvantages of this method are related to the fact that the maximum magnetization current may depend on various factors, such as non-linearity of the load resistance, conversion frequency, amplitude and shape of the pulse sequence, etc., and therefore, the binding of the control signal to any one value of the measured current is inadequate corresponds to the real processes of magnetization of the transformer. The low accuracy of the correspondence of the set maximum current value to real magnetization processes reduces the noise immunity and reliability of the process of limiting one-sided saturation of the transformer. In this case, the underestimation of the established threshold value of the current requires the use of power elements more than necessary power.
Недостатками известного способа являются также сложность и трудоемкость его осуществления, так как измерение тока в коротко замкнутом витке, охватывающем часть магнитопровода трансформатора, может быть реализовано лишь выполнением витка в отверстие магнитопровода, а изготовление отверстия в магнитопроводе, в особенности если используется хрупкий ферритовый сердечник, часто приводит к его разрушению, что усложняет и удорожает процесс его изготовления. Кроме того, при отщеплении части магнитопровода уменьшается его полезное сечение, что требует увеличения размеров и стоимости трансформатора при прочих равных условиях. Указанные недостатки снижают область применения известного способа.The disadvantages of this method are also the complexity and the complexity of its implementation, since the measurement of current in a short-circuited coil, covering part of the transformer’s magnetic circuit, can be realized only by making a coil in the magnetic circuit’s hole, and making a magnetic field hole, especially if a brittle ferrite core is used, often leads to its destruction, which complicates and increases the cost of its manufacturing process. In addition, when a part of the magnetic circuit is split off, its useful cross section decreases, which requires an increase in the size and cost of the transformer, ceteris paribus. These disadvantages reduce the scope of the known method.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является преобразователь, содержащий трансформатор с сердечником, коллекторные обмотки которого подключены через силовые транзисторы к входным зажимам преобразователя, базовые обмотки, подключенные через базовые резисторы к переходам база-эмиттер силовых транзисторов, коммутирующие транзисторы, подключенные параллельно переходам база-эмиттер силовых транзисторов, нагрузочные резисторы трансформатора тока с сердечником, подключенные к вторичным обмоткам трансформатора тока, и шунтирующие переходы база-эмиттер коммутирующих транзисторов, короткозамкнутый виток, охватывающий часть сердечника трансформатора и являющийся одновременно первичной обмоткой трансформатора тока, вторичную обмотку трансформатора, подключенную к нагрузке преобразователя. При этом короткозамкнутый виток выполняют, пропустив проводник либо в отверстие в сердечнике трансформатора недалеко от края, либо между витками витого сердечника. Для того чтобы не уменьшить сколь-нибудь заметно площадь сечения сердечника трансформатора, площадь сечения сердечника, охватываемая короткозамкнутым витком, выбирается равной не более 0,1 от площади сечения сердечника трансформатора за счет соответствующего расположения отверстия, через которое пропускают виток (см. RU 2035833, С1, кл. МПК6 H02M 7/538, опубл. 20.05.1995).The closest in technical essence to the claimed one is a converter containing a transformer with a core, the collector windings of which are connected through the power transistors to the input terminals of the converter, the base windings connected through the base resistors to the base-emitter junctions of the power transistors, switching transistors connected in parallel to the base an emitter of power transistors, load resistors of a current transformer with a core connected to the secondary windings of a current transformer, and shunt transitions base-emitter of switching transistors, a short-circuited coil covering a part of the core of the transformer and being simultaneously the primary winding of the current transformer, the secondary winding of the transformer connected to the load of the converter. In this case, a short-circuited turn is performed by passing a conductor either into a hole in the core of the transformer near the edge, or between the turns of a twisted core. In order not to noticeably reduce the cross-sectional area of the transformer core, the cross-sectional area of the core covered by a short-circuited coil is selected to be no more than 0.1 of the cross-sectional area of the transformer core due to the corresponding location of the hole through which the coil is passed (see RU 2035833, C1, class IPC 6 H02M 7/538, publ. 05.20.1995).
