RU2653574C2 - Push-pull dc/dc converter with l-inlet - Google Patents

Push-pull dc/dc converter with l-inlet Download PDF

Info

Publication number
RU2653574C2
RU2653574C2 RU2016112939A RU2016112939A RU2653574C2 RU 2653574 C2 RU2653574 C2 RU 2653574C2 RU 2016112939 A RU2016112939 A RU 2016112939A RU 2016112939 A RU2016112939 A RU 2016112939A RU 2653574 C2 RU2653574 C2 RU 2653574C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
winding
terminal
power
connection
output
Prior art date
Application number
RU2016112939A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016112939A (en
Inventor
Владимир Игоревич Антонов
Борис Александрович Глебов
Original Assignee
Акционерное общество "Связь инжиниринг"
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 Акционерное общество "Связь инжиниринг" filed Critical Акционерное общество "Связь инжиниринг"
Priority to RU2016112939A priority Critical patent/RU2653574C2/en
Publication of RU2016112939A publication Critical patent/RU2016112939A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2653574C2 publication Critical patent/RU2653574C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/338Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a self-oscillating arrangement

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device is a push-pull DC/DC converter with an L-inlet. It comprises: a main throttle; a transformer with primary and secondary windings. The primary winding is made with a centre terminal; the first and second power transistors (power controlled keys); a full-wave current rectifier of the secondary winding; an output filter capacitor. The known features of the push-pull DC/DC-converter with the L-inlet are: connection of the first terminal of the main throttle winding to the first power bus and direct connection of the second terminal of this winding to the centre of the primary transformer winding; connection of the first terminal of the primary winding to the second power bus via the output circuit of the first power transistor; connection of the second terminal of the primary winding to the second power bus via the output circuit of the second power transistor; connection of the secondary transformer winding via the full-wave current rectifier of this winding to the output filter capacitor. The characteristic features of the push-pull DC/DC-converter are: introduction of the first, second, third and fourth diodes, additional throttle, as well as the first and second capacitors to the device; connection of four entered diodes according to the diode bridge circuit; direct connection of the first terminal of the output circuit of the mentioned diode bridge to the first power bus; connection of the second terminal of the output circuit of the diode bridge to the second power bus via the additional throttle winding; connection of the first terminal of the input circuit of the diode bridge via the first capacitor to the connection point of the first terminal of the transformer primary winding with the first power transistor; connection of the second terminal of the input circuit of the diode bridge via the second capacitor to the connection point of the second terminal of the transformer primary winding to the second power transistor.
EFFECT: reducing switching loss energy in power transistors during their lock-out, thus increasing the reliability of their operation and increasing the energy efficiency of energy conversion.
2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для преобразования и регулирования энергии, потребляемой от источника постоянного тока, и передачи преобразованной энергии ее приемнику с использованием трансформаторной связи между цепями источника и приемника энергии.The proposed device relates to power converting equipment and is intended for converting and regulating the energy consumed from a direct current source, and transmitting the converted energy to its receiver using transformer coupling between the source and receiver energy circuits.

Двухтактный DC/DC-преобразователь с L-входом, рассматриваемый в качестве прототипа [1, стр. 77, рис. 5.1-б], содержит:Push-pull DC / DC converter with L-input, considered as a prototype [1, p. 77, Fig. 5.1-b], contains:

- основной дроссель;- main choke;

- трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем первичная обмотка выполнена с выводом средней точки;- a transformer with primary and secondary windings, and the primary winding is made with the conclusion of the midpoint;

- первый и второй силовые транзисторы (силовые управляемые ключи);- the first and second power transistors (power controlled keys);

- двухполупериодный выпрямитель тока вторичной обмотки;- a half-wave rectifier of the current of the secondary winding;

- конденсатор выходного фильтра.- output filter capacitor.

Известными признаками двухтактного DC/DC-преобразователя с L-входом являются:Known features of a push-pull DC / DC converter with an L input are:

- подключение первого вывода обмотки основного дросселя к первой шине питания и непосредственное соединение второго вывода этой обмотки со средней точкой первичной обмотки трансформатора;- connecting the first output of the main inductor winding to the first power bus and directly connecting the second output of this winding to the midpoint of the transformer primary winding;

- подключение первого вывода первичной обмотки ко второй шине питания через выходную цепь первого силового транзистора;- connecting the first output of the primary winding to the second power bus through the output circuit of the first power transistor;

- подключение второго вывода первичной обмотки ко второй шине питания через выходную цепь второго силового транзистора;- connecting the second terminal of the primary winding to the second power bus through the output circuit of the second power transistor;

- подключение вторичной обмотки трансформатора через двухполупериодный выпрямитель тока этой обмотки к конденсатору выходного фильтра.- connecting the secondary winding of the transformer through a half-wave rectifier of the current of this winding to the capacitor of the output filter.

