RU2510864C1 - Bridge voltage converter - Google Patents
Bridge voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510864C1 RU2510864C1 RU2012152826/07A RU2012152826A RU2510864C1 RU 2510864 C1 RU2510864 C1 RU 2510864C1 RU 2012152826/07 A RU2012152826/07 A RU 2012152826/07A RU 2012152826 A RU2012152826 A RU 2012152826A RU 2510864 C1 RU2510864 C1 RU 2510864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- circuit
- transistor
- power
- inductor
- bridge
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к силовой преобразовательной технике и является устройством, реализующим энергетически-эффективный импульсный способ регулирования мощности, передаваемой в нагрузку.The proposed device relates to power conversion technology and is a device that implements an energy-efficient pulsed method of regulating the power transmitted to the load.
Двухтактный мостовой преобразователь напряжения, рассматриваемый в качестве прототипа [1, стр. 255, рис. 13], содержит транзисторы (силовые управляемые ключи), образующие транзисторный мост, и двухполюсник нагрузки транзисторного моста.A two-stroke bridge voltage converter, considered as a prototype [1, p. 255, Fig. 13], contains transistors (power controlled keys) forming a transistor bridge, and a bipolar load transistor bridge.
Первый и второй силовые транзисторы соединены последовательно и образуют первую транзисторную цепь, включенную между первой и второй шинами питания. Транзисторы управляются первой последовательностью парафазных сигналов [1, стр. 255, рис.15: ОutA, OutB].The first and second power transistors are connected in series and form a first transistor circuit connected between the first and second power buses. Transistors are controlled by the first sequence of paraphase signals [1, p. 255, Fig. 15: Out A , Out B ].
Третий и четвертый силовые транзисторы, соединенные последовательно, образуют вторую транзисторную цепь, включенную между указанными шинами питания. Транзисторы управляются второй последовательностью парафазных сигналов, которая сдвинута по времени относительно первой последовательности [1, стр. 255, рис.15: OutC, OutD]. Регулированием сдвига по времени между первой и второй последовательностями парафазных сигналов обеспечивается регулирование потока энергии, передаваемого в нагрузку.The third and fourth power transistors connected in series form a second transistor circuit connected between these power buses. The transistors are controlled by a second sequence of paraphase signals, which is shifted in time relative to the first sequence [1, p. 255, Fig. 15: Out C , Out D ]. By controlling the time shift between the first and second sequences of paraphase signals, the flow of energy transmitted to the load is regulated.
Средние точки первой и второй транзисторных цепей являются соответственно первым и вторым выводами выходной цепи транзисторного моста и с ними соединены первый и второй выводы двухполюсника нагрузки транзисторного моста.The midpoints of the first and second transistor circuits are respectively the first and second terminals of the output circuit of the transistor bridge, and the first and second terminals of the bipolar load of the transistor bridge are connected to them.
В устройстве, рассматриваемом в качестве прототипа, двухполюсник нагрузки транзисторного моста выполнен в виде обмотки дросселя и первичной обмотки трансформатора, которые соединены последовательно. Первичная обмотка трансформатора связана магнитно с цепью приеника энергии, преобразуемой устройством, т.е. с цепью нагрузки преобразователя. Магнитная связь первичной обмотки трансформатора с цепью нагрузки преобразователя обеспечивается тем, что нагрузка гальванически связана с вторичными обмотками трансформатора через выходной LC-фильтр и вентильные элементы выпрямителя [1, стр. 255, рис. 13].In the device, considered as a prototype, the bipolar load of the transistor bridge is made in the form of a winding of the inductor and the primary winding of the transformer, which are connected in series. The primary winding of the transformer is magnetically connected to the circuit of energy prigen converted by the device, i.e. with converter load circuit. The magnetic connection of the transformer primary winding with the converter load circuit is ensured by the fact that the load is galvanically connected to the transformer secondary windings through the LC output filter and rectifier valve elements [1, p. 255, Fig. 13].
