RU2459342C1 - Resonant converter of dc voltage into dc and ac and method to control its output voltage - Google Patents

Resonant converter of dc voltage into dc and ac and method to control its output voltage Download PDF

Info

Publication number
RU2459342C1
RU2459342C1 RU2011112559/07A RU2011112559A RU2459342C1 RU 2459342 C1 RU2459342 C1 RU 2459342C1 RU 2011112559/07 A RU2011112559/07 A RU 2011112559/07A RU 2011112559 A RU2011112559 A RU 2011112559A RU 2459342 C1 RU2459342 C1 RU 2459342C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inverter
converter
valves
outputs
microcontroller
Prior art date
Application number
RU2011112559/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Иванович Махов (RU)
Анатолий Иванович Махов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ)
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ)
Priority to RU2011112559/07A priority Critical patent/RU2459342C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2459342C1 publication Critical patent/RU2459342C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies 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

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: in an available resonant converter with a serial circuit L, C, there is a parallel circuit from an inductance L2 of a transformer and a series capacitor C2, besides, Q-factors of circuits make 1.5. To the upper (or lower) valves of the inverter pulses arrive with a duration equal to a half-cycle of resonant quality of circuits, and to the lower (or upper) valves - pulses, duration of which complies with adjustment, besides, the period of inverter switching is by 4-5% more than the period of circuit oscillations, and either fronts of pulses or their centres match.
EFFECT: converter has smaller dimensions, higher efficiency factor, wide range of adjustment, low multiplication factor of currents, harmonic current of valves, independence of an output voltage on a load, a simple control device and simplicity of tuning.
7 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и радиотехники и может быть использовано в качестве источников питания постоянного и переменного напряжений в различных областях народного хозяйства, например генераторов в радиосистемах и т.п.The invention relates to the field of electrical and radio engineering and can be used as power sources of constant and alternating voltage in various fields of the national economy, for example, generators in radio systems, etc.

Известен резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное (патент №2335841 RU, HO 2М 3/338, опубл. 10.10.08), содержащий мостовой инвертор на вентилях с обратной проводимостью, подключенный одной диагональю к источнику питания, трансформатор, первичная обмотка которого последовательно с индуктивностью L подключена ко второй диагонали инвертора, емкость С, шунтирующую вторую обмотку трансформатора, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, фильтр нижних частот в виде емкости, параллельно включенной с нагрузкой и подключенной к выпрямителю, и устройство управления, содержащее серию измерительных датчиков, вычислительное устройство и другие элементы. Индуктивность L, емкость С с сопротивлением нагрузки R образуют Г-образную колебательную цепь с резонансной частотой, в 2 раза большей частоты переключения инвертора.Known resonant DC-DC to DC converter (patent No. 235858 RU, HO 2M 3/338, publ. 10.10.08), containing a bridge inverter on valves with reverse conductivity, connected by one diagonal to a power source, a transformer, the primary winding of which is in series with the inductance L is connected to the second diagonal of the inverter, capacitance C, shunting the second winding of the transformer, a rectifier connected to the secondary winding of the transformer, a low-pass filter in the form of a capacitance connected in parallel with the load and Connecting to the rectifier and a control device comprising a series of measurement sensors, a computing device, and other elements. Inductance L, capacitance C with load resistance R form a L-shaped oscillatory circuit with a resonant frequency that is 2 times the inverter switching frequency.

Недостатки этого преобразователя:The disadvantages of this converter are:

- малая область регулировки (длительность импульса в пределах

Figure 00000001
- small adjustment area (pulse duration within
Figure 00000001

- сильная зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки и ограничения по сопротивлению ρ<R<3ρ, где ρ - волновое сопротивление LCR-контура;- a strong dependence of the output voltage on the load resistance and resistance limitations ρ <R <3ρ, where ρ is the wave impedance of the LCR circuit;

- весьма сложная система управления, так как при больших мощностях переход тока через нуль не определен и приходится вычислять момент включения и длительность так называемого «мертвого» времени, когда вентили отключены;- a very complex control system, since at high powers the current transition through zero is not defined and you have to calculate the turn-on time and the duration of the so-called "dead" time when the valves are turned off;

- низкая надежность и большие габариты;- low reliability and large dimensions;

- большое время настройки преобразователя.- A great time tuning the converter.

Известен резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное и переменное (микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М.: "Додена - XXI" 2001 - 608 с.), выбранный в качестве прототипа, содержащий мостовой инвертор на вентилях с обратной проводимостью, подключенный одной диагональю к источнику питания, трансформатор, первичная обмотка которого последовательно соединенная с индуктивностью L и емкостью С, подключена ко второй диагонали инвертора, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, и Г-образный фильтр нижних частот, подключенный к выпрямителю и содержащий индуктивность, последовательно соединенную с параллельно включенными емкостью и сопротивлением нагрузки. Преобразователь также содержит устройство управления - микроконтроллер UC 3875, специально разработанный для управления резонансными преобразователями напряжения. Резонансная частота последовательного LCR-контура (где R - сопротивление суммарной нагрузки, приведенное к первичной стороне трансформатора) примерно равна частоте переключения инвертора, которая может регулироваться. «Мертвое» время, необходимое при работе преобразователя, также регулируется путем подбора двух RC-цепочек. Для получения хороших гармонических колебаний и подавления паразитных добротность контура должна быть достаточно большой (4-5). Выход трансформатора является выходом переменного напряжения.Known resonant DC-DC to AC and DC converter (circuits for switching power supplies and their application. - M .: "Dodena - XXI" 2001 - 608 S.), selected as a prototype, containing a bridge inverter on valves with reverse conductivity, connected one diagonal to the power source, a transformer whose primary winding is connected in series with the inductance L and capacitance C, is connected to the second diagonal of the inverter, a rectifier connected to the secondary winding of the transformer, and G-arr a basic low-pass filter connected to the rectifier and containing an inductance connected in series with the capacitance and load resistance connected in parallel. The converter also contains a control device - a microcontroller UC 3875, specially designed to control resonant voltage converters. The resonant frequency of the series LCR circuit (where R is the total load resistance, reduced to the primary side of the transformer) is approximately equal to the inverter switching frequency, which can be adjusted. The "dead" time required during operation of the converter is also regulated by the selection of two RC chains. To obtain good harmonic oscillations and suppress parasitic Q-factors of the circuit should be sufficiently large (4-5). The transformer output is an AC voltage output.

Основным недостатком этого преобразователя является необходимость подбора упомянутых RC-цепочек с одновременной регулировкой частоты переключения для получения хорошей гармонической формы тока, что требует длительного времени настройки каждого конкретного преобразователя, ненадежно и снижает КПД преобразователя.The main disadvantage of this converter is the need to select the mentioned RC circuits with simultaneous adjustment of the switching frequency to obtain a good harmonic current shape, which requires a long setup time for each specific converter, unreliable and reduces the efficiency of the converter.

Недостатком являются также большие реактивные мощности на элементах L и С контура ввиду требования большой добротности, что увеличивает их габариты. Недостатком является также то, что при регулировке напряжения преобразователя «мертвое» время попадает в область гармонических токов и может нарушить форму тока и процесс управления.The disadvantage is also large reactive power on the elements L and C of the circuit due to the requirement of high quality factor, which increases their dimensions. The disadvantage is that when adjusting the voltage of the converter, “dead” time falls into the region of harmonic currents and can disrupt the current shape and the control process.