В первой части каждого из тактов замкнуты оба силовых транзистора. При этом первичная обмотка оказывается закороченной через их выходные цепи, и напряжение питания оказывается приложенным к силовой обмотке основного дросселя, из-за чего в нем накапливается энергия.In the first part of each cycle, both power transistors are closed. In this case, the primary winding is shorted through their output circuits, and the supply voltage is applied to the power winding of the main inductor, which is why energy is accumulated in it.

Во второй части каждого такта размыкаются один из двух силовых транзисторов, и через другой транзистор одна из двух половин первичной обмотки трансформатора оказывается подключенной между концом обмотки основного дросселя и второй шиной питания. При этом в первый такт в состоянии высокой проводимости работает первый силовой транзистор, и через его выходную цепь первая половина первичной обмотки трансформатора подключена между концом обмотки основного дросселя и второй шиной питания. Во второй такт в состоянии высокой проводимости работает второй силовой транзистор, и через его выходную цепь вторая половина первичной обмотки трансформатора подключена между концом обмотки основного дросселя и второй шиной питания.In the second part of each cycle, one of the two power transistors opens, and through the other transistor one of the two halves of the primary winding of the transformer is connected between the end of the main inductor winding and the second power bus. At the same time, the first power transistor works in a state of high conductivity in the first cycle, and through its output circuit the first half of the transformer primary winding is connected between the end of the main inductor winding and the second power bus. In the second cycle, in a state of high conductivity, the second power transistor operates, and through its output circuit the second half of the transformer primary winding is connected between the end of the main inductor winding and the second power bus.

Присутствие обмотки основного дросселя, которая поочередно по тактам включена последовательно с первой или второй половинами первичной обмотки трансформатора через первый или второй силовые транзисторы, способствует быстрому нарастанию напряжения на первичной обмотке и на силовом транзисторе в процессе его запирания. Как следствие, в силовом транзисторе возникают значительные коммутационные потери.The presence of the main inductor winding, which is alternately clockwise connected in series with the first or second halves of the transformer primary winding through the first or second power transistors, contributes to a rapid increase in voltage on the primary winding and on the power transistor during its shutdown. As a result, significant switching losses occur in the power transistor.

В реальных трансформаторах существует индуктивность рассеяния. Она препятствует мгновенной передаче мощности трансформатором в его вторичную обмотку, из-за чего на первичной обмотке возникают короткие выбросы напряжения. Если амплитуда напряжения на силовом транзисторе, перешедшем в непроводящее состояние, достигнет значения напряжения пробоя, то в этом транзисторе будет выделена дополнительная энергия, запасенная в индуктивности рассеяния трансформатора.In real-world transformers, there is a leakage inductance. It prevents the instantaneous transfer of power by the transformer to its secondary winding, due to which short voltage surges occur on the primary winding. If the voltage amplitude at the power transistor, which has switched to a non-conducting state, reaches the value of the breakdown voltage, then additional transistor energy stored in the transformer inductance will be released in this transistor.

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 данном изобретении, является повышение энергетической эффективности и надежности устройства.The aim of the proposal contained in this invention is to increase the energy efficiency and reliability of the device.

Два варианта предлагаемого устройства представлены на фиг. 1 и 2. Они отличаются конструкциями вторичной обмотки трансформатора, а также двухполупериодного выпрямителя тока этой обмотки. В устройстве на фиг. 1 вторичная обмотка выполнена с выводом ее средней точки, а выпрямитель содержит два вентильных элемента (как в схеме, рассматриваемой в качестве прототипа). В устройстве на фиг. 2 вторичная обмотка выполнена однофазной, а в выпрямителе тока этой обмотки вентильные элементы соединены по схеме моста.Two variants of the proposed device are presented in FIG. 1 and 2. They differ in the designs of the secondary winding of the transformer, as well as the half-wave rectifier of the current of this winding. In the device of FIG. 1, the secondary winding is made with the conclusion of its midpoint, and the rectifier contains two valve elements (as in the circuit, considered as a prototype). In the device of FIG. 2, the secondary winding is single-phase, and in the current rectifier of this winding, the valve elements are connected according to the bridge circuit.