Недостатками известного решения являются низкие помехозащищенность и надежность процесса ограничения одностороннего насыщения трансформатора, либо необходимость применения силовых элементов повышенной мощности.The disadvantages of the known solutions are low noise immunity and reliability of the process of limiting one-sided saturation of the transformer, or the need to use power elements of high power.
Недостатками известного преобразователя являются также сложность и трудоемкость его изготовления, так как изготовление отверстия в магнитопроводе, в особенности если используется хрупкий ферритовый сердечник, часто приводит к его разрушению, что усложняет и удорожает преобразователь. Кроме того, при отщеплении части магнитопровода уменьшается его полезное сечение, что требует увеличения размеров и стоимости трансформатора преобразователя при прочих равных условиях. Указанные недостатки снижают область применения известного способа.The disadvantages of the known Converter are also the complexity and complexity of its manufacture, since the manufacture of holes in the magnetic circuit, especially if a brittle ferrite core is used, often leads to its destruction, which complicates and increases the cost of the converter. In addition, when a part of the magnetic circuit is split off, its useful cross section decreases, which requires an increase in the size and cost of the transformer of the converter, ceteris paribus. These disadvantages reduce the scope of the known method.
Задачей и обусловленным ею техническим результатом является расширение области применений за счет повышения точности и помехозащищенности измерения постоянной составляющей тока подмагничивания, улучшение синусоидальности выходного напряжения, а также упрощение, уменьшение габаритов и стоимости устройств для его реализации.The task and the technical result caused by it is to expand the scope of applications by increasing the accuracy and noise immunity of measuring the DC component of the magnetization current, improving the sinusoidality of the output voltage, as well as simplifying, reducing the size and cost of devices for its implementation.
Указанный результат достигается тем, что в способе уменьшения насыщения трансформатора импульсного преобразователя, заключающемся в формировании сигнала, пропорционального току намагничивания трансформатора, и формировании управляющего сигнала, корректирующего режим перемагничивания трансформатора, формирование сигнала, пропорционального току намагничивания трансформатора, осуществляют путем определения действующих значений напряжения прямой и обратной полуволн периода выходного напряжения и суммировании этих значений, а управляющим сигналом корректируют скважность импульсов преобразователя.This result is achieved by the fact that in the method of reducing the saturation of the transformer of the pulse converter, which consists in generating a signal proportional to the magnetizing current of the transformer, and generating a control signal correcting the magnetization of the transformer, generating a signal proportional to the magnetizing current of the transformer is carried out by determining the effective values of the direct and inverse half-waves of the output voltage period and summing these values, and vlyayuschim adjusted duty cycle signal transmitter pulses.
Кроме того, определение действующих значений напряжения прямой и обратной полуволн периода выходного напряжения осуществляют путем измерения напряжения на отдельной обмотке трансформатора импульсного преобразователя,In addition, the determination of the effective voltage values of the forward and reverse half-waves of the output voltage period is carried out by measuring the voltage on a separate winding of the transformer of the pulse converter,
- определяют действующие значения напряжения прямой и обратной полуволн периода выходного напряжения усреднено с заранее заданным периодом усреднения,- determine the effective voltage values of the forward and reverse half-waves of the output voltage period averaged with a predetermined averaging period,
- осуществляют суммирование значений напряжения прямой и обратной полуволн выходного напряжения с учетом знака этих значений напряжения.- carry out the summation of the voltage values of the forward and reverse half-waves of the output voltage, taking into account the sign of these voltage values.
Задачей и обусловленным ею техническим результатом является расширение области применений за счет повышения точности и помехозащищенности измерения постоянной составляющей тока подмагничивания, улучшение синусоидальности выходного напряжения, а также упрощение, уменьшение габаритов и стоимости импульсного преобразователя.The objective and the technical result caused by it is to expand the field of applications by increasing the accuracy and noise immunity of measuring the DC component of the bias current, improving the sinusoidality of the output voltage, as well as simplifying, reducing the size and cost of the pulse converter.