В известной схеме энергия, которая в каждом цикле запасается в дросселе, присутствующем в двухполюснике нагрузки транзисторной мостовой схемы, используется для того, чтобы до момента поступления очередного отпирающего сигнала во входную цепь транзистора обеспечить его переход в состояние инверсной проводимости. Тем самым снижаются практически до нуля коммутационные потери в транзисторе при отпирании, связанные с выделением энергии в его выходной цепи, которая запасена в емкостях этого полупроводникового прибора. Этот способ коммутации, получивший название "Zero Voltage Switch - ZVS" (переключение при нулевом напряжении), можно реализовать только при условии, если энергия, запасенная в магнитном накопителе, больше той, которую необходимо вывести из екости прибора, разрядив до нуля этот емкостной накопитель [1, стр.258-260].In the well-known circuit, the energy that is stored in each inductor in each choke present in the bipolar load of the transistor bridge circuit is used to ensure that it switches to the inverse conduction state until the next trigger signal arrives at the input circuit of the transistor. This reduces the switching losses in the transistor during unlocking to almost zero, associated with the release of energy in its output circuit, which is stored in the capacities of this semiconductor device. This switching method, called "Zero Voltage Switch - ZVS" (switching at zero voltage), can be realized only if the energy stored in the magnetic drive is greater than that which needs to be removed from the device’s capacitance, discharging this capacitive storage to zero [1, p. 258-260].
Энергия в емкостном накопителе определяется величиной напряжения, до которого он заряжен (в рассматриваемой схеме оно равно напряжению питания). Энергия, запасаемая в магнитном накопителе, определяется током его обмотки. Поэтому при снижении выходной мощности, когда этот ток уменьшается, а также при возрастании напряжения питания, когда увеличивается энергия емкостных накопителей, магнитная энергия оказывается недостаточной для реализации режима ZVS.The energy in a capacitive storage is determined by the voltage to which it is charged (in the circuit under consideration, it is equal to the supply voltage). The energy stored in the magnetic storage is determined by the current of its winding. Therefore, when the output power decreases, when this current decreases, and also when the supply voltage increases, when the energy of capacitive storage increases, the magnetic energy is insufficient to implement the ZVS mode.
Индуктивный характер проводимости цепи, которая включена между средними точками первой и второй транзисторных цепей, способствует быстрому нарастанию напряжения на транзисторе в процессе его запирании и, как следствие, возникновению значительных коммутационных потерь.The inductive nature of the conductivity of the circuit, which is included between the midpoints of the first and second transistor circuits, contributes to a rapid increase in the voltage on the transistor during its locking and, as a result, to the occurrence of significant switching losses.
Высокие коммутационные потери в транзисторах снижают надежность их работы и, соответственно, надежность устройства в целом, а также понижают эффективность преобразования электрической энергии.High switching losses in transistors reduce the reliability of their operation and, accordingly, the reliability of the device as a whole, as well as reduce the efficiency of electric energy conversion.
Целью предложения, содержащегося в данной заявке, является повышение энергетической эффективности и надежности устройства.The aim of the proposal contained in this application is to increase the energy efficiency and reliability of the device.
Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1, а диаграммы изменения во времени импульсных сигналов управления транзисторами этого устройства изображены на фиг. 2.The proposed device is presented in FIG. 1, and diagrams of the time variation of the pulse transistor control signals of this device are shown in FIG. 2.
Существенные признаки предлагаемого устройства, совпадающие с аналогичными признаками прототипа, состоят в том, что:The essential features of the proposed device, coinciding with similar features of the prototype, are that:
- Силовые транзисторы 1, 2, 3 и 4 образуют транзисторный мост.-
- Шины питания 5 и 6 подключены к источнику энергии 7, преобразуемой предлагаемым устройством. Этим источником создается напряжение между щинами питания.-
- Первый силовой транзистор 1 и второй силовой транзистор 2, соединенные последовательно, образуют первую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания.- The
- Третий силовой транзистор 3 и четвертый силовой транзистор 4, соединенные последовательно, образуют вторую транзисторную цепь, которая включена между шинами питания.- The
- Средние точки первой и второй транзисторных цепей являются соответственно первым и вторым выводами выходной цепи транзисторного моста.- The midpoints of the first and second transistor circuits are respectively the first and second terminals of the output circuit of the transistor bridge.
- К выходной цепи транзисторного моста подключен двухполюсник 8 нагрузки транзисторного моста. Первый и второй выводы выходной цепи транзисторного моста соединены соответственно с первым и вторым выводами 9 и 10 двухполюсника 8.- A bipolar 8 load transistor bridge is connected to the output circuit of the transistor bridge. The first and second terminals of the output circuit of the transistor bridge are connected respectively to the first and
- Силовые транзисторы 1 и 2 управляются первой последовательностью двух парафазных импульсных сигналов, которые на фиг. 2 представлены как UA и UB соответственно.-
Они сдвинуты по времени относительно друг друга на половину периода и одинаковы по длительности, которая близка к половине периода.They are shifted in time relative to each other by half the period and the same in duration, which is close to half the period.