Отмеченные отличия двух вариантов схемы не принципиальны. Существенными известными признаками устройства является лишь подключение вторичной обмотки трансформатора через двухполупериодный выпрямитель тока этой обмотки к конденсатору выходного фильтра.The noted differences between the two variants of the scheme are not fundamental. The essential known features of the device is only the connection of the secondary winding of the transformer through a half-wave rectifier of the current of this winding to the capacitor of the output filter.

Существенные отличительные признаки предлагаемого устройства состоят в том, что:Salient features of the proposed device are that:

- в устройство введены первый, второй, третий и четвертый диоды, дополнительный дроссель, а также первый и второй конденсаторы;- the first, second, third and fourth diodes, an additional inductor, and also the first and second capacitors are introduced into the device;

- введенные четыре диода соединены по схеме диодного моста;- the entered four diodes are connected according to the diode bridge circuit;

- первый вывод выходной цепи упомянутого диодного моста непосредственно подключен к первой шине питания;- a first output terminal of said diode bridge is directly connected to the first power bus;

- второй вывод выходной цепи диодного моста соединен со второй шиной питания через обмотку дополнительного дросселя;- the second terminal of the output circuit of the diode bridge is connected to the second power bus through the winding of an additional inductor;

- первый вывод входной цепи диодного моста подключен через первый конденсатор к точке соединения первого вывода первичной обмотки трансформатора с первым силовым транзистором;- the first terminal of the input circuit of the diode bridge is connected through the first capacitor to the connection point of the first terminal of the primary winding of the transformer with the first power transistor;

- второй вывод входной цепи диодного моста подключен через второй конденсатор к точке соединения второго вывода первичной обмотки трансформатора со вторым силовым транзистором.- the second terminal of the input circuit of the diode bridge is connected through the second capacitor to the connection point of the second terminal of the primary winding of the transformer with the second power transistor.

В устройстве на фиг. 1 между первой шиной питания 1 и второй шиной питания 2 включен источник энергии 3 (он выполнен, например, в виде источника напряжения). С шиной питания 1 непосредственно соединен первый вывод обмотки 4 основного дросселя, а второй вывод этой обмотки подключен к средней точке двухфазной первичной обмотки 5 трансформатора 6.In the device of FIG. 1 between the first power bus 1 and the second power bus 2 the power source 3 is turned on (it is made, for example, in the form of a voltage source). The first output of the winding 4 of the main inductor is directly connected to the power bus 1, and the second output of this winding is connected to the midpoint of the two-phase primary winding 5 of the transformer 6.

Первый вывод первичной обмотки 5 трансформатора 6 подключен ко второй шине питания 2 через выходную цепь первого силового транзистора 7, а второй вывод первичной обмотки 5 подключен к этой шине через выходную цепь второго силового транзистора 8.The first terminal of the primary winding 5 of the transformer 6 is connected to the second power bus 2 through the output circuit of the first power transistor 7, and the second terminal of the primary winding 5 is connected to this bus through the output circuit of the second power transistor 8.

Вторичная обмотка 9 трансформатора 6 через двухполупериодный выпрямитель 10 тока этой обмотки подключена к конденсатору 11 выходного фильтра. Параллельно этому конденсатору включена нагрузка 12.The secondary winding 9 of the transformer 6 through a half-wave rectifier 10 of the current of this winding is connected to the capacitor 11 of the output filter. Parallel to this capacitor, a load of 12 is connected.

В устройстве на фиг. 1 вторичная обмотка 9 выполнена с выводом средней точки, а двухполупериодный выпрямитель 10 тока этой обмотки содержит два вентильных элемента. В устройстве на фиг. 2 вторичная обмотка 9 содержит одну секцию, а четыре вентильных элемента двухполупериодного выпрямителя 10 соединены по схеме моста.In the device of FIG. 1, the secondary winding 9 is made with the conclusion of the midpoint, and a half-wave rectifier 10 of the current of this winding contains two valve elements. In the device of FIG. 2, the secondary winding 9 contains one section, and four valve elements of a half-wave rectifier 10 are connected according to a bridge circuit.

Первый диод 13, второй диод 14, третий диод 15 и четвертый диод 16 образуют схему диодного моста. Первый вывод выходной цепи диодного моста непосредственно соединен с первой шиной питания 1. Второй вывод выходной цепи диодного моста подключен ко второй шине питания 2 через обмотку 17 дополнительного дросселя.The first diode 13, the second diode 14, the third diode 15 and the fourth diode 16 form a diode bridge circuit. The first output of the output circuit of the diode bridge is directly connected to the first power bus 1. The second output of the output circuit of the diode bridge is connected to the second power bus 2 through the winding 17 of the additional inductor.