Микроконтроллер UC 3875 (микросхемы для импульсных источников питания и их применение. - М.: "Додена - XXI" 2001 - 608 с.) реализует фазовый способ управления выходным напряжением преобразователя напряжения, который заключается в том, что формируют прямоугольные импульсы длительностью, равной половине периода резонансной частоты, и с частотой повторения несколько меньшей резонансной (регулируемая), и подают их на вентили одного плеча инвертора со сдвигом на полпериода этой частоты, причем между импульсами вентилей образуют регулируемое «мертвое» время. Аналогичные импульсы поступают и на вентили другого плеча инвертора. Управление напряжением преобразователя осуществляется изменением сдвига фаз φ между импульсными сигналами плеч инвертора. При этом изменяется время подключения нагрузочной цепи к источнику питания и тем самым изменяется длительность импульсов, подаваемых на колебательную нагрузочную цепь.The microcontroller UC 3875 (microcircuits for switching power supplies and their application. - M .: Dodena-XXI 2001 - 608 p.) Implements a phase method for controlling the output voltage of a voltage converter, which consists in generating rectangular pulses of half the duration period of the resonant frequency, and with a repetition frequency slightly lower than the resonant (adjustable), and they are fed to the valves of one arm of the inverter with a half-period shift of this frequency, and between the pulses of the valves form an adjustable "dead" in remy. Similar pulses arrive at the valves of the other arm of the inverter. The voltage of the converter is controlled by changing the phase shift φ between the pulse signals of the inverter arms. In this case, the time for connecting the load circuit to the power source changes, and thereby the duration of the pulses supplied to the oscillating load circuit changes.

Недостатком этого способа является необходимость осуществления трех регулировок (частота переключения и две RC-цепочки) одновременно при настройке каждого преобразователя, а также то, что «мертвое» время врезается в область токов.The disadvantage of this method is the need for three adjustments (switching frequency and two RC chains) at the same time when setting each converter, as well as the fact that the "dead" time crashes into the current area.

Это требует длительного времени настройки каждого конкретного преобразователя, снижает надежность и КПД преобразователя.This requires a long setup time for each specific converter, reduces the reliability and efficiency of the converter.

Известен способ управления резонансным преобразователем напряжения (патент №2335841 RU, НО 2М 3/338, опубл. 10.10.08), выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что формируют прямоугольные импульсы с заданной частотой повторения, подают их на входы вентилей инвертора с обратной проводимостью и таким образом переключают нагрузочную цепь относительно полюсов источника питания с этой же частотой, причем длительность импульсов, поступающих на первые вентили, подключенные к одному полюсу источника, равна половине периода частоты подключения инвертора, а длительность импульсов, поступающих на вентили, подключенные к другому полюсу, соответствует заданному уровню выходного напряжения преобразователя. При этом с помощью датчиков контролируют форму выходного тока, вычисляют момент прохождения тока через нуль, необходимую величину «мертвого» времени и момент его включения или изменение периода переключения инвертора.A known method of controlling a resonant voltage converter (patent No. 235858 RU, HO 2M 3/338, publ. 10.10.08), selected as a prototype, which consists in the fact that they form rectangular pulses with a given repetition rate, feed them to the inputs of the inverter valves with reverse conductivity and thus switch the load circuit relative to the poles of the power source with the same frequency, and the duration of the pulses arriving at the first valves connected to one pole of the source is equal to half the period of the connection frequency inverter, and the duration of the pulses arriving at the gates connected to the other pole corresponds to a predetermined level converter output voltage. In this case, with the help of sensors, the shape of the output current is controlled, the moment of passage of the current through zero, the necessary amount of "dead" time and the moment of its inclusion or change in the switching period of the inverter are calculated.

Недостатком этого способа является его сложность и сложность реализации, что снижает КПД, надежность преобразователя, усложняет наладку, обслуживание и увеличивает габариты.The disadvantage of this method is its complexity and complexity of implementation, which reduces the efficiency, reliability of the converter, complicates setup, maintenance and increases the size.

Целью изобретения является:The aim of the invention is:

- повышение КПД преобразователя,- increase the efficiency of the Converter,

- повышение надежности,- increased reliability,

- уменьшение габаритов,- reduction in size,

- снижение стоимости и затрат на обслуживание,- reduction in cost and maintenance costs,

- уменьшение времени наладки преобразователя,- reducing the setup time of the Converter,

- улучшение качества гармонического напряжения,- improving the quality of harmonic voltage,

- стимулирование разработки микроконтроллеров, реализующих предложенный временной способ управления выходным напряжением резонансного преобразователя напряжения за счет- stimulating the development of microcontrollers that implement the proposed temporary method for controlling the output voltage of a resonant voltage converter due to

- установки гарантированного минимального «мертвого» времени и расположения его в узлах тока,- setting the guaranteed minimum "dead" time and its location in the current nodes,

- минимального количества регулировок: частота переключения инвертора и уровень выходного напряжения,- minimum number of adjustments: inverter switching frequency and output voltage level,

- уменьшения значения реактивных мощностей элементов колебательной цепи,- reducing the reactive power of the elements of the oscillatory circuit,

- применения в качестве резонансной цепи фильтра высокого порядка (четвертого),- use as a resonant circuit of a high-order filter (fourth),

- упрощения устройств управления и использования в них стандартных микросхем, применяемых в преобразователях напряжений.- simplification of control devices and their use of standard microcircuits used in voltage converters.

В соответствии с поставленной целью изобретения и предложенным техническим решением резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное и переменное, содержащий мостовой инвертор на вентилях с обратной проводимостью, подключенный одной диагональю к источнику питания, трансформатор, первичная обмотка которого последовательно соединенная с индуктивностью L и емкостью С, подключена ко второй диагонали инвертора, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, и фильтр нижних частот, например Г-образное звено, подключенный к выпрямителю, а также устройство управления, согласно техническому решению первичная обмотка трансформатора шунтирована емкостью С2, которая с индуктивностью L2 трансформатора образует параллельный контур L2C2R, где R - сопротивление суммарной нагрузки, приведенное к первичной стороне трансформатора. Оба контура настроены на частоту, большую на 4-5% частоты переключения инвертора.In accordance with the object of the invention and the proposed technical solution, the resonant DC-DC to AC / DC converter, comprising a bridge inverter on valves with reverse conductivity, connected by a single diagonal to a power source, a transformer whose primary winding is connected in series with inductance L and capacitance C, is connected to the second diagonal of the inverter, a rectifier connected to the secondary winding of the transformer, and a low-pass filter, for example a L-shaped link connected to the rectifier, as well as the control device, according to the technical solution, the primary winding of the transformer is bridged with a capacitance C 2 , which with an inductance L 2 of the transformer forms a parallel circuit L 2 C 2 R, where R is the total load resistance, reduced to the primary side of the transformer. Both circuits are tuned to a frequency greater than 4-5% of the inverter switching frequency.