- Силовые транзисторы 3 и 4 управляются второй последовательностью двух парафазных импульсных сигналов, которые на фиг. 2 представлены как UС и UD соответственно. Они сдвинуты по времени относительно друг друга на половину периода и одинаковы по длительности, которая близка к половине периода.-
- Вторая последовательность импульсных сигналов сдвинута по времени (задержана) относительно первой последовательности, как показано на фиг. 2. Благодаря изменению времени задержки, в каждом такте работы изменяется длительность подключения двухполюсника 8 нагрузки транзисторного моста к источнику питания 7.- The second sequence of pulse signals is time shifted (delayed) relative to the first sequence, as shown in FIG. 2. Due to the change in the delay time, in each operation cycle, the duration of connecting the two-
Существенные отличительные признаки предлагаемого устройства состоят в том, что:Salient features of the proposed device are that:
- В устройство введены дополнительно дроссели 11 и 12, первый и второй конденсаторы 13 и 14, а также первая диодная цепь, содержащие диоды 15 и 16, и вторая диодная цепь, содержащая диоды 17 и 18.- The
- Первый вывод обмотки первого дросселя 11 непосредственно соединен с первым выводом выходной цепи транзисторного моста, а второй вывод обмотки дросселя 11 подключен к одной из шин питания (например, к шине 6) через конденсатор 13. Кроме того, второй вывод обмотки дросселя 11 подключен к шинам 5 и 6 через соответственно первый и второй диоды 15 и 16 первой диодной цепи.- The first terminal of the winding of the
- Первый вывод обмотки второго дросселя 12 непосредственно соединен с первым выводом выходной цепи транзисторного моста, а второй вывод обмотки дросселя 12 подключен к одной из шин питания (например, к шине 6) через конденсатор 14. Кроме того, второй вывод обмотки дросселя 12 подключен к шинам 5 и 6 через соответственно первый и второй диоды 17 и 18 второй диодной цепи.- The first terminal of the winding of the
- Конкретное выполнение (топология) двухполюсника 8 не является существенным признаком. Функция, которую выполняет двухполюсник 8, состоит в передаче энергии, поступающей в него при подключении выводов к шинам питания через транзисторы мостовой схемы, потребителю преобразуемой энергии, т.е. в нагрузку преобразователя. В простейшем варианте схемы, изображенном на фиг.1, двухполюсник 8 представлен в виде нагрузки 19.- The specific implementation (topology) of the two-
На фиг. 3 приведен вариант схемы предлагаемого устройства, который отличается от варианта схемы на фиг. 1 тем, что введена дополнительная конденсаторная цепь 20, которая включена между первым и вторым выводами выходной цепи транзисторного моста. В варианте схемы, приведенном на фиг. 3, дополнительная конденсаторная цепь 20 содержит один конденсатор 21, включенный между первым и вторым выводами выходной цепи транзисторного моста.In FIG. 3 shows a variant of the circuit of the proposed device, which differs from the variant of the circuit in FIG. 1 in that an
На фиг. 4 приведен вариант схемы предлагаемого устройства, который отличается от вариантов схемы на фиг. 1 и 3 тем, что дополнительная конденсаторная цепь 20 выполнена в виде первого, второго, третьего и четвертого конденсаторов 22, 23, 24 и 25. Они шунтируют выходные цепи соответственно первого, второго, третьего и четвертого силовых транзисторов 1, 2, 3 и 4.In FIG. 4 shows a variant of the circuit of the proposed device, which differs from the variants of the circuit in FIG. 1 and 3 in that the
В устройстве на фиг. 4 двухполюсник 8 представлен в виде цепи, содержащей соединенные последовательно обмотку дросселя 26 и первичную обмотку 27 трансформатора 28. Вторичная обмотка 29 этого трансформатора связана гальванически с нагрузкой преобразователя.In the device of FIG. 4, the two-
Конкретной выполнение этой связи не показано на фиг. 4, поскольку не является существенным признаком. В частности, например, связь вторичной обмотки 29 трансформатора 28 с нагрузкой преобразователя может быть выполнена подобно тому, как в устройстве, принятом за прототип.A specific implementation of this relationship is not shown in FIG. 4, since it is not an essential sign. In particular, for example, the connection of the
Цели технического решения, предлагаемого в данной заявке, достигаются благодаря взаимодействию существенных известных и отличительных признаков устройства.The objectives of the technical solution proposed in this application are achieved through the interaction of significant known and distinctive features of the device.