Первый вывод входной цепи диодного моста через первый конденсатор 18 подключен к точке соединения первого вывода первичной обмотки 5 трансформатора 6 с первым силовым транзистором 7.The first output of the input circuit of the diode bridge through the first capacitor 18 is connected to the connection point of the first output of the primary winding 5 of the transformer 6 with the first power transistor 7.

Второй вывод входной цепи диодного моста через второй конденсатор 19 подключен к точке соединения второго вывода первичной обмотки 5 трансформатора 6 со вторым силовым транзистором 8.The second output terminal of the input circuit of the diode bridge through the second capacitor 19 is connected to the connection point of the second terminal of the primary winding 5 of the transformer 6 with the second power transistor 8.

Цели технического решения, предлагаемого в данном изобретении, достигаются благодаря взаимодействию существенных известных и отличительных признаков устройства.The objectives of the technical solution proposed in this invention are achieved through the interaction of significant known and distinctive features of the device.

В стационарном режиме работы двухтактного DC/DC-преобразователя в первой части каждого такта в состоянии высокой проводимости находятся оба силовых транзистора (7 и 8). При этом первичная обмотка 5 трансформатора 6 оказывается закороченной, к силовой обмотке 4 основного дросселя приложено напряжение питания, и в нем накапливается энергия.In the stationary mode of operation of a push-pull DC / DC converter, in the first part of each cycle, both power transistors are in a state of high conductivity (7 and 8). In this case, the primary winding 5 of the transformer 6 is shorted, a supply voltage is applied to the power winding 4 of the main inductor, and energy is accumulated in it.

В начале первого такта работы отпирается первый силовой транзистор 7, а второй силовой транзистор 8 продолжает находиться в состоянии высокой проводимости.At the beginning of the first clock cycle, the first power transistor 7 is unlocked, and the second power transistor 8 continues to be in a state of high conductivity.

Во второй части первого такта запирается второй силовой транзистор 8, а первый силовой транзистор 7 продолжает находиться в состоянии высокой проводимости. Основной дроссель начинает отдавать энергию, и на его обмотке 4 появляется напряжение «обратной» полярности. Соответственно потенциал средней точки первичной обмотки 5 становится выше потенциала первой шины питания 1 на величину указанного напряжения «обратной» полярности на обмотке 4. При этом на первой половине первичной обмотки 5 трансформатора 6 возникает напряжение, величина которого практически равна потенциалу средней точки. Из-за магнитной связи между половинами первичной обмотки 5 такое же напряжение устанавливается на второй половине обмотки 5, и второй конденсатор 19 оказывается заряженным этим напряжением, причем положительный знак напряжения устанавливается на выводе конденсатора, который подключен ко второму выводу первичной обмотки 5.In the second part of the first cycle, the second power transistor 8 is locked, and the first power transistor 7 continues to be in a state of high conductivity. The main inductor begins to give off energy, and a voltage of "reverse" polarity appears on its winding 4. Accordingly, the potential of the midpoint of the primary winding 5 becomes higher than the potential of the first power bus 1 by the value of the indicated voltage of the "reverse" polarity on the winding 4. In this case, a voltage arises on the first half of the primary winding 5 of the transformer 6, the value of which is almost equal to the potential of the midpoint. Due to the magnetic coupling between the halves of the primary winding 5, the same voltage is set on the second half of the winding 5, and the second capacitor 19 is charged with this voltage, and a positive sign of the voltage is installed on the terminal of the capacitor, which is connected to the second terminal of the primary winding 5.

В начале второго такта отпирается второй силовой транзистор 8, а первый транзистор 7 продолжает оставаться в состоянии высокой проводимости. После отпирания транзистора 8 начинается процесс разряда второго конденсатора 19. Ток разряда замыкается по следующему контуру: второй конденсатор 19 → второй силовой транзистор 8 → обмотка 17 дополнительного дросселя → четвертый диод 16 → второй конденсатор 19.At the beginning of the second clock, the second power transistor 8 is unlocked, and the first transistor 7 continues to remain in a state of high conductivity. After unlocking the transistor 8, the discharge process of the second capacitor 19 begins. The discharge current is closed along the following circuit: the second capacitor 19 → the second power transistor 8 → the winding 17 of the additional inductor → the fourth diode 16 → the second capacitor 19.