Указанный результат достигается тем, что в импульсном преобразователе, содержащем трансформатор, с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, подключенной к нагрузке преобразователя, введены измерительная обмотка трансформатора, выходы которой подключены к входам интегратора, выход которого через формирователь управляющего сигнала подключен к входу управления формирователя ШИМ сигнала, выходы которого подключены к выводам первичной обмотки трансформатора.This result is achieved by the fact that in a pulse converter containing a transformer, with a primary winding and a secondary winding connected to the load of the converter, a transformer measuring winding is introduced, the outputs of which are connected to the integrator inputs, the output of which is connected through the driver of the control signal to the control input of the PWM signal generator the outputs of which are connected to the terminals of the primary winding of the transformer.
Кроме того трансформатор выполнен на основе автотрансформатора.In addition, the transformer is made on the basis of an autotransformer.
Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1 показана структурная схема импульсного преобразователя, на Фиг.2 - осциллограммы работы импульсного преобразователя.The invention is illustrated using the drawings, in which Fig. 1 shows a block diagram of a pulse converter, and Fig. 2 shows oscillograms of a pulse converter.
На чертежах сделаны следующие обозначения:The following notation is made in the drawings:
1 - трансформатор,1 - transformer
2 - первичная обмотка,2 - primary winding,
3 - вторичная обмотка,3 - secondary winding
4 - нагрузка преобразователя,4 - load converter
5 - измерительная обмотка трансформатора,5 - measuring winding of the transformer,
6 - интегратор,6 - integrator,
7 - формирователь управляющего сигнала,7 - driver control signal,
8 - формирователь ШИМ сигнала,8 - driver PWM signal,
9 - вход запуска формирователя ШИМ сигнала,9 - input trigger the PWM signal,
10 - осциллограмма выходного напряжения без компенсации тока подмагничивания трансформатора,10 - waveform of the output voltage without compensation of the bias current of the transformer,
11 - осциллограмма выходного напряжения с компенсацией тока подмагничивания трансформатора.11 is a waveform of the output voltage with compensation of the bias current of the transformer.
Способ уменьшения насыщения трансформатора импульсного преобразователя заключается в том, что формируют сигнала, пропорциональный току намагничивания трансформатора путем измерения действующих значений напряжения прямой и обратной полуволн периода выходного напряжения и суммировании этих значений с учетом их знака, затем формируют управляющий сигнал, корректирующий режим перемагничивания трансформатора путем корректировки скважности импульсов преобразователя. При этом определение действующих значений напряжения прямой и обратной полуволн периода выходного напряжения осуществляют путем измерения напряжения на отдельной обмотке трансформатора импульсного преобразователя. Действующие значения напряжения прямой и обратной полуволн периода выходного напряжения определяют усреднено с заранее заданным периодом усреднения.A way to reduce the saturation of the pulse transformer transformer is to generate a signal proportional to the magnetizing current of the transformer by measuring the effective values of the forward and reverse half-wave voltage of the output voltage period and summing these values taking into account their sign, then form a control signal that corrects the magnetization reversal mode of the transformer by adjusting duty cycle of the pulses of the Converter. In this case, the determination of the effective voltage values of the forward and reverse half-waves of the output voltage period is carried out by measuring the voltage on a separate winding of the transformer of the pulse converter. The effective voltage values of the forward and reverse half-waves of the output voltage period are determined averaged with a predetermined averaging period.
Способ уменьшения насыщения трансформатора импульсного преобразователя используется следующим образом.A method of reducing saturation of a transformer of a pulse converter is used as follows.