В преобразовании напряжения выход переменного напряжения в соответствии с предложенным техническим решением добротность контуров составляет 1-1,5, а устройство управления содержит микроконтроллер UC 3825 с навесными RC-элементами, соответствующими частоте переключения инвертора и режиму стабилизации выходного напряжения преобразователя, два D-триггера, D-входы которых заземлены, S-входы через логические элементы НЕ подключены к выходам 11, 14 микроконтроллера соответственно, С-входы подключены к выходу 4 микроконтроллера, прямые выходы триггеров через драйверы подключены к нерегулируемым вентилям инвертора (нижним или верхним), а выходы 11, 14 микроконтроллера через драйверы подключены к регулируемым вентилям (верхним или нижним).In the voltage conversion, the AC voltage output in accordance with the proposed technical solution, the quality factor of the circuits is 1-1.5, and the control device contains a UC 3825 microcontroller with mounted RC elements corresponding to the inverter switching frequency and the converter output voltage stabilization mode, two D-flip-flops, D-inputs of which are grounded, S-inputs through logic elements are NOT connected to outputs 11, 14 of the microcontroller, respectively, C-inputs are connected to output 4 of the microcontroller, direct trigger outputs moat through drivers connected to the unregulated inverter gates (upper or lower), and outputs 11, 14 through microcontroller drivers are connected to the adjustable valves (upper or lower).

Преобразователь имеет выход переменного напряжения с третьей обмотки трансформатора, в соответствии с предложенным техническим решением имеет добротность контуров 1,5-2, а устройство управления содержит микроконтроллер UC 3825 с навесными RC-элементами, соответствующими частоте переключения инвертора и длительности импульсов на выходах 11, 14 микроконтроллера, равной четверти периода резонансной частоты контуров (длительность регулируется), два D-триггера, S-входы которых через логические элементы НЕ подключены к выходам 11, 14 микроконтроллера соответственно, D-входы которых заземлены, С-входы подключены к выходу 4 микроконтроллера, интегратор, вход которого через элемент 2ИЛИ подключен к выходам 11, 14 микроконтроллера, инвертирующий усилитель, вход которого подключен к выходу интегратора, компаратор, прямой вход которого подключен к выходу усилителя, а инверсный подключен к регулируемому делителю напряжения, прямые выходы триггеров через драйверы подключены к нерегулируемым вентилям инвертора (верхним или нижним), два элемента 2И, одни входы которых подключены к выходу компаратора, а другие - к прямым выходам триггеров соответственно, выходы же элементов 2И подключены через драйверы к регулируемым вентилям инвертора (нижним или верхним).The converter has an AC voltage output from the third winding of the transformer, in accordance with the proposed technical solution, has a Q factor of 1.5-2, and the control device contains a UC 3825 microcontroller with mounted RC elements corresponding to the inverter switching frequency and pulse duration at outputs 11, 14 a microcontroller equal to a quarter of the period of the resonant frequency of the circuits (the duration is adjustable), two D-flip-flops, the S-inputs of which are not connected to the outputs 11, 14 of the microcontroller via logic elements and accordingly, the D-inputs of which are grounded, the C-inputs are connected to the output 4 of the microcontroller, an integrator, the input of which is connected through the 2OR element to the outputs 11, 14 of the microcontroller, an inverting amplifier, the input of which is connected to the output of the integrator, a comparator, the direct input of which is connected to the amplifier’s output, while the inverse is connected to an adjustable voltage divider, the direct outputs of the triggers through the drivers are connected to the unregulated valves of the inverter (top or bottom), two 2I elements, one of which inputs are connected to the compar output torus, and the other - to the direct outputs of flip-flops, respectively, the outputs 2I elements connected via controllable valves to the driver inverter (lower or upper).

В соответствии с поставленной целью в способе управления выходным напряжением резонансного преобразователя постоянного напряжения в постоянное и переменное, заключающемся в том, что формируют прямоугольные импульсы с заданной частотой повторения, подают их на входы вентилей мостового инвертора преобразователя и таким образом переключают нагрузочную цепь относительно полюсов источника питания с такой же частотой, причем длительность импульсов, поступающих на первые вентили, подключенные к одному полюсу, соответствует заданному уровню выходного напряжения, согласно предложенному техническому решению длительность импульсов, поступающих на первые вентили, равна половине периода колебаний контуров преобразователя и меньше половины периода переключения инвертора на величину минимального «мертвого» времени, составляющего стандартную величину (4-5% от полупериода переключения инвертора).In accordance with the goal in a method for controlling the output voltage of a resonant DC-DC to AC / DC converter, which consists in the fact that rectangular pulses are formed with a given repetition rate, they are fed to the valve inputs of the bridge inverter of the converter and thus the load circuit is switched relative to the poles of the power source with the same frequency, and the duration of the pulses arriving at the first valves connected to one pole corresponds to a given level nu output voltage, according to the proposed technical solution, the duration of the pulses arriving at the first valves equal to half the oscillation period of the inverter circuit and less than half the switching period of the inverter on the value of the minimum of "dead" time constituting the standard value (4-5% of the half cycle of the inverter switching).

В способе управления выходным напряжением резонансного преобразователя напряжения передние фронты импульсов, поступающих на те и другие вентили, совпадают.In the method of controlling the output voltage of the resonant voltage converter, the leading edges of the pulses arriving at both valves coincide.

В способе управления выходным напряжением резонансного преобразователя напряжения центры тех и других совпадают.In the method of controlling the output voltage of the resonant voltage converter, the centers of both coincide.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где:The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where:

На фиг.1, 2 представлены электрические схемы (варианты) заявляемого резонансного преобразователя постоянного напряжения в постоянное и переменное.Figure 1, 2 presents the electrical circuits (options) of the inventive resonant DC-DC to DC and AC.

На фиг.3 представлена электрическая схема устройства управления выходным напряжением заявляемого преобразователя по варианту 1.Figure 3 presents the electrical diagram of the device for controlling the output voltage of the inventive Converter according to option 1.

На фиг.4 представлена схема устройства управления выходным напряжением заявляемого преобразователя по варианту 1 в виде микроконтроллера, аналогичного UC 3825.Figure 4 presents a diagram of a device for controlling the output voltage of the inventive converter according to option 1 in the form of a microcontroller, similar to UC 3825.

На фиг.5 представлена схема устройства управления выходным напряжением заявляемого преобразователя по варианту 2.Figure 5 presents a diagram of a device for controlling the output voltage of the inventive Converter according to option 2.

На фиг.6 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип действия заявляемого преобразователя по варианту 1.Figure 6 presents timing diagrams explaining the principle of operation of the inventive Converter according to option 1.

На фиг.7 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип действия заявляемого преобразователя по варианту 2.Figure 7 presents time charts explaining the principle of operation of the inventive Converter according to option 2.

На фиг.8 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип действия преобразователя-прототипа с управляющим устройством UC 3875.On Fig presents time diagrams explaining the principle of operation of the Converter prototype with a control device UC 3875.

На фиг.9 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип действия преобразователя по патенту №2335841 RU, способ управления которого является прототипом заявляемого способа управления.Figure 9 presents time charts explaining the principle of operation of the Converter according to patent No. 2335841 RU, the control method of which is a prototype of the proposed control method.

Резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное и переменное, фиг.1 и 2, содержит мостовой инвертор 1 на вентилях с обратной проводимостью 2, 3, 4, 5, подключенный диагональю 2,5-3,4 к источнику питания Еп, колебательную цепь 6, содержащую индуктивность 7 (L1), емкость 8 (C1), емкость 9 (С2), трансформатор 10 с индуктивностью L2, причем емкость 9 шунтирует первичную обмотку трансформатора 10, а индуктивность 7, емкость 8 и первичная обмотка трансформатора соединены последовательно и подключены к другой диагонали 2,3-4,5 инвертора, мостовой выпрямитель 11 с диодами 12, 13, 14, 15, подключенный к вторичной обмотке трансформатора 10, и фильтр нижних частот 16, содержащий индуктивность 17, последовательно соединенную с параллельно соединенными емкостью 18 и сопротивлением нагрузки 19.The resonant DC-DC to AC and DC converter, Figs. 1 and 2, contains a bridge inverter 1 on valves with reverse conductivity 2, 3, 4, 5, connected with a diagonal of 2.5-3.4 to a power supply Ep, an oscillating circuit 6, containing inductance 7 (L 1 ), capacitance 8 (C 1 ), capacitance 9 (C 2 ), transformer 10 with inductance L 2 , and capacitance 9 shunts the primary winding of transformer 10, and inductance 7, capacitance 8 and primary transformer winding are connected in series and connected to another diagonal 2.3-4.5 inverter, bridge you ryamitel 11 with diodes 12, 13, 14, 15, connected to the secondary winding of the transformer 10 and the lowpass filter 16 comprising the inductance 17 connected in series with a parallel connected capacitance 18 and the load 19 resistance.

Выход переменного напряжения на нагрузку 20 на фиг.1 осуществляется непосредственно от вторичной обмотки трансформатора 10, а на фиг.2 от третьей обмотки, чем обеспечивается гальваническая развязка постоянного и переменного напряжений.The output of the alternating voltage to the load 20 in figure 1 is carried out directly from the secondary winding of the transformer 10, and in figure 2 from the third winding, which provides galvanic isolation of constant and alternating voltages.

Индуктивность 7 и емкость 8 образуют последовательный контур, а индуктивность трансформатора L2 с емкостью 9 - параллельный контур, а вместе это полосовой фильтр четвертого порядка с заданной резонансной частотойInductance 7 and capacitance 8 form a serial circuit, and the inductance of transformer L 2 with capacitance 9 is a parallel circuit, and together it is a fourth-order bandpass filter with a given resonant frequency

Figure 00000002
Figure 00000002

Такой фильтр обеспечивает хорошее подавление гармоник независимо от величины сопротивления нагрузки при малой добротности контуров (1-1,5), т.е. малой реактивной мощности на его элементах. Например, уровень 3 гармоники по отношению к первой при добротностях 1,5 составляет (

Figure 00000003
)Such a filter provides good harmonic suppression regardless of the value of the load resistance at a low Q factor of the circuits (1-1.5), i.e. low reactive power on its elements. For example, the level 3 of the harmonic with respect to the first with a Q factor of 1.5 is (
Figure 00000003
)

Figure 00000004
Figure 00000004

Имеем такжеWe also have

Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007

Напряжение на индуктивности L1 и емкости C1 в 1,5 раза больше, чем на нагрузке (приведенной к первичной стороне трансформатора), а ток в индуктивности L2 и в емкости С2 в 1,5 раза больше, чем на нагрузке.The voltage at inductors L 1 and capacitance C 1 is 1.5 times higher than at the load (reduced to the primary side of the transformer), and the current in inductance L 2 and at capacitance C 2 is 1.5 times higher than at load.

Устройство управления напряжением заявляемого преобразователя по варианту 1, фиг.3, содержит микроконтроллер UC 3825, навесные элементы RC которого обеспечивают заданную частоту переключения инвертора, «мертвое» время (цепочка RC подключена к входам 5, 6, 7 микроконтроллера), мягкий запуск (емкость, подключенная ко входу 8), стабилизацию и уровень выходного напряжения (делитель, подключенный ко входу 16, задает опорное напряжение на входе 2, цепочка RC, подключенная к входам 3, 2, работает в цепи интегратора, делитель, подключенный ко входу 1, задает уровень выходного напряжения), выходы 11, 14 через драйверы подключены к регулируемым вентилям 3, 4 преобразователя (рисунки 1, 2), 2 D-триггера T1, T2, D-входы которых заземлены, 5 - входы через логические элементы НЕ 3, 4 подключены к выходам 11, 14 микроконтроллера, а прямые через драйверы подключены к нерегулируемым вентилям 2, 5 преобразователя (фиг.1, 2).The voltage control device of the inventive converter according to embodiment 1, figure 3, contains a UC 3825 microcontroller, the RC mounted parts of which provide a given inverter switching frequency, "dead" time (the RC chain is connected to the inputs of the microcontroller 5, 6, 7), soft start (capacity connected to input 8), stabilization and output voltage level (a divider connected to input 16 sets the reference voltage at input 2, an RC circuit connected to inputs 3, 2 works in an integrator circuit, a divider connected to input 1 sets uro voltage output voltage), outputs 11, 14 are connected via drivers to adjustable valves 3, 4 of the converter (Figs. 1, 2), 2 D-flip-flops T1, T2, D-inputs of which are grounded, 5 - inputs through logical elements NOT 3, 4 connected to the outputs 11, 14 of the microcontroller, and direct through the drivers are connected to unregulated valves 2, 5 of the Converter (figure 1, 2).

Работа заявляемого преобразователя по варианту 1 поясняется временными диаграммами, фиг.6.The operation of the inventive Converter according to option 1 is illustrated by timing diagrams, Fig.6.

Микроконтроллер UC 3825 формирует на выходах 11, 14 импульсы U3, U4 (фиг.6в) с частотой переключения инвертора, задаваемой цепочкой RC (входы 5, 6, 7 UC) и длительностью τ, соответствующей уровню выходного напряжения преобразователя, а также короткие импульсы (выход 4 UC), длительность которых определяет «мертвое» время (4-5% от периода переключения инвертора). Импульсы U3, U4 (фиг.6в) переключают триггеры T1, T2 в единичное состояние, импульс с выхода 4 UC переключает их в нуль, в результате на прямых выходах триггеров формируются импульсы U2, U5 (фиг.6а) длительностью, равной периоду резонансной частоты колебательной цепи. Регулировкой частоты переключения инвертора легко можно подобрать длительность импульсов триггеров под заданное значение резонансной частоты с учетом жесткого «мертвого» времени. Импульсы с выходов 11, 14 UC и с выходов триггеров через драйверы поступают на входы соответствующих вентилей и в результате на выходе инвертора формируется напряжение U (фиг.6с) типа меандра и длительностью, соответствующей регулируемому выходному напряжению преобразователя. Как известно, в напряжении типа меандра присутствуют только нечетные гармоники 1, 3, 5 … и т.д. с относительными амплитудами 1, 1/3, 1/5 …The microcontroller UC 3825 generates pulses U 3 , U 4 (Fig.6c) at the outputs 11, 14 with the switching frequency of the inverter set by the RC circuit (inputs 5, 6, 7 UC) and a duration τ corresponding to the output voltage level of the converter, as well as short pulses (4 UC output), the duration of which determines the "dead" time (4-5% of the inverter switching period). The pulses U 3 , U 4 (Fig.6c) switch the triggers T1, T2 to the single state, the pulse from the output 4 of the UC switches them to zero, as a result, the pulses U 2 , U 5 (Fig.6a) are formed at the direct outputs of the triggers, equal to the period of the resonant frequency of the oscillatory circuit. By adjusting the switching frequency of the inverter, you can easily choose the duration of the trigger pulses for a given value of the resonant frequency, taking into account the hard "dead" time. The pulses from the outputs 11, 14 of the UC and from the outputs of the triggers through the drivers go to the inputs of the corresponding valves and as a result, the voltage U (FIG. 6c) of the meander type and duration corresponding to the adjustable output voltage of the converter is generated at the inverter output. As you know, only odd harmonics 1, 3, 5 ... etc. are present in a type of meander voltage. with relative amplitudes of 1, 1/3, 1/5 ...