В первой части первых (нечетных) тактов работы устройства под действием сигналов управления UA и UD (фиг. 2) в состоянии высокой проводимости находятся первый и четвертый транзисторы 1 и 4 мостовой схемы. Через транзистор 1 к шине питания 5, которая находится под положительным потенциалом по отношению к шине 6, создаваемым источником питания 7, подключен первый вывод 9 двухполюсника 8. Через транзистор 4 к шине питания 6 подключен второй вывод 10 двухполюсника 8. Соответственно в первой части первых (нечетных) тактов работы устройства к выводам 9 и 10 двухполюсника 8 оказывается приложенным напряжение положительной полярности. Его абсолютное значение равно напряжению источника питания 7.In the first part of the first (odd) clock cycles of the device under the influence of control signals U A and U D (Fig. 2), the first and
Во второй части первых (нечетных) тактов работы устройства под действием сигналов управления UA и UC (фиг. 2) в состоянии высокой проводимости находятся первый и третий транзисторы 1 и 3 мостовой схемы. Через транзистор 1 к шине питания 5 оказывается подключенным вывод 9 двухполюсника 8, а через транзистор 3 - вывод 10. Из-за высокой проводимости транзисторов 1 и 3 цепь между выводами 9 и 10 оказывается закороченной, что означает равенство нулю напряжения между этими выводами.In the second part of the first (odd) clock cycles of the device under the influence of control signals U A and U C (Fig. 2), the first and
В первой части вторых (четных) тактов работы устройства под действием сигналов управления UB и UC (фиг. 2) в состоянии высокой проводимости находятся второй и третий транзисторы 2 и 3 мостовой схемы. Через транзистор 3 к шине питания 5, которая находится под положительным потенциалом по отношению к шине 6, создаваемым источником питания 7, подключен второй вывод 10 двухполюсника 8. Через транзистор 2 к шине питания 6 подключен первый вывод 9 двухполюсника 8. Соответственно в первой части вторых (четных) тактов работы устройства к выводам 9 и 10 двухполюсника 8 оказывается приложенным напряжение отрицательной полярности. Его абсолютное значение равно напряжению источника питания 7.In the first part of the second (even) clock cycles of the device under the influence of control signals U B and U C (Fig. 2), the second and
Во второй части первых (нечетных) тактов работы устройства под действием сигналов управления UA и UD (фиг. 2) в состоянии высокой проводимости находятся второй и четвертый транзисторы 2 и 4 мостовой схемы. Через транзистор 2 к шине питания 6 оказывается подключенным вывод 9 двухполюсника 8, а через транзистор 4 - вывод 10. Из-за высокой проводимости транзисторов 2 и 4 цепь между выводами 9 и 10 оказывается закороченной, что означает равенство нулю напряжения между этими выводами.In the second part of the first (odd) clock cycles of the device under the influence of control signals U A and U D (Fig. 2), the second and
Таким образом, если пренебречь короткими интервалами коммутационных процессов в транзисторах мостовой схемы, напряжение между выводами 9 и 10 двухполюсника 8 представляется в виде последовательности прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности, амплитуда которых равна напряжению питания. Импульсы чередующейся полярности разделены интервалами, во время которых напряжение между выводами 9 и 10 двухполюсника 8 равно нулю.Thus, if we neglect the short intervals of the switching processes in the transistors of the bridge circuit, the voltage between the
Путем регулирования времени задержки между первой последовательностью парафазных импульсных сигналов (UA и UB на фиг. 2) и второй последовательностью (UC и UD) обеспечивается изменение длительности двуполярных импульсов напряжения между выводами 9 и 10 двухполюсника 8. Тем самым изменяется мощность, подводимая к двухполюснику 8, которая с его помощью передается в нагрузку преобразователя.By adjusting the delay time between the first sequence of paraphase pulse signals (U A and U B in Fig. 2) and the second sequence (U C and U D ), a change in the duration of bipolar voltage pulses is provided between the
Алгоритм управления транзисторами мостовой схемы таков, что в первой транзисторной цепи, образованной соединенными последовательно первым и вторым транзисторами 1 и 2, одинаковы длительности состояния проводимости первого и второго транзисторов, близкие к половине периода работы. Мгновенное значение потенциала общей точки этих транзисторов, являющейся первым выводом выходной цепи транзисторной мостовой схемы, равно напряжению питания, когда в состоянии проводимости находится транзистор 1, и равно нулю, когда в состоянии проводимости находится транзистор 2.The bridge transistor control algorithm is such that in the first transistor circuit formed in series by the first and