В процессе преобразования напряжения на нагрузке преобразователя формируется выходное напряжение, обеспечивающее наличие заданного выходного тока. Выходной ток однотактного преобразователя кроме переменной составляющей содержит постоянную составляющую, которая вызывает магнитный поток подмагничивания в сердечнике трансформатора преобразователя. В двухтактных преобразователях магнитный материал сердечника трансформатора поочередно перемагничивается в противоположных направлениях разнополярными импульсами выходного тока преобразователя. При этом наличие постоянной составляющей в выходном токе нежелательно, так как может вызвать одностороннее подмагничивание и даже насыщение материала сердечника трансформатора. Однако создать преобразователь, способный обеспечить абсолютную симметричность процесса перемагничивания сердечника трансформатора, практически невозможно из-за невозможности обеспечить абсолютную идентичность элементов плеч силовой схемы преобразователя. Даже, если будут сформированы абсолютно равные по длительности противофазные импульсы управления транзисторами преобразователя, то транзисторы одного типа имеют разные сопротивления в открытом и закрытом состоянии, различные времена запаздывания, а также длительность фронтов нарастания и спада тока. Это приводит к тому, что в первичной обмотке трансформатора в различные периоды перемагничивания прикладываются импульсы напряжения, имеющие различную амплитуду и длительность. Кроме того, транзисторы преобразователя зачастую находятся в заведомо разных температурных условиях, обусловленных неоднородным креплением и охлаждением. Все эти причины при комплексном воздействии могут вызвать одностороннее насыщение трансформатора, что, в свою очередь, приводит к снижению эффективности преобразователя, сбоям в его работе и повреждению ключевых транзисторов.In the process of converting voltage to the load of the converter, an output voltage is formed that ensures the presence of a given output current. The output current of a single-phase converter, in addition to a variable component, contains a constant component, which causes a magnetizing magnetic flux in the core of the transformer of the converter. In push-pull converters, the magnetic material of the transformer core is alternately magnetized in opposite directions by opposite-polarity pulses of the output current of the converter. In this case, the presence of a constant component in the output current is undesirable, since it can cause unilateral bias and even saturation of the material of the transformer core. However, it is practically impossible to create a converter capable of ensuring the absolute symmetry of the magnetization reversal process of the transformer core due to the inability to ensure the absolute identity of the arm elements of the converter power circuit. Even if antiphase control pulses of the transistor of the converter are absolutely equal in duration, then transistors of the same type have different open and closed resistances, different delay times, and also the duration of the rise and fall edges. This leads to the fact that in the primary winding of the transformer at different periods of magnetization reversal voltage pulses are applied, having different amplitudes and durations. In addition, the transistors of the converter are often in obviously different temperature conditions due to inhomogeneous mounting and cooling. All these reasons with a complex effect can cause one-sided saturation of the transformer, which, in turn, leads to a decrease in the efficiency of the converter, failures in its operation and damage to key transistors.
Проблема одностороннего подмагничивания увеличивается с повышением частоты преобразования, так как составляющая подмагничивающего тока, обусловленная различиями параметров переключения транзисторов, растет пропорционально частоте. Подмагничивание сердечника трансформатора наиболее характерно для мостовых преобразователей, выполненных на трансформаторе со средней точкой. Для полумостовых преобразователей в установившемся режиме постоянная составляющая в первичной обмотке отсутствует, так как последовательно с ней включен конденсатор. Однако трансформатор полумостового преобразователя может насыщаться в момент запуска, а также в режиме изменения тока нагрузки. Таким образом, любой топологии преобразователей присуще одностороннее подмагничивание трансформатора.The problem of one-sided magnetization increases with increasing conversion frequency, since the component of the magnetizing current, due to differences in the switching parameters of transistors, increases in proportion to the frequency. The magnetization of the transformer core is most typical for bridge converters made on a transformer with a midpoint. For half-bridge converters in steady state, there is no DC component in the primary winding, since a capacitor is connected in series with it. However, the half-bridge converter transformer may become saturated at the time of start-up, as well as in the mode of changing the load current. Thus, one-sided bias of the transformer is inherent in any converter topology.