Из-за наличия в контуре обмотки 17 дополнительного дросселя процесс имеет колебательный характер. Ток конденсатора 19 изменяется по синусоидальному закону, а напряжение на этом конденсаторе - по закону косинусоиды. В конце этого процесса напряжение на конденсаторе должно было бы дорасти до практически начального значения, но противоположного по знаку. Оно, как было показано ранее, больше напряжения питания. Поэтому, когда положительный потенциал на аноде третьего диода 15 достигнет уровня напряжения питания (точнее, превысит его на незначительную величину падения напряжения на диоде 15 в прямом направлении), диод 15 переходит в состояние проводимости, и второй конденсатор 19 оказывается заряженным до напряжения питания. При этом ток обмотки 17 дополнительного дросселя, замыкавшийся до этого через второй конденсатор 19, начинает протекать по контуру: обмотка 17 дополнительного дросселя → четвертый диод 16 → третий диод 15 → источник питания 3 (навстречу ЭДС источника) → обмотка 17 дополнительного дросселя. Энергия, накопленная в дополнительном дросселе, возвращается в источник питания, и ток обмотки 17 снижается во времени.Due to the presence of an additional inductor in the winding circuit 17, the process is oscillatory. The current of the capacitor 19 varies according to the sinusoidal law, and the voltage on this capacitor - according to the law of the cosine wave. At the end of this process, the voltage across the capacitor should have grown to almost the initial value, but opposite in sign. It, as shown earlier, is more than the supply voltage. Therefore, when the positive potential at the anode of the third diode 15 reaches the supply voltage level (more precisely, exceeds it by a small amount of voltage drop across the diode 15 in the forward direction), the diode 15 goes into a conduction state, and the second capacitor 19 is charged to the supply voltage. In this case, the current of the winding 17 of the additional inductor, previously closed through the second capacitor 19, begins to flow along the circuit: the winding 17 of the additional inductor → the fourth diode 16 → the third diode 15 → power supply 3 (towards the EMF of the source) → the winding 17 of the additional inductor. The energy stored in the additional inductor is returned to the power source, and the current of the winding 17 decreases in time.

Предполагается, что индуктивность обмотки 17 дополнительного дросселя удовлетворяет двум условиям.It is assumed that the inductance of the winding 17 of the additional inductor satisfies two conditions.

Первое из них состоит в том, что фиксация напряжения на втором конденсаторе 19 на уровне напряжения питания происходит до момента начала выключения первого силового транзистора 7, которое происходит во втором такте. При этом полярность напряжения на конденсаторе 19: плюс - на выводе конденсатора, соединенном с общей точкой диодов 15 и 16, минус - на выводе конденсатора, который подключен ко второму выводу первичной обмотки 5 трансформатора 6. Указанное напряжение на втором конденсаторе 19 сохраняется до момента запирания второго силового транзистора 8, что происходит в первом такте следующего цикла работы схемы.The first of them is that the voltage is fixed on the second capacitor 19 at the level of the supply voltage until the first power transistor 7, which occurs in the second cycle, is turned off. In this case, the polarity of the voltage across the capacitor 19: plus - at the terminal of the capacitor connected to the common point of the diodes 15 and 16, minus - at the terminal of the capacitor, which is connected to the second terminal of the primary winding 5 of the transformer 6. The indicated voltage on the second capacitor 19 is stored until the moment of locking the second power transistor 8, which occurs in the first cycle of the next cycle of the circuit.

Второе условие, что снижение до нуля тока обмотки 17 завершается до начала нового такта работы схемы и к началу каждого нового такта в дополнительном дросселе отсутствует энергия, накопленная в предыдущем такте.The second condition is that the winding 17 current decreases to zero before the start of a new cycle of the circuit and by the beginning of each new cycle there is no energy accumulated in the previous cycle in the additional inductor.

Вторая часть второго такта работы начинается с момента запирания первого силового транзистора 7, а второй силовой транзистор 8 продолжает находиться в состоянии высокой проводимости. Основной дроссель начинает отдавать энергию, и на его обмотке 4 появляется напряжение «обратной» полярности. Соответственно потенциал средней точки первичной обмотки 5 становится выше потенциала первой шины питания 1 на величину указанного напряжения «обратной» полярности на обмотке 4. При этом на второй половине первичной обмотки 5 трансформатора 6 возникает напряжение, величина которого практически равна потенциалу средней точки. Из-за магнитной связи между половинами первичной обмотки 5 такое же напряжение устанавливается на первой половине обмотки 5, и первый конденсатор 18 оказывается заряженным этим напряжением, причем положительный знак напряжения устанавливается на выводе конденсатора, который подключен к первому выводу первичной обмотки 5.The second part of the second clock cycle starts from the moment of locking the first power transistor 7, and the second power transistor 8 continues to be in a state of high conductivity. The main inductor begins to give off energy, and a voltage of "reverse" polarity appears on its winding 4. Accordingly, the potential of the midpoint of the primary winding 5 becomes higher than the potential of the first power bus 1 by the value of the indicated voltage of the "reverse" polarity on the winding 4. In this case, a voltage arises on the second half of the primary winding 5 of the transformer 6, the value of which is almost equal to the potential of the midpoint. Due to the magnetic coupling between the halves of the primary winding 5, the same voltage is set on the first half of the winding 5, and the first capacitor 18 is charged with this voltage, and a positive voltage sign is installed on the terminal of the capacitor, which is connected to the first terminal of the primary winding 5.