В силу свойств колебательной цепи L1 C1 L2 C2 R напряжение первой гармоники (резонансная частота) сфазировано с входным током и выходным напряжением колебательной цепи. Импульс напряжения U на входе инвертора можно представить в виде двух бесконечных скачков напряжения. Откликом колебательной цепи на каждый скачок будет синусоида входного тока и выходного напряжения, сдвиг этих синусоид равен длительности импульса τ. Таким образом, ток инвертора и напряжение на выходе трансформатора будут определяться разностью двух синусоид со сдвигом τ: синусоида от начала импульса до его конца и далее спад до нуля, а нуль - на середине отрезка

Figure 00000008
фиг.6с). Как следует из изложенного, ток инвертора и выходное напряжение негармонические. Для получения постоянного напряжения это не имеет значения, а для переменного определим уровень третьей гармоники относительно первой, например при
Figure 00000009
то есть при максимальном напряжении питания. Применяя преобразование Фурье, имеемDue to the properties of the oscillatory circuit L 1 C 1 L 2 C 2 R, the voltage of the first harmonic (resonant frequency) is phased with the input current and the output voltage of the oscillatory circuit. The voltage pulse U at the inverter input can be represented as two infinite voltage surges. The response of the oscillating circuit to each jump will be a sinusoid of the input current and output voltage, the shift of these sinusoids is equal to the pulse duration τ. Thus, the inverter current and the voltage at the transformer output will be determined by the difference of two sinusoids with a shift of τ: the sinusoid from the beginning of the pulse to its end and then decline to zero, and zero in the middle of the segment
Figure 00000008
figs). As follows from the above, the inverter current and the output voltage are not harmonic. To obtain a constant voltage, this does not matter, but for the variable we determine the level of the third harmonic relative to the first, for example,
Figure 00000009
that is, at maximum supply voltage. Applying the Fourier transform, we have

I1=0,887 Im, I3=0,056 Im, I3/I1=0,056/0,887=0,063I 1 = 0.887 I m , I 3 = 0.056 I m , I 3 / I 1 = 0.056 / 0.887 = 0.063

Следует также учесть, что наша колебательная цепь неидеальна и соотношение гармоник на ее выходе при

Figure 00000010
Q1=Q2=1,5, Ω=f/f0=3It should also be noted that our oscillatory circuit is not ideal and the harmonic ratio at its output for
Figure 00000010
Q 1 = Q 2 = 1.5, Ω = f / f 0 = 3

Figure 00000011
Figure 00000011

Суммарный уровень третьей гармоники составит 0,08=8%. Для многих применений этот уровень приемлем, в противном случае нужно применять дополнительную фильтрацию. При минимальном

Figure 00000012
The total level of the third harmonic will be 0.08 = 8%. For many applications, this level is acceptable; otherwise, additional filtering must be applied. At minimum
Figure 00000012

Кратность токов

Figure 00000013
зависит от τ и составляет при τ=Т/2-π/2=1,5 а при τ=Т/4-2,2. В силу свойств предложенной колебательной цепи уровень выходного напряжения не зависит от изменения сопротивления нагрузки от номинального до холостого хода и определяется средним уровнем напряжения на входе инвертора (если его выпрямить).Multiplicity of currents
Figure 00000013
depends on τ and is at τ = T / 2-π / 2 = 1.5 and at τ = T / 4-2.2. Due to the properties of the proposed oscillatory circuit, the level of the output voltage does not depend on the change in load resistance from nominal to idle and is determined by the average voltage level at the inverter input (if rectified).

Таким образом, добавление одной емкости С2, использование трансформатора как элемента колебательной цепи, выбор предложенных значений добротности звеньев этой цепи, предложенного устройства управления является существенным признаком и позволяет достичь цели изобретения. Новизна заключается в том, что впервые в преобразователях напряжения использован фильтр высокого порядка с указанными параметрами, а также новое устройство управления, фиг.3, 4.Thus, the addition of a single capacitance C 2 , the use of a transformer as an element of the oscillating circuit, the selection of the proposed values of the quality factor of the links of this circuit, the proposed control device is an essential sign and allows to achieve the purpose of the invention. The novelty lies in the fact that for the first time in voltage converters a high-order filter with the specified parameters was used, as well as a new control device, Figs. 3, 4.

Устройство управления резонансным преобразователем постоянного напряжения в постоянное и переменное по варианту 2 фиг.5 содержит микроконтроллер UC 3825 с навесными элементами, соответствующими заданной частоте переключения инвертора и «мертвому времени» (RC-цепочка, подключенная к входам 5, 6, 7 UC), мягкому запуску (емкость на входе 8 UC), длительности импульсов на выходах 11, 14 UC, равной

Figure 00000014
(делитель напряжения на входах 2, 16 UC), 2 D-триггера T1, T2, D-входы которых заземлены, S-входы - через логические элементы НЕ 3, 4 подключены к выходам 11, 14 UC, интегратор 5, вход которого через элемент 2 ИЛИ 6 подключен к выходам 11, 14 UC, инвертирующий усилитель 7, вход которого подключен к интегратору 5, компаратор 8, прямой вход которого подключен к выходу усилителя 7, а инверсный - к делителю напряжения, регулирующему выходное напряжение преобразователя, две логические схемы 2И 9, 10, подключенные одними входами к выходу компаратора 8, а другие входы подключены к выходам триггеров T1, T2 соответственно, прямые выходы триггеров T1, T2 через драйверы подключены к входам нерегулируемых вентилей 2, 5 преобразователя, фиг.1, 2, а выходы элементов 9, 10 подключены к входам регулируемых вентилей 3, 4.The control device of the resonant DC-DC to AC and DC converter according to option 2 of figure 5 contains a UC 3825 microcontroller with attachments corresponding to a given inverter switching frequency and "dead time" (RC circuit connected to inputs 5, 6, 7 of UC), soft start (capacitance at input 8 UC), pulse duration at outputs 11, 14 UC equal to
Figure 00000014
(voltage divider at inputs 2, 16 UC), 2 D-flip-flops T1, T2, D-inputs of which are grounded, S-inputs - through logic elements NOT 3, 4 connected to outputs 11, 14 UC, integrator 5, whose input is through element 2 OR 6 is connected to the outputs 11, 14 of the UC, the inverting amplifier 7, the input of which is connected to the integrator 5, the comparator 8, the direct input of which is connected to the output of the amplifier 7, and the inverse to the voltage divider regulating the output voltage of the converter, two logic circuits 2and 9, 10, connected by one input to the output of comparator 8, and other inputs connected s to the outputs of the triggers T1, T2, respectively, the direct outputs of the triggers T1, T2 through the drivers are connected to the inputs of the unregulated gates 2, 5 of the converter, FIGS. 1, 2, and the outputs of the elements 9, 10 are connected to the inputs of the adjustable gates 3, 4.