Для исключения одностороннего подмагничвания трансформатора в соответствии с заявленным способом измеряют действующие значения напряжений прямой и обратной полуволн периода выходного напряжения с последующим их суммированием, причем сигналам положительной полуволны соответствует знак «+», а сигналам отрицательной полуволны соответствует знак «-», так что суммирование приводит фактически к вычитанию отрицательных значений из положительных. В процессе суммирования осуществляют непрерывное усреднение на временном периоде, кратном периоду выходного напряжения.To exclude one-sided magnetization of the transformer, in accordance with the claimed method, the effective values of the forward and reverse half-wave voltages of the output voltage period are measured with their subsequent summation, and the “+” sign corresponds to the positive half-wave signals, and the “-” sign corresponds to the negative half-wave signals, so the summation leads actually subtracting negative values from positive ones. In the process of summation, continuous averaging is performed over a time period that is a multiple of the output voltage period.
Результат суммирования - величина, пропорциональная току одностороннего подмагничивания, а ее знак указывает на направление вектора тока подмагничивания.The result of the summation is a value proportional to the unilateral bias current, and its sign indicates the direction of the bias current vector.
По результатам суммирования корректируют скважность импульсной последовательности, подаваемой на первичную обмотку трансформатора, причем изменение скважности осуществляют таким образом, что последовательно выполняемые измерение, суммирование и формирование ШИМ сигнала образуют петлю отрицательной обратной связи, направленной на снижение величины тока одностороннего подмагничивания трансформатора.According to the results of summing, the duty cycle of the pulse sequence supplied to the primary winding of the transformer is adjusted, and the duty cycle is changed so that successively performed measurement, summing and generation of the PWM signal form a negative feedback loop aimed at reducing the current value of the unilateral bias of the transformer.
Таким образом, появление некоторой даже небольшой величины одностороннего подмагничивания трансформатора приводит к изменению постоянной составляющей тока в первичной обмотке, вызывающей обратное одностороннее подмагничивание, компенсирующее существующее, которое, в результате, стремится к своему минимальному значению, определяемому параметрами измерения, постоянной интегрирования, коэффициентом усиления петли обратной связи и др.Thus, the appearance of even a small amount of unilateral magnetization of the transformer leads to a change in the DC component of the current in the primary winding, causing reverse one-side magnetization, which compensates for the existing one, which, as a result, tends to its minimum value determined by the measurement parameters, integration constant, loop gain feedback, etc.
Благодаря интегрированию, обеспечивающему вычисление разности между интегрированными значениями положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения, осуществляется изменение формы выходного тока, приближающее ее к форме гармонического сигнала - синусоиде. Приведение же формы к синусоидальной обеспечивает повышение КПД преобразователя и его надежности.Thanks to the integration, which ensures the calculation of the difference between the integrated values of the positive and negative half-waves of the output voltage, the shape of the output current is changed, bringing it closer to the shape of the harmonic signal - a sinusoid. Bringing the form to a sinusoidal one increases the efficiency of the converter and its reliability.
Интегрирование на интервале, значительно превышающем период импульсной последовательности, обеспечивает повышение помехозащищенности и точности компенсирования тока одностороннего подмагничивания трансформатора.Integration over an interval significantly exceeding the period of the pulse sequence provides increased noise immunity and the accuracy of compensating the current of unilateral bias of the transformer.
Пример. Для снижения или даже исключения явления одностороннего подмагничивания трансформатора в преобразователе напряжения трансформатор тока выполняют с дополнительной измерительной обмоткой, выходы которой подключают к входам интегратора. Измерительная обмотка трансформатора, как и остальные обмотки, выполняется обычными средствами, не требующими изменения или деформации магнитопровода.Example. To reduce or even eliminate the phenomenon of unilateral bias of the transformer in the voltage converter, the current transformer is performed with an additional measuring winding, the outputs of which are connected to the inputs of the integrator. The measuring winding of the transformer, like the rest of the windings, is carried out by conventional means that do not require changing or deformation of the magnetic circuit.
Постоянная интегрирования интегратора выбирается равной нескольким периодам, так, что при подаче на его вход синусоидального сигнала с нулевой постоянной составляющей на выходе интегратора формируется «0». При появлении отличной от нуля постоянной составляющей входного сигнала на его выходе формируется сигнал, пропорциональный величине этой постоянной составляющей.The integrator integration constant is selected to be equal to several periods, so that when a sinusoidal signal with a zero constant component is fed to its input, a “0” is formed at the integrator output. When a non-zero constant component of the input signal appears at its output, a signal is generated proportional to the value of this constant component.