В начале первого такта в следующем цикле работы схемы отпирается первый силовой транзистор 7, а второй силовой транзистор 8 продолжает находиться в состоянии высокой проводимости. После отпирания транзистора 7 начинается процесс разряда первого конденсатора 18. Ток разряда замыкается по следующему контуру: первый конденсатор 18 → первый силовой транзистор 7 → обмотка 17 дополнительного дросселя → второй диод 14 → первый конденсатор 18.At the beginning of the first cycle in the next cycle of the circuit, the first power transistor 7 is unlocked, and the second power transistor 8 continues to be in a state of high conductivity. After unlocking the transistor 7, the discharge process of the first capacitor 18 begins. The discharge current closes along the following circuit: the first capacitor 18 → the first power transistor 7 → the winding 17 of the additional inductor → the second diode 14 → the first capacitor 18.

Из-за наличия в контуре обмотки 17 дополнительного дросселя процесс имеет колебательный характер. Ток конденсатора 18 изменяется по синусоидальному закону, а напряжение на этом конденсаторе - по закону косинусоиды. В конце этого процесса напряжение на конденсаторе должно было бы дорасти до практически начального значения, но противоположного по знаку. Оно, как было показано ранее, больше напряжения питания. Поэтому, когда положительный потенциал на аноде первого диода 13 достигнет уровня напряжения питания (точнее, превысит его на незначительную величину падения напряжения на диоде 13 в прямом направлении), диод 13 переходит в состояние проводимости, и первый конденсатор 18 оказывается заряженным до напряжения питания. При этом ток обмотки 17 дополнительного дросселя, замыкавшийся до этого через первый конденсатор 18, начинает протекать по контуру: обмотка 17 дополнительного дросселя → второй диод 14 → первый диод 13 → источник питания 3 (навстречу ЭДС источника) → обмотка 17 дополнительного дросселя. Энергия, накопленная в дополнительном дросселе, возвращается в источник питания, и ток обмотки 17 снижается во времени.Due to the presence of an additional inductor in the winding circuit 17, the process is oscillatory. The current of the capacitor 18 varies according to a sinusoidal law, and the voltage on this capacitor - according to the law of the cosine wave. At the end of this process, the voltage across the capacitor should have grown to almost the initial value, but opposite in sign. It, as shown earlier, is more than the supply voltage. Therefore, when the positive potential at the anode of the first diode 13 reaches the supply voltage level (more precisely, exceeds it by a small amount of voltage drop across the diode 13 in the forward direction), the diode 13 goes into a conduction state, and the first capacitor 18 is charged to the supply voltage. In this case, the current of the winding 17 of the additional inductor, previously closed through the first capacitor 18, begins to flow along the circuit: the winding 17 of the additional inductor → the second diode 14 → the first diode 13 → power supply 3 (towards the EMF of the source) → the winding 17 of the additional inductor. The energy stored in the additional inductor is returned to the power source, and the current of the winding 17 decreases in time.

Предполагается, что индуктивность обмотки 17 дополнительного дросселя такова, что фиксация напряжения на первом конденсаторе 18 на уровне напряжения питания происходит до момента начала выключения второго силового транзистора 8, которое происходит в первом такте. При этом полярность напряжения на конденсаторе 18: плюс - на выводе конденсатора, соединенном с общей точкой диодов 13 и 14, минус - на выводе конденсатора, который подключен к первому выводу первичной обмотки 5 трансформатора 6. Указанное напряжение на первом конденсаторе 18 сохраняется до момента запирания первого силового транзистора 7, что происходит во втором такте следующего цикла работы схемы.It is assumed that the inductance of the winding 17 of the additional inductor is such that the voltage is fixed at the first capacitor 18 at the level of the supply voltage until the start of turning off the second power transistor 8, which occurs in the first cycle. The voltage polarity across capacitor 18: plus — at the capacitor’s output connected to the common point of the diodes 13 and 14, minus — at the capacitor’s output, which is connected to the first output of the primary winding 5 of transformer 6. The indicated voltage on the first capacitor 18 is maintained until it is locked the first power transistor 7, which occurs in the second cycle of the next cycle of the circuit.