При отпирании первого силового транзистора 1 заряжается конденсатор 14. Заряд конденсатора 14 осуществляется током обмотки дросселя 11, а сам процесс заряда имеет колебательный характер. При этом в момент, когда напряжение на конденсаторе 14 достигнет уровня напряжения питания, равного Е, ток обмотки дросселя дорастет до амплитудного значения. Его величина определяется параметрами резонансной LС-цепи, образованной дросселем 11 и конденсатором 13. Амплитудное значение тока резонансной LС-цепи пропорционально напряжению питания Е.When unlocking the
После того как напряжение на конденсаторе 13 незначительно превысит уровень напряжения питания, отпирается диод 15. При этом ток обмотки дросселя 11 начинает циркулировать по короткозамкнутому контуру. Он образован диодом 26 и выходной цепью первого транзистора 1, которая находится в состоянии высокой проводимости под действием управляющего сигнала. Поэтому дальнейший рост тока резонансной LС-цепи не происходит, и значение этого тока, достигнутое к моменту отпирания диода 15, действительно является амплитудным значением тока обмотки дросселя 11 резонансной LС-цепи. Благодаря незначительности потерь энергии в короткозамкнутом контуре, циркуляция тока обмотки дросселя 11 практически без снижения его величины происходит до конца интервала высокой проводимости выходной цепи транзистора 1.After the voltage across the
После запирания транзистора 1 сигналом управления UA происходит быстрое понижение потенциала первого вывода мостовой транзисторной схемы, к которому подключен вывод 9 двухполюсника 8. Понижение потенциала обеспечивается благодаря перезаряду емкостей силовых транзисторов 1 и 2. Перезаряд осуществляется током обмотки дросселя 11. Если имеется магнитный накопитель энергии в двухполюснике 8, как это имеет место в варианте схемы, представленной на фиг. 4, то перезаряд емкостей силовых транзисторов осуществляется суммарным током. Он включает в себя как ток обмотки дросселя 11, так и ток, который циркулирует в двухполюснике 8 и обусловлен энергией, запасенной в магнитном накопителе этого двухполюсника.After the
Снижение потенциала первого вывода мостовой транзисторной схемы завершается переходом второго транзистора 2 в режим инверсной проводимости. Это происходит до поступления отпирающего сигнала UB во входную цепь транзистора 2. Тем самым отпирание этого транзистора осуществляется в режиме ZVS.The decrease in the potential of the first output of the bridge transistor circuit is completed by the transition of the second transistor 2 to the inverse conduction mode. This occurs before the trigger signal U B enters the input circuit of transistor 2. Thus, the unlocking of this transistor is carried out in ZVS mode.
После перехода транзистора 2 в состояние высокой проводимости (при этом не имеет значение, каков характер этой проводимости, т.е. является ли она инверсной, или проводимость прямая, и она обусловлена действием сигнала управления UB) обмотка дросселя 11 оказывается включенной между шинами питания 5 и 6. Такое включение обмотки имеет место, пока по обмотке дросселя 11 ток протекает в прежнем направлении, т.е. от первого вывода этой обмотки (он обозначен точкой) к ее второму выводу. При этом первый вывод обмотки дросселя 11 подключен к шине питания 6 через выходную цепь транзистора 2, а второй вывод этой обмотки подключен к шине питания 5 через диод 15, пока ток по нему продолжает протекать в прямом направлении. Этим током в источник питания 7 выводится энергия, запасенная в дросселе 11, а сам спад тока происходит практически линейно во времени. After the transition of the transistor 2 to the high conductivity state (it does not matter what the nature of this conductivity is, i.e. whether it is inverse or direct conductivity, and it is due to the action of the control signal U B ), the inductor winding 11 is turned on between the
Благодаря соответствующему выбору параметров резонансной LC-цепи, образованной дросселем 11 и конденсатором 13, интервал вывода энергии из дросселя 11 в источник питания делается коротким. Этот интервал завершается в начале второго такта спадом до нуля тока обмотки дросселя и запиранием диода 15.Due to the appropriate choice of the parameters of the resonant LC circuit formed by the
После того как запирается диод 15, начинается процесс разряда конденсатора 13 током обмотки дросселя 11. Этот ток замыкается через силовой транзистор 2, а сам процесс имеет колебательный характер. Конденсатор 11 разряжается до нуля в пределах второго такта, что обеспечивается соответствующим выбором параметров резонансной LC-цепи, образованной дросселем 11 и конденсатором 13.After the