Сигнал с выхода интегратора подают на вход управления формирователя ШИМ сигнала, обеспечивающего формирование импульсного сигнала, постоянная составляющая которого в общем случае пропорциональна величине управляющего сигнала.The signal from the output of the integrator is fed to the control input of the PWM signal generator, which provides the formation of a pulse signal, the constant component of which is generally proportional to the value of the control signal.
Выводы первичной обмотки трансформатора подключают к выходам формирователя ШИМ сигнала в такой полярности, чтобы увеличение тока одностороннего подмагничивания приводило бы к возрастающему изменению скважности импульсной последовательности, вызывающему появление компенсирующего тока одностороннего подмагничивания с обратным знаком. В результате автоматического регулирования скважности импульсного сигнала происходит отслеживание, в данном случае, нулевого уровня тока одностороннего подмагничивания трансформатора в целях исключения негативного влияния одностороннего подмагничивания.The terminals of the primary winding of the transformer are connected to the outputs of the PWM signal generator in such a polarity that an increase in the unilateral bias current leads to an increasing change in the duty cycle of the pulse sequence, which causes the appearance of a compensating one-side bias current with a reverse sign. As a result of the automatic regulation of the duty cycle of the pulse signal, in this case, the zero level current of the unilateral bias of the transformer is monitored in order to eliminate the negative effect of one-side bias.
Зависимость изменения скважности импульсов формирователя ШИМ сигнала от величины сигнала интегратора в общем случае является линейной, однако эта зависимость может быть выполнена и иной, например логарифмической, для расширения динамического диапазона регулирования.The dependence of the change in the duty cycle of the pulses of the PWM signal generator on the value of the integrator signal is generally linear, however, this dependence can be made different, for example, logarithmic, to expand the dynamic range of regulation.
Заявленный способ может быть реализован на стандартных элементах: импульсный трансформатор, силовые транзисторы или иные ключевые элементы, интегральные микросхемы и другие радиоэлементы, в том числе с применением процессора.The claimed method can be implemented on standard elements: a pulse transformer, power transistors or other key elements, integrated circuits and other radio elements, including using a processor.
Таким образом, применение способа уменьшения насыщения трансформатора импульсного преобразователя обеспечивает расширение области применения за счет повышения точности и помехозащищенности измерения постоянной составляющей тока подмагничивания, улучшения синусоидальности выходного напряжения, повышения надежности и КПД преобразования, а также упрощение, уменьшение габаритов и стоимости устройств для его реализации.Thus, the application of the method to reduce the saturation of the transformer of the pulse converter provides an extension of the scope by increasing the accuracy and noise immunity of measuring the DC component of the magnetization current, improving the sinusoidality of the output voltage, increasing the reliability and efficiency of the conversion, as well as simplifying, reducing the size and cost of devices for its implementation.
Импульсный преобразователь (Фиг.1) содержит трансформатор, с первичной обмоткой и вторичной обмоткой, подключенной к нагрузке преобразователя, а также измерительной обмоткой, выходы которой подключены к входам интегратора, выход которого через формирователь управляющего сигнала подключен к входу формирователя ШИМ сигнала, выходы которого подключены к выводам первичной обмотки трансформатора.The pulse converter (Fig. 1) contains a transformer, with a primary winding and a secondary winding connected to the load of the converter, as well as a measuring winding, the outputs of which are connected to the integrator inputs, the output of which is connected through the driver of the control signal to the input of the PWM signal generator, the outputs of which are connected to the conclusions of the primary winding of the transformer.
Трансформатор выполнен на основе автотрансформатора, имеющего общую часть первичной и вторичной обмотки.The transformer is made on the basis of an autotransformer having a common part of the primary and secondary windings.
Импульсный преобразователь работает следующим образом.Pulse Converter operates as follows.