Далее в первом такте второго цикла работы запирается второй силовой транзистор 8. При запирании транзистора 8 напряжение на нем начинает нарастать от нулевого уровня, что обусловлено процессом перезаряда второго конденсатора 19. Во время этого процесса ток конденсатора 19 замыкается по контуру: обмотка 4 основного дросселя → вторая половина первичной обмотки 5 трансформатора 6 → второй конденсатор 19 → третий диод 15 → обмотка 4 основного дросселя. При этом напряжение на выходной цепи второго силового транзистора 8 нарастает с ограниченной скоростью. Скорость нарастания напряжения обратно пропорциональна емкости конденсатора 19.Then, in the first cycle of the second cycle of operation, the second power transistor 8 is turned off. When the transistor 8 is turned off, the voltage on it starts to rise from the zero level, which is caused by the process of recharging the second capacitor 19. During this process, the current of the capacitor 19 is closed along the circuit: winding 4 of the main inductor → the second half of the primary winding 5 of the transformer 6 → the second capacitor 19 → the third diode 15 → the winding 4 of the main inductor. In this case, the voltage at the output circuit of the second power transistor 8 rises with a limited speed. The slew rate is inversely proportional to the capacitance of the capacitor 19.

Аналогичным образом во втором такте второго цикла работы происходит нарастание напряжения на выходной цепи первого силового транзистора 7 при его запирании.Similarly, in the second cycle of the second cycle of operation, an increase in voltage at the output circuit of the first power transistor 7 occurs when it is locked.

Далее процессы в схеме повторяются.Further, the processes in the circuit are repeated.

Дополнительные конденсаторы 18 и 19 способны поглощать энергию, запасаемую в каждом такте в индуктивностях рассеяния трансформатора 6. Тем самым эффективно ограничивается амплитуда выбросов напряжения на первичной обмотке 5 трансформатора 6 и, соответственно, предотвращается работа силовых транзисторов в режиме пробоя.Additional capacitors 18 and 19 are capable of absorbing the energy stored in each cycle in the leakage inductances of the transformer 6. This effectively limits the amplitude of voltage spikes on the primary winding 5 of transformer 6 and, accordingly, the operation of power transistors in breakdown mode is prevented.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обусловливает при каждом запирании силовых транзисторов нарастание напряжения на них от нуля, причем нарастание происходит с ограниченной скоростью, а также способно предотвратить работу транзисторов в режиме пробоя. Этим достигается поставленная цель - снижение коммутационных потерь энергии в силовых транзисторах, что повышает надежность их работы и способствует повышению эффективности процесса преобразования энергии.Thus, the proposed technical solution causes, at each turn-on of the power transistors, an increase in voltage on them from zero, and the increase occurs at a limited speed, and is also able to prevent the operation of transistors in breakdown mode. This achieves the goal - to reduce switching energy losses in power transistors, which increases the reliability of their work and helps to increase the efficiency of the energy conversion process.

Источники информацииInformation sources

1. Мелешин В.И., Овчинников Д.А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. - М.: Техносфера, 2011. - 576 с.1. Meleshin V.I., Ovchinnikov D.A. Management of transistor power converters. - M .: Technosphere, 2011 .-- 576 p.

Claims (1)