Принцип действия резонансного преобразователя по варианту 2 поясняется временными диаграммами фиг.7. Микроконтроллер формирует на выходе 4 UC импульсы, соответствующие «мертвому времени», а на выходах 11, 14 UC-импульсы, длительность которых равна четверти периода резонансной частоты, с частотой переключения инвертора. Эти импульсы поступают на входы S и С триггеров, в результате на выходах триггеров T1, T2 формируются импульсы фиг.7а), b) длительностью, равной половине периода резонансной частоты, которые через драйверы управляют нерегулируемыми вентилями 2, 5 инвертора (фиг.1, 2). Импульсы с выходов 11, 14 UC запускают интегратор 5, в результате на выходе интегратора формируется симметричное двухскатное пилообразное напряжение, которое после инвертирования усилителем 7 имеет форму фиг.7с). Это напряжение на компараторе 8 сравнивается с опорным Uрег, и в результате на выходе компаратора образуются импульсы длительностью τ, которые после логического умножения с выходным импульсами триггеров T1, T2 формируют импульсы фиг.7d), e), центрированные с импульсами фиг.7а), b), и через драйверы, управляющие регулируемыми вентилями 3, 4 инвертора, фиг.1, 2. В результате на выходе инвертора формируется импульсное напряжение типа меандра, фиг.7g), импульсы которого длительностью τ центрированы относительно моментов переключения инвертора и «мертвого времени». Первая гармоника этого напряжения (косинусоида) также центрирована относительно тех же моментов при любой длительности импульсов. В силу свойств колебательной цепи ток на входе колебательной цепи и напряжение на ее выходе имеют также форму косинусоиды и то же местоположение, фиг.7g) -Uвых, I. Ток протекает либо через включенные вентили (2-4, 3-5), либо через включенные нерегулируемые вентили 2, 5 и обратные диоды этих же вентилей

Figure 00000015
,
Figure 00000016
Figure 00000017
фиг.7g), то есть ток не прерывается.The principle of operation of the resonant Converter according to option 2 is illustrated by the timing diagrams of Fig.7. The microcontroller generates at the output 4 UC pulses corresponding to "dead time", and at the outputs 11, 14 UC pulses, the duration of which is equal to a quarter of the period of the resonant frequency, with the switching frequency of the inverter. These pulses are fed to the inputs S and C of the triggers, as a result, the pulses of Figs.7a), b) of duration equal to half the period of the resonant frequency, which through the drivers control the unregulated valves 2, 5 of the inverter are generated at the outputs of the triggers T1, T2 (Fig. 1, 2). The pulses from the outputs 11, 14 of the UC start the integrator 5, as a result, a symmetrical gable sawtooth voltage is generated at the output of the integrator, which after inversion by the amplifier 7 has the form of FIG. 7c). This voltage on the comparator 8 is compared with the reference U reg , and as a result, pulses of duration τ are formed at the output of the comparator, which, after logical multiplication with the output pulses of the triggers T1, T2, form the pulses of fig.7d), e), centered with the pulses of fig.7a) , b), and through the drivers controlling the adjustable valves 3, 4 of the inverter, Figs. 1, 2. As a result, an impulse voltage of the meander type is generated at the inverter output, Fig. 7g), the pulses of which are of duration τ are centered relative to the switching moments of the inverter and “dead” time. " The first harmonic of this voltage (cosine) is also centered relative to the same moments for any pulse duration. By properties oscillatory circuit current in the oscillating circuit at its input and output voltage are also a cosine wave form and the same location, 7G) -U O, I. current flows either through the included valves (2-4, 3-5), or through the included unregulated valves 2, 5 and the reverse diodes of the same valves
Figure 00000015
,
Figure 00000016
Figure 00000017
Fig.7g), that is, the current is not interrupted.

Таким образом, на выходе преобразователя всегда имеем переменное напряжение гармонической формы, амплитуда которого не зависит от сопротивления нагрузки (коэффициент передачи колебательной цепи на резонансной частоте равен 1), ток через инверторы также гармонический, отношение токов

Figure 00000018
«мертвое время» находится всегда в нуле тока, а содержание третьей гармоники (определено выше) составляет 1,6% относительно первой. Область регулировки - весь полупериод
Figure 00000019
.Thus, at the output of the converter we always have an alternating voltage of a harmonic shape, the amplitude of which does not depend on the load resistance (the transmission coefficient of the oscillating circuit at the resonant frequency is 1), the current through the inverters is also harmonic, the current ratio
Figure 00000018
“Dead time” is always at zero current, and the content of the third harmonic (as defined above) is 1.6% relative to the first. Adjustment area - the whole half-cycle
Figure 00000019
.

На фиг.8 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип действия управляющего устройства UC 3875, управляющего, например, преобразователем, фиг.1.On Fig presents time diagrams explaining the principle of operation of the control device UC 3875, controlling, for example, the Converter, figure 1.

На выходах UC формируются импульсные сигналы фиг.8а), управляющие левым плечом 2, 3 инвертора. Длительность импульсов составляет половину периода резонансной частоты, а сдвиг по фазе между импульсами вентилей в итоге составляет половину периода резонансной частоты плюс «мертвое время». Таким образом включенные состояния вентилей 2, 3 в плече разделены «мертвым временем».At the outputs UC, pulse signals of FIG. 8a) are generated that control the left arm 2, 3 of the inverter. The duration of the pulses is half the period of the resonant frequency, and the phase shift between the pulses of the valves in the end is half the period of the resonant frequency plus "dead time". Thus, the included states of the valves 2, 3 in the shoulder are separated by "dead time".

Такие же сигналы поступают на вентили правого плеча (фиг.8b).The same signals are applied to the valves of the right shoulder (Fig.8b).

Регулировка уровня выходного напряжения осуществляется путем изменения сдвига фаз между импульсными сигналами плеч. При этом изменяется время подключения нагрузочной цепи к источнику питания, соответствующее импульсным сигналам фиг.8с). На выходе инвертора имеем напряжение типа меандра, фиг.8е).The output voltage level is adjusted by changing the phase shift between the pulse signals of the shoulders. In this case, the connection time of the load circuit to the power source corresponding to the pulse signals of Fig. 8c) is changed. At the inverter output, we have a meander type voltage, Fig. 8f).

Особенности этой системы управления в том, что при отключении вентилей 2, 3 (фиг.8с) ток колебательной цепи не прерывается, так как в это время вход ее замыкается вентилями 5-3 и 4-2, и колебательная цепь переходит в режим свободных колебаний.The features of this control system are that when the valves 2, 3 (Fig. 8c) are turned off, the current of the oscillatory circuit does not interrupt, since at this time its input is closed by valves 5-3 and 4-2, and the oscillatory circuit goes into free oscillation mode .

Из фиг.8d) видно, что «мертвое время» врезается в область токов, и показано, что может произойти при этом: паразитные колебания и искажение формы импульса. Основной же недостаток этого устройства управления заключается в том, что указанная длительность импульсов достигается путем трех регулировок: изменением частоты переключения и изменением «мертвого времени» двух плеч инвертора (RC-цепочки).Fig. 8d) shows that the "dead time" crashes into the current region, and it is shown what can happen in this case: spurious oscillations and distortion of the pulse shape. The main disadvantage of this control device is that the indicated pulse duration is achieved by three adjustments: a change in the switching frequency and a change in the "dead time" of the two shoulders of the inverter (RC circuit).

На фиг.6 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип действия преобразователя, патент №2335841 RU.Figure 6 presents the timing diagrams explaining the principle of operation of the Converter, patent No. 2355841 RU.