Выходное напряжение преобразователя, снимаемое с измерительной обмотки трансформатора, подают на вход интегратора. Постоянная интегрирования интегратора больше периода выходного напряжения. В результате интегрирования положительные и отрицательные полуволны выходного напряжения компенсируют друг друга, и на выходе выделяется некомпенсированная часть периодического сигнала, пропорциональная постоянной составляющей входного сигнала и соответствует току одностороннего подмагничивания трансформатора.The output voltage of the converter, taken from the measuring winding of the transformer, is fed to the input of the integrator. The integrator integration constant is greater than the output voltage period. As a result of integration, the positive and negative half-waves of the output voltage cancel each other, and the uncompensated part of the periodic signal is allocated at the output, which is proportional to the constant component of the input signal and corresponds to the unilateral bias current of the transformer.
С выхода интегратора сигнал подается на вход формирователя управляющего сигнала, на выходе которого формируется сигнал управления с параметрами, согласованными с параметрами входа формирователя ШИМ сигнала. В качестве формирователя управляющего сигнала может быть использован, например, усилитель напряжения или тока.From the output of the integrator, the signal is fed to the input of the driver of the control signal, at the output of which a control signal is generated with parameters that are consistent with the parameters of the input of the driver of the PWM signal. As a driver of the control signal, for example, a voltage or current amplifier can be used.
Формирователь ШИМ сигнала управляется сигналом с выхода формирователя управляющего сигнала и обеспечивает изменение скважности выходной импульсной последовательности в некотором диапазоне. При этом на вход запуска формирователя управляющего сигнала подаются импульсные сигналы с выхода импульсного генератора.The PWM signal generator is controlled by the signal from the output of the control signal generator and provides a change in the duty cycle of the output pulse sequence in a certain range. At the same time, pulse signals from the output of the pulse generator are supplied to the start input of the driver of the control signal.
Последовательно подключенные измерительная обмотка импульсного трансформатора, интегратор, формирователь управляющего сигнала, формирователь ШИМ сигнала, первичная обмотка импульсного трансформатора образуют петлю отрицательной обратной связи, отрабатывающей ток одностороннего подмагничивания на выходе трансформатора, снижая его значение к близкому к нулевому. При этом наличие тока одностороннего подмагничивания приводит к формированию такой скважности импульсов на выводах первичной обмотки, которая компенсирует наличие тока одностороннего подмагничивания, снижая его к нулю.Serially connected measuring winding of the pulse transformer, integrator, driver of the control signal, driver of the PWM signal, the primary winding of the pulse transformer form a negative feedback loop, which processes the unilateral bias current at the transformer output, reducing its value to close to zero. In this case, the presence of a unilateral bias current leads to the formation of such a duty cycle of the pulses at the terminals of the primary winding, which compensates for the presence of a unilateral bias current, reducing it to zero.
Благодаря наличию интегратора в цепи обратной связи, обеспечивающего вычисление разности между интегрированными значениями положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения осуществляется изменение формы выходного тока, приближающее ее к форме гармонического сигнала - синусоиде. Приведение же формы к синусоидальной обеспечивает повышение КПД преобразователя и его надежности.Due to the presence of an integrator in the feedback circuit, which ensures the calculation of the difference between the integrated values of the positive and negative half-waves of the output voltage, the shape of the output current is changed, bringing it closer to the shape of the harmonic signal - a sinusoid. Bringing the form to a sinusoidal one increases the efficiency of the converter and its reliability.
Интегрирование на интервале, значительно превышающем период импульсной последовательности, обеспечивает повышение помехозащищенности и точности компенсирования тока одностороннего подмагничивания трансформатора.Integration over an interval significantly exceeding the period of the pulse sequence provides increased noise immunity and the accuracy of compensating the current of unilateral bias of the transformer.
Намотка обмоток трансформатора, в том числе измерительной обмотки, выполняется стандартными методами без применения специальных деформаций магнитопровода.The winding of the transformer windings, including the measuring winding, is performed by standard methods without the use of special deformations of the magnetic circuit.