Двухтактный DC/DC-преобразователь, содержащий основной дроссель, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем первичная обмотка выполнена с выводом средней точки, первый и второй силовые транзисторы (силовые управляемые ключи), двухполупериодный выпрямитель тока вторичной обмотки и конденсатор выходного фильтра, первый вывод обмотки дросселя подключен к первой шине питания, а второй вывод этой обмотки непосредственно соединен со средней точкой первичной обмотки трансформатора, первый вывод первичной обмотки подключен ко второй шине питания через выходную цепь первого силового транзистора, а второй вывод первичной обмотки подключен ко второй шине питания через выходную цепь второго силового транзистора, отличающийся тем, что в устройство введены первый, второй, третий и четвертый диоды, дополнительный дроссель, а также первый и второй конденсаторы, четыре введенных диода соединены по схеме диодного моста, первый вывод выходной цепи упомянутого диодного моста непосредственно подключен к первой шине питания, а второй вывод выходной цепи диодного моста соединен со второй шиной питания через обмотку дополнительного дросселя, первый вывод входной цепи диодного моста через первый конденсатор подключен к точке соединения первого вывода первичной обмотки трансформатора с первым силовым транзистором, а второй вывод входной цепи диодного моста через второй конденсатор подключен к точке соединения второго вывода первичной обмотки трансформатора со вторым силовым транзистором. A push-pull DC / DC converter containing a main inductor, a transformer with primary and secondary windings, the primary winding being made with a midpoint output, the first and second power transistors (power controlled keys), a half-wave rectifier of the secondary winding and the capacitor of the output filter, the first output the inductor winding is connected to the first power bus, and the second output of this winding is directly connected to the midpoint of the transformer primary winding, the first output of the primary winding is connected to the W swarm power bus through the output circuit of the first power transistor, and the second output of the primary winding is connected to the second power bus through the output circuit of the second power transistor, characterized in that the first, second, third and fourth diodes, an additional inductor, as well as the first and the second capacitors, four introduced diodes are connected according to the diode bridge circuit, the first output terminal of the diode bridge is directly connected to the first power bus, and the second output terminal of the diode bridge is connected connected to the second power bus through the winding of an additional inductor, the first output of the input circuit of the diode bridge through the first capacitor is connected to the connection point of the first terminal of the primary winding of the transformer with the first power transistor, and the second output of the input circuit of the diode bridge through the second capacitor is connected to the connection point of the second terminal of the primary transformer windings with a second power transistor.
RU2016112939A 2016-04-06 2016-04-06 Push-pull dc/dc converter with l-inlet RU2653574C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016112939A RU2653574C2 (en) 2016-04-06 2016-04-06 Push-pull dc/dc converter with l-inlet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016112939A RU2653574C2 (en) 2016-04-06 2016-04-06 Push-pull dc/dc converter with l-inlet

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016112939A RU2016112939A (en) 2017-10-11
RU2653574C2 true RU2653574C2 (en) 2018-05-15

Family

ID=60120222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016112939A RU2653574C2 (en) 2016-04-06 2016-04-06 Push-pull dc/dc converter with l-inlet

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2653574C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4706177A (en) * 1985-11-14 1987-11-10 Elliot Josephson DC-AC inverter with overload driving capability
RU2073303C1 (en) * 1993-08-30 1997-02-10 Игорь Семенович Горянский Controllable two-stroke dc-to-dc converter
RU2182397C2 (en) * 2000-07-26 2002-05-10 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова Converter with serial resonance inverter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4706177A (en) * 1985-11-14 1987-11-10 Elliot Josephson DC-AC inverter with overload driving capability
RU2073303C1 (en) * 1993-08-30 1997-02-10 Игорь Семенович Горянский Controllable two-stroke dc-to-dc converter
RU2182397C2 (en) * 2000-07-26 2002-05-10 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова Converter with serial resonance inverter

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016112939A (en) 2017-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9774271B2 (en) Apparatus and method for multiple primary bridge resonant converters
US11152852B2 (en) Bidirectional DC/DC converter and method for charging the intermediate circuit capacitor of a DC/DC converter from the low-voltage battery
Yu et al. Hybrid resonant and PWM converter with high efficiency and full soft-switching range
US20180048240A1 (en) Switching power supply apparatus
US20180337610A1 (en) PWM Controlled Resonant Converter
US9350260B2 (en) Startup method and system for resonant converters
US8619438B2 (en) Resonant converter
US20200251992A1 (en) Flyback power-converting device with zero-voltage switching and method for flyback converting power with zero-voltage switching
US20100328971A1 (en) Boundary mode coupled inductor boost power converter
US7944188B1 (en) Power converter circuits having bipolar outputs and bipolar inputs
TWI723533B (en) Flyback power-converting device with zero-voltage switching and method for flyback converting power with zero-voltage switching
JP6241334B2 (en) Current resonance type DCDC converter
KR101492620B1 (en) Phase-shift full-bridge converter
JP2016135003A (en) Dc-dc converter
RU2617716C1 (en) Single-step voltage converter
RU2635364C2 (en) Push-pull dc/dc converter
CN112865540A (en) Lossless clamping network of primary-side feedback type flyback converter and design method
Ikeda et al. Efficiency Improvement of isolated bidirectional boost full bridge DC-DC converter for storage to grid energy management
RU2653574C2 (en) Push-pull dc/dc converter with l-inlet
RU2717232C1 (en) Two-cycle resonance dc-dc converter
KR100842734B1 (en) Three-level dc-dc converter using zero voltage and zero current switching
JP2019033581A (en) Dc/dc converter
RU2741969C1 (en) Single-cycle voltage converter
RU2531375C2 (en) Dc/dc converter
RU2510862C1 (en) Stabilised quasiresonent converter

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180407