Практически сразу после момента, когда конденсатор 13 разряжается до нуля, отпирается диод 16, и ток обмотки дросселя 11 начинает циркулировать по короткозамкнутому контуру, который включает в себя эту обмотку, выходную цепь силового транзистора 2 и диод 16.Almost immediately after the moment when the
Величина тока обмотки дросселя 11 определяется тем фактом, что во время колебательного процесса разряда конденсатора 13 запасенная в нем энергия, которая пропорциональна квадрату величины напряжения питания, практически без потерь передается в дроссель. Таким образом, величина тока, циркулирующего практически без потерь по короткозамкнутому контуру, равна 
где L - индуктивность обмотки дросселя 11, а С - емкость конденсатора 13.where L is the inductance of the winding of the
После запирания транзистора 2 сигналом управления UB происходит быстрое повышение потенциала первого вывода мостовой транзисторной схемы, к которому подключен вывод 9 двухполюсника 8. Повышение потенциала обеспечивается, благодаря перезаряду емкостей силовых транзисторов 1 и 2. Перезаряд осуществляется током обмотки дросселя 11. Если присутствует магнитный накопитель энергии в двухполюснике 8, как это имеет место в варианте схемы, представленной на фиг. 4, то перезаряд емкостей силовых транзисторов осуществляется суммарным током. Он включает в себя ток обмотки дросселя 11 и ток, который циркулирует в двухполюснике 8 и обусловлен энергией, запасенной в магнитном накопителе этого двухполюсника.After the transistor 2 is locked by the control signal U B , the potential of the first output of the bridge transistor circuit is rapidly increased, to which the
Повышение потенциала первого вывода мостовой транзисторной схемы завершается переходом первого транзистора 1 в режим инверсной проводимости. Это происходит до поступления отпирающего сигнала UA во входную цепь транзистора 1. Тем самым отпирание этого транзистора осуществляется в режиме ZVS.The increase in the potential of the first output of the bridge transistor circuit is completed by the transition of the
После перехода транзистора 1 в состояние высокой проводимости (при этом не имеет значение, каков характер этой проводимости, т.е. является ли она инверсной, или проводимость прямая, и она обусловлена действием сигнала управления UA) обмотка дросселя 11 оказывается включенной между шинами питания 5 и 6. Такое включение обмотки имеет место, пока по обмотке дросселя 11 ток протекает в прежнем направлении, т.е. от второго вывода этой обмотки к ее первому выводу. При этом первый вывод обмотки дросселя 11 подключен к шине питания 5 через выходную цепь транзистора 1, а второй вывод этой обмотки подключен к шине питания 6 через диод 16, пока ток по нему продолжает протекать в прямом направлении. Этим током в источник питания 7 выводится энергия, запасенная в дросселе 11, а сам спад тока происходит практически линейно во времени.After the transition of the
Уже отмечалось, что, благодаря соответствующему выбору параметров резонансной LC-цепи, образованной дросселем 11 и конденсатором 13, интервал вывода энергии из дросселя 11 в источник питания краток. Этот интервал завершается в начале второго такта спадом до нуля тока обмотки дросселя и запиранием диода 16.It has already been noted that, due to the appropriate choice of the parameters of the resonant LC circuit formed by the
После того как запирается диод 16, начинается процесс заряда конденсатора 13 током обмотки дросселя 11. Ток заряда замыкается через силовой транзистор 2 и источник питания 7, а сам процесс имеет колебательный характер. Конденсатор 11 заряжается до напряжения питания в пределах второго такта, что обеспечивается соответствующим выбором параметров резонансной LС-цепи, образованной дросселем 11 и конденсатором 13.After the
Практически сразу после момента, когда конденсатор 13 заряжается до напряжения питания, отпирается диод 15, и ток обмотки дросселя 11 начинает циркулировать по короткозамкнутому контуру, который включает в себя эту обмотку, выходную цепь силового транзистора 1 и диод 15.Almost immediately after the moment when the
Величина тока обмотки дросселя 11 определяется тем фактом, что во время колебательного процесса заряда конденсатора 13 запасенная в нем энергия, которая пропорциональна квадрату величины напряжения питания, равна переданной от источника питания 7 в дроссель 11. Таким образом, величина тока, циркулирующего практически без потерь по короткозамкнутому контуру, равна 
где L - индуктивность обмотки дросселя 11, а С - емкость конденсатора 13.where L is the inductance of the winding of the