Рассмотрен случай пониженного напряжения источника питания En≈Uвых и два режима работы: режим малой мощности, когда длительность импульсов регулируемых вентилей малая, и режим большой мощности, когда длительность этих импульсов большая. Согласно способу управления вентили 2, 5 - регулируемые, а вентили 3, 4 - нерегулируемые, с длительностью импульса, равной половине периода частоты переключения, частота контура в 2 раза больше частоты переключения инвертора.The case of low power supply voltage E n ≈U O and two modes of operation: low power, when the duration of pulses of regulated valves small mode and high power mode, when the duration of these pulses is large. According to the control method, valves 2, 5 are adjustable, and valves 3, 4 are unregulated, with a pulse duration equal to half the period of the switching frequency, the loop frequency is 2 times the switching frequency of the inverter.

Имеем 4 цикла: время t1 перезаряд емкости С контура и заряд индуктивности L. Этот цикл составляет

Figure 00000020
периода, и при этом ток в нагрузку не поступает; t2 - ток постоянный, поддерживается непосредственно источником питания и поступает в нагрузку; t3 - разряд индуктивности на нагрузку; t4 - отсутствие тока до начала следующих циклов.We have 4 cycles: the time t 1 is the recharge of the capacitance C of the circuit and the charge of inductance L. This cycle is
Figure 00000020
period, and while the current does not enter the load; t 2 - constant current, supported directly by the power source and supplied to the load; t 3 - inductance discharge to the load; t 4 - no current until the next cycles.

В режиме большой мощности (при том же напряжении питания) цикл t3 заходит в область следующего полупериода, причем включение «мертвого времени» ничего не дает, так как напряжение источника и выходное напряжение равны. Отсюда следует, что необходимо увеличить период колебаний, то есть уменьшить частоту переключения.In high power mode (at the same supply voltage), the t 3 cycle enters the region of the next half-cycle, and the inclusion of "dead time" does not give anything, since the source voltage and output voltage are equal. It follows that it is necessary to increase the oscillation period, that is, to reduce the switching frequency.

Случай En>Uвых рассмотрен в (патент №2335841, фиг.5), откуда следует, что преобразователь должен иметь серию датчиков и вычислительных устройств, то есть весьма сложную систему управления, что и является его недостатком. Кроме того, сопротивление нагрузки имеет ограничение. Это следует из равенства энергий заряда индуктивности и перезаряда емкости:The case of E n > U o is considered in (patent No. 2335841, figure 5), whence it follows that the converter must have a series of sensors and computing devices, that is, a very complex control system, which is its drawback. In addition, the load resistance has a limitation. This follows from the equality of the inductance charge energies and the capacitance overcharge:

Figure 00000021
откуда имеем
Figure 00000021
where do we have

Figure 00000022
Figure 00000023
Figure 00000022
Figure 00000023

По условиюBy condition

Figure 00000024
Figure 00000025
t4=0;
Figure 00000024
Figure 00000025
t 4 = 0;

Figure 00000026
Figure 00000027
Figure 00000026
Figure 00000027

Figure 00000028
Figure 00000028

При R=Rmax; t2=0:When R = R max ; t 2 = 0:

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

Ограничение сопротивления:Resistance limit:

ρ<R<3ρρ <R <3ρ

Данное техническое решение позволяет повысить КПД преобразователя, повысить надежность, уменьшить габариты, снизить стоимость и затраты на обслуживание, уменьшить время наладки преобразователя, улучшить качества гармонического напряжения,This technical solution allows to increase the efficiency of the converter, increase reliability, reduce dimensions, reduce cost and maintenance costs, reduce the setup time of the converter, improve the quality of harmonic voltage,

Claims (7)

1. Резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное и переменное, содержащий мостовой инвертор на вентилях с обратной проводимостью, подключенный одной диагональю к источнику питания, трансформатор, первичная обмотка которого, последовательно соединенная с индуктивностью L1 и емкостью С1 (образующих последовательный колебательный контур), подключена ко второй диагонали инвертора, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, и фильтр нижних частот (например Г-образное звено), подключенный к выпрямителю, а также устройство управления, отличающийся тем, что первичная обмотка трансформатора шунтирована емкостью С2, которая с индуктивностью трансформатора L2 образует параллельный контур, настроенный на частоту последовательного колебательного контура, большую на 4-5% частоты переключения инвертора.1. The resonant DC-DC to AC and DC converter, containing a bridge inverter on valves with reverse conductivity, connected by one diagonal to a power source, a transformer, the primary winding of which is connected in series with inductance L 1 and capacitance C 1 (forming a series oscillatory circuit), connected to the second diagonal of the inverter, a rectifier connected to the secondary winding of the transformer, and a low-pass filter (for example, L-shaped link) connected to the rectifier, and also a control device, characterized in that the primary winding of the transformer is shunted by a capacitance C 2 , which, with the transformer inductance L 2, forms a parallel circuit tuned to the frequency of the series oscillatory circuit, which is 4-5% higher than the inverter switching frequency. 2. Резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное и переменное по п.1, отличающийся тем, что добротность контуров составляет 1-1,5, а устройство управления содержит микроконтроллер UC 3825 с навесными элементами.2. The resonant DC-DC to AC and DC converter according to claim 1, characterized in that the quality factor of the circuits is 1-1.5, and the control device contains a UC 3825 microcontroller with attachments. 3. Резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное и переменное по п.1 или 2, отличающийся тем, что навесные элементы микроконтроллера соответствуют частоте переключения инвертора, «мертвому времени» и режиму стабилизации выходного напряжения преобразователя, два D-триггера, D-входы которых заземлены, S-входы через логические элементы НЕ подключены к выходам 11, 14 микроконтроллера соответственно, прямые выходы триггеров через драйверы подключены к нерегулируемым вентилям инвертора (нижним или верхним), а выходы 11, 14 микроконтроллера через драйверы подключены к регулируемым вентилям (верхним или нижним).3. The resonant DC-DC to AC and DC converter according to claim 1 or 2, characterized in that the hinged elements of the microcontroller correspond to the inverter switching frequency, "dead time" and the converter output voltage stabilization mode, two D-flip-flops, whose D-inputs are grounded , S-inputs via logic elements are NOT connected to outputs 11, 14 of the microcontroller, respectively, direct outputs of triggers through drivers are connected to unregulated inverter valves (lower or upper), and outputs 11, 14 of micro Through the drivers, the controller is connected to adjustable valves (top or bottom). 4. Резонансный преобразователь постоянного напряжения в постоянное и переменное по п.1 или 2, отличающийся тем, что навесные элементы микроконтроллера соответствуют частоте переключения инвертора, «мертвому времени» и длительности импульсов на выходах 11, 14 микроконтроллера, равной четверти периода резонансной частоты контуров, два D-триггера, S-входы которых через логические элементы НЕ подключены к выходам 11, 14 микроконтроллера, D-входы заземлены, С- входы подключены к выходу 4 микроконтроллера, интегратор, вход которого через элемент 2ИЛИ подключен к выходам 11, 14 микроконтроллера, инвертирующий усилитель, вход которого подключен к выходу интегратора, компаратор, прямой вход которого подключен к выходу усилителя, а инверсный - к регулируемому делителю напряжения, прямые выходы триггеров через драйверы подключены к нерегулируемым вентилям инвертора (верхним или нижним), два элемента 2И, одни входы которых подключены к выходу компаратора, а другие к прямым выходам триггеров соответственно, выходы же элементов 2И через драйверы подключены к регулируемым вентилям инвертора (нижним или верхним).4. The resonant DC-DC to AC and DC converter according to claim 1 or 2, characterized in that the hinged elements of the microcontroller correspond to the inverter switching frequency, "dead time" and the pulse duration at the outputs 11, 14 of the microcontroller, equal to a quarter of the period of the resonant frequency of the circuits, two D-flip-flops, whose S-inputs through logic elements are NOT connected to the outputs 11, 14 of the microcontroller, the D-inputs are grounded, the C-inputs are connected to the output 4 of the microcontroller, an integrator whose input is through the element 2 OR connected to the outputs 11, 14 of the microcontroller, an inverting amplifier, the input of which is connected to the output of the integrator, a comparator, the direct input of which is connected to the output of the amplifier, and the inverse to the adjustable voltage divider, the direct outputs of the triggers through the drivers are connected to unregulated valves of the inverter (upper or lower ), two 2I elements, one of whose inputs are connected to the output of the comparator, and the other to the direct outputs of the triggers, respectively, the outputs of the 2I elements are connected via drivers to the adjustable inverter valves (neither him or upper). 5. Способ управления выходным напряжением резонансного преобразователя постоянного напряжения в постоянное и переменное, заключающийся в том, что формируют прямоугольные импульсы с заданной частотой повторения, подают их на входы вентилей мостового инвертора преобразователя и таким образом переключают нагрузочную цепь относительно полюсов источника питания с такой же частотой, причем длительность импульсов, поступающих на первые вентили, подключенные к одному полюсу источника питания, постоянная, а длительность импульсов, поступающих на вентили, подключенные ко второму полюсу, соответствует заданному уровню выходного напряжения преобразователя, отличающийся тем, что формируют импульсы, поступающие на первые вентили, длительностью, равной половине периода колебаний контуров преобразователя и меньше половины периода переключения инвертора на величину минимального «мертвого времени», составляющего стандартную величину (4-5% от полупериода переключения инвертора).5. The method of controlling the output voltage of the resonant DC-DC to AC and DC converter, which consists in the formation of rectangular pulses with a given repetition frequency, feed them to the valve inputs of the bridge inverter of the converter and thus switch the load circuit relative to the poles of the power source with the same frequency moreover, the duration of the pulses arriving at the first valves connected to one pole of the power source is constant, and the duration of the pulses arriving them to the valves connected to the second pole, corresponds to a given level of the output voltage of the Converter, characterized in that they form pulses arriving at the first valves with a duration equal to half the period of oscillation of the circuits of the Converter and less than half the period of switching the inverter by the value of the minimum "dead time", making up the standard value (4-5% of the inverter switching half-period). 6. Способ управления по п.5, отличающийся тем, что передние фронты импульсов, поступающих на те или другие вентили, совпадают.6. The control method according to claim 5, characterized in that the leading edges of the pulses arriving at one or another valve coincide. 7. Способ управления по п.5, отличающийся тем, что центры импульсов, поступающих на те или другие вентили, совпадают. 7. The control method according to claim 5, characterized in that the centers of the pulses arriving at one or another valve coincide.
RU2011112559/07A 2011-04-01 2011-04-01 Resonant converter of dc voltage into dc and ac and method to control its output voltage RU2459342C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112559/07A RU2459342C1 (en) 2011-04-01 2011-04-01 Resonant converter of dc voltage into dc and ac and method to control its output voltage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112559/07A RU2459342C1 (en) 2011-04-01 2011-04-01 Resonant converter of dc voltage into dc and ac and method to control its output voltage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2459342C1 true RU2459342C1 (en) 2012-08-20