Заявленный импульсный преобразователь может быть реализован на стандартных элементах: импульсный трансформатор, силовые транзисторы или иные ключевые элементы, интегральные микросхемы и другие радиоэлементы, в том числе с применением процессора.The claimed pulse converter can be implemented on standard elements: a pulse transformer, power transistors or other key elements, integrated circuits and other radio elements, including using a processor.
Таким образом, импульсный преобразователь имеет более широкую область применений за счет повышения точности и помехозащищенности измерения постоянной составляющей тока подмагничивания, улучшения синусоидальности выходного напряжения, а также более прост в изготовлении, имеет меньшие габариты и стоимость, более высокие КПД и надежность.Thus, the pulse converter has a wider range of applications by increasing the accuracy and noise immunity of measuring the DC component of the bias current, improving the sinusoidality of the output voltage, as well as being easier to manufacture, has smaller dimensions and cost, higher efficiency and reliability.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143301/07A RU2410829C1 (en) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Method to reduce saturation of pulse converter transformer and converter for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143301/07A RU2410829C1 (en) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Method to reduce saturation of pulse converter transformer and converter for its realisation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2410829C1 true RU2410829C1 (en) | 2011-01-27 |
Family
ID=46308619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009143301/07A RU2410829C1 (en) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Method to reduce saturation of pulse converter transformer and converter for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2410829C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526280C1 (en) * | 2013-07-26 | 2014-08-20 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт "Бриз" | Abd hydroacoustic amplifier |
| CN106531401A (en) * | 2015-09-11 | 2017-03-22 | 万国半导体(开曼)股份有限公司 | Pulse transformer |
-
2009
- 2009-11-25 RU RU2009143301/07A patent/RU2410829C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2526280C1 (en) * | 2013-07-26 | 2014-08-20 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт "Бриз" | Abd hydroacoustic amplifier |
| CN106531401A (en) * | 2015-09-11 | 2017-03-22 | 万国半导体(开曼)股份有限公司 | Pulse transformer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7242157B1 (en) | Switched-voltage control of the magnetization of current transforms and other magnetic bodies | |
| Ortiz et al. | " Magnetic Ear"-based balancing of magnetic flux in high power medium frequency dual active bridge converter transformer cores | |
| RU2014105458A (en) | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING ELECTRIC CURRENTS USING A CURRENT CONVERTER | |
| US20120091996A1 (en) | Current Sensor Array for Measuring Currents in a Primary Conductor | |
| CN111585525B (en) | Class D transconductance amplifier | |
| US11300591B2 (en) | Contactless current measurement | |
| JP6220748B2 (en) | DC leakage current detector | |
| US6469491B1 (en) | Apparatus and method for measuring DC load current of a switching power supply | |
| RU2410829C1 (en) | Method to reduce saturation of pulse converter transformer and converter for its realisation | |
| KR20100109574A (en) | Step-down voltage converter | |
| JP5702592B2 (en) | Current detector | |
| US8860255B2 (en) | Saturation control unit for an interphase transforming unit and PWM control apparatus for a voltage converting device | |
| KR100968633B1 (en) | Current sensor | |
| CN113075605B (en) | Zero-point deviation calibration method for magnetic modulation DCCT | |
| JP2014150598A (en) | Electric power conversion system and determination method for bias magnetism of transformer | |
| JP5351944B2 (en) | Power converter | |
| JP2011247765A (en) | Current detector | |
| JP2016194483A (en) | Current detection device | |
| Roman et al. | Low consumption flux-gate transducer for AC and DC high-current measurement | |
| JP2006112833A (en) | Inductance measuring instrument | |
| JP4178743B2 (en) | DC leakage detection device for grid-connected inverter | |
| KR102039272B1 (en) | A DC Power Current Detection Circuit | |
| KR102039268B1 (en) | An Alternating and Direct Current Detection Circuit | |
| WO2023049845A1 (en) | Universal ac/dc current sensor and isolator | |
| SU1396221A1 (en) | Arrangement for preventing saturation of transformer of bridge transistorized inverter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121126 |