Далее рассмотренные процессы повторяются во всех последующих циклах работы преобразователя напряжения. Таким образом, уже начиная с первого такта, во всех последующих циклах работы устройства к моменту завершения каждого из тактов в дросселе 11 запасается стандартная порция энергии. При любом уровне питающего напряжения и тока, передаваемого в нагрузку преобразователя, порция энергии, запасаемая в дросселе 11, пропорциональна той энергии, которая должна быть передана в емкостные накопители силовых транзисторов 1 и 2, чтобы обеспечить благоприятный режим их коммутации, т.е. режим ZVS.Further, the considered processes are repeated in all subsequent cycles of the voltage converter. Thus, starting from the first cycle, in all subsequent cycles of the device operation, by the time each of the cycles is completed, a standard portion of energy is stored in the
Выбор параметров резонансной LC-цепи производится так, чтобы порция энергии, запасаемая в дросселе 11, была бы выше того значения, которое должно быть передано в емкостные накопители силовых транзисторов 1 и 2, чтобы обеспечить благоприятный режим их коммутации, т.е. режим ZVS. Соответственно этот режим обеспечивается, начиная с первого цикла работы преобразователя, причем реализация благоприятного режима коммутации силовых транзисторов не зависит от уровня питающего напряжения и тока нагрузки. Таким образом, при использовании рассмотренного технического решения достигается сформулированная выше цель предложения.The parameters of the resonant LC circuit are selected so that the portion of energy stored in the
Процессы коммутации другой пары силовых транзисторов 3 и 4 подобны процессам, рассмотренным применительно к силовым транзисторам 1 и 2. Разница состоит только в том, что в этих процессах участвуют транзисторы другой пары, т.е. 3 и 4, а также дроссель 12, конденсатор 14 и диоды 17, 18.The switching processes of another pair of
Соответствующим выбором параметров первой и второй LC-цепей можно обеспечить любой (достаточно высокий) уровень энергии, запасаемой в дросселях 11 и 12. Это обстоятельство позволяет уменьшить коммутационные потери при запирании транзисторов мостовой схемы путем применения дополнительной конденсаторной цепи 20. Она подключается к выводам выходной цепи транзисторного моста (фиг. 3 и 4). Роль конденсаторной цепи 20 состоит в уменьшении скорости нарастания напряжения на силовых транзисторах в процессе их запирания. Этим обеспечивается "эффект разнесения во времени" спада тока транзистора и нарастания напряжения на нем. Следствием такого эффекта является уменьшения мощности, выделяющейся в силовом транзисторе на интервале коммутационного процесса запирания прибора. При этом энергия, запасенная в дросселях 11 и 12, может быть сделана достаточной для обеспечения режима ZVS при отпирании силовых транзисторов, учитывая даже то, что необходимо перезаряжать "лишние" конденсаторы, которые входят в дополнительную конденсаторную цепь 20.An appropriate choice of the parameters of the first and second LC circuits can provide any (sufficiently high) level of energy stored in the
В простейшем варианте схемы, изображенном на фиг.3, дополнительная конденсаторная цепь 20 выполнена в виде конденсатора 21, который включен между выводами выходной цепи транзисторного моста.In the simplest version of the circuit shown in figure 3, the
В варианте схемы, изображенном на фиг. 4, дополнительная конденсаторная цепь 20 выполнена в виде конденсаторов 22, 23, 24 и 25, которые шунтируют выходные цепи силовых транзисторов 1, 2, 3 и 4 соответственно. Шунтирование каждого силового транзистора мостовой схемы конденсатором позволяет минимизировать расстояние между выводами выходной цени транзистора и выводами конденсатора, включаемого параллельно этой цепи. Такая минимизация желательна для уменьшения паразитных индуктивностей проводников, связывающих транзистор и шунтирующий конденсатор. Импульсы напряжения, возникающие на этих индуктивностях, мешают понижению скорости нарастания напряжения на транзисторе при его запирании.In the embodiment of the circuit shown in FIG. 4, the
Возможна комбинация топологий двух рассмотренных конструкций дополнительной конденсаторной цепи 20.A combination of the topologies of the two considered designs of the
Источники информацииInformation sources
1. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. 2-е изд., испр. и доп. - Издательский дом «Додэка -XXI», 2001. - 608 с.1. Microcircuits for switching power supplies and their application. 2nd ed., Rev. and add. - Publishing House "Dodeka-XXI", 2001. - 608 p.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152826/07A RU2510864C1 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Bridge voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152826/07A RU2510864C1 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Bridge voltage converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2510864C1 true RU2510864C1 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50437674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012152826/07A RU2510864C1 (en) | 2012-12-07 | 2012-12-07 | Bridge voltage converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2510864C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2564679C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-10-10 | Борис Александрович Глебов | Voltage converter of resonant type |