Family

ID=46936839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011112559/07A RU2459342C1 (en) 2011-04-01 2011-04-01 Resonant converter of dc voltage into dc and ac and method to control its output voltage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2459342C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565588C1 (en) * 2014-08-12 2015-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Резонвер" Output current regulation method for welding arc resonant-mode power supply
RU2675726C1 (en) * 2018-04-03 2018-12-24 Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт" Voltage converter
RU205720U1 (en) * 2021-04-26 2021-07-30 Ильяс Юсыфович Абдулхаков Resonant voltage converter
RU211428U1 (en) * 2022-04-14 2022-06-06 Акционерное Общество "Центр Новых Технологий Электро Энергетики" (АО "ЦНТЭЭ") RESONANT BRIDGE VOLTAGE CONVERTER

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140126C1 (en) * 1993-01-25 1999-10-20 Линдмарк Электрик АБ Power unit with series-resonance self- oscillating transducer
WO2006079985A2 (en) * 2005-01-28 2006-08-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Modular power supply for x-ray tubes and method thereof
RU2335841C1 (en) * 2007-08-10 2008-10-10 Георгий Маркович Мустафа High-voltage dc voltage converter with filter-compensating circuit and method of controlling its output power

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140126C1 (en) * 1993-01-25 1999-10-20 Линдмарк Электрик АБ Power unit with series-resonance self- oscillating transducer
WO2006079985A2 (en) * 2005-01-28 2006-08-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Modular power supply for x-ray tubes and method thereof
RU2335841C1 (en) * 2007-08-10 2008-10-10 Георгий Маркович Мустафа High-voltage dc voltage converter with filter-compensating circuit and method of controlling its output power

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2565588C1 (en) * 2014-08-12 2015-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Резонвер" Output current regulation method for welding arc resonant-mode power supply
RU2675726C1 (en) * 2018-04-03 2018-12-24 Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт" Voltage converter
RU205720U1 (en) * 2021-04-26 2021-07-30 Ильяс Юсыфович Абдулхаков Resonant voltage converter
RU211428U1 (en) * 2022-04-14 2022-06-06 Акционерное Общество "Центр Новых Технологий Электро Энергетики" (АО "ЦНТЭЭ") RESONANT BRIDGE VOLTAGE CONVERTER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2573904B1 (en) Large signal voltage controlled oscillator
US10263528B2 (en) Resonant converter with adaptive switching frequency and the method thereof
US11063523B2 (en) DC/DC converter and control method thereof
US20130242616A1 (en) Power inverter for feeding electric energy from a dc power generator into an ac grid with two power lines
AU2015100179A4 (en) A battery charger with power factor correction
US9184664B2 (en) Semiconductor device provided with switching power supply device with intermittent oscillation control
CN109245593A (en) Control circuit and method suitable for two-way DC converter
CN111446860A (en) DC/DC converter and control method thereof
CN102044972A (en) Control device for resonant converters
Fnato et al. Wireless power distribution with capacitive coupling excited by switched mode active negative capacitor
US20140103863A1 (en) Charging device and method for charging an electrical energy store
US9467048B2 (en) Voltage generator
EP3192168B1 (en) Wien bridge oscillator circuit
EP2985846A1 (en) Wireless power transmission
CA2847979A1 (en) Dc/dc converters
RU2459342C1 (en) Resonant converter of dc voltage into dc and ac and method to control its output voltage
Alhamroun et al. Comparison of two and four switches inverter feeding series resonant converter
CN104682712A (en) SCC (single-channel controller) structure applied to current source type LCL (lower control limit) high-frequency resonant converter
TW200832878A (en) Slope compensation method of power converting circuit used in peak value current control mode and circuit thereof
RU2510871C1 (en) Method for dc voltage pulse conversion and device for its implementation
CN203376661U (en) Constant-voltage drive
WO2016132471A1 (en) Power conversion device and initial charging method therefor
RU2453030C1 (en) Transformerless power supply
RU2570569C1 (en) Universal power supply source
Lv et al. Development of current-fed ICPT system with quasi sliding mode control

Legal Events

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

Effective date: 20130402