| WO2019052620A1 (en) | 2017-09-14 | 2019-03-21 | Khabuzov Vasilii Arsenevich | Electric heating system (its variants) |
| RU2690839C1 (en) * | 2018-09-17 | 2019-06-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Reducing capacitor voltage converter |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2131640C1 (en) * | 1998-01-12 | 1999-06-10 | Ульяновский государственный технический университет | Secondary power supply |
| US6246594B1 (en) * | 1999-07-23 | 2001-06-12 | Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. | Switching power supply having low loss characteristics |
| US20100079085A1 (en) * | 2007-03-13 | 2010-04-01 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Supply circuit |
| RU2427954C2 (en) * | 2006-03-06 | 2011-08-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Feed circuit and device containing feed circuit |
-
2012
- 2012-12-07 RU RU2012152826/07A patent/RU2510864C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2131640C1 (en) * | 1998-01-12 | 1999-06-10 | Ульяновский государственный технический университет | Secondary power supply |
| US6246594B1 (en) * | 1999-07-23 | 2001-06-12 | Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. | Switching power supply having low loss characteristics |
| RU2427954C2 (en) * | 2006-03-06 | 2011-08-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Feed circuit and device containing feed circuit |
| EP1994635B1 (en) * | 2006-03-06 | 2012-06-27 | Philips Intellectual Property & Standards GmbH | Supply circuit and device comprising a supply circuit |
| US20100079085A1 (en) * | 2007-03-13 | 2010-04-01 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Supply circuit |
| EP2127487B1 (en) * | 2007-03-13 | 2011-06-08 | Philips Intellectual Property & Standards GmbH | Supply circuit |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2564679C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-10-10 | Борис Александрович Глебов | Voltage converter of resonant type |
| WO2019052620A1 (en) | 2017-09-14 | 2019-03-21 | Khabuzov Vasilii Arsenevich | Electric heating system (its variants) |
| RU2690839C1 (en) * | 2018-09-17 | 2019-06-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Reducing capacitor voltage converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | A single switch quadratic boost high step up DC–DC converter | |
| US6853569B2 (en) | DC to DC converter | |
| US8441812B2 (en) | Series resonant converter having a circuit configuration that prevents leading current | |
| CN103066855B (en) | System and method used for no-voltage switch in power source transformation system | |
| Lin et al. | Analysis of parallel-connected asymmetrical soft-switching converter | |
| TWI430544B (en) | Power converter and method of power conversion | |
| Ghodke et al. | Three-phase three level, soft switched, phase shifted PWM DC–DC converter for high power applications | |
| US9866135B2 (en) | Power conversion device including primary inverter, transformer, secondary converter | |
| CN109617441B (en) | Three-level half-bridge converter and current converting method thereof | |
| CN111656661B (en) | Constant frequency DC/DC power converter | |
| JP6241334B2 (en) | Current resonance type DCDC converter | |
| TW201330474A (en) | Active buck power factor correction device | |
| CN106059307A (en) | Universal input voltage dc-dc converter employing low voltage capacitor power bank | |
| CN115868105A (en) | Soft switching pulse width modulation DC-DC power converter | |
| RU2510864C1 (en) | Bridge voltage converter | |
| RU2455746C2 (en) | Two-stroke bridge converter | |
| Huang et al. | Phase-shifted full-bridge converter for a half-current-multiplier rectifier using an autotransformer-based filter | |
| CN107482921A (en) | A kind of two-way DC DC converters | |
| RU2396685C1 (en) | Voltage converter with inductively coupled recuperation circuits | |
| Wu et al. | Analysis and design for a new ZVS dc–dc converter with active clamping | |
| EP2680418B1 (en) | A common-core power factor correction resonant converter | |
| RU2553660C2 (en) | Two-stroke bridge voltage converter | |
| RU2635364C2 (en) | Push-pull dc/dc converter | |
| RU2717232C1 (en) | Two-cycle resonance dc-dc converter | |
| TWI586092B (en) | Single-stage ac-to-dc converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191208 |