RU2658742C1 - Двухтактный комбинированный преобразователь напряжения - Google Patents
Двухтактный комбинированный преобразователь напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658742C1 RU2658742C1 RU2017125671A RU2017125671A RU2658742C1 RU 2658742 C1 RU2658742 C1 RU 2658742C1 RU 2017125671 A RU2017125671 A RU 2017125671A RU 2017125671 A RU2017125671 A RU 2017125671A RU 2658742 C1 RU2658742 C1 RU 2658742C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- output
- transformer
- diode
- input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS 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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion 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
- H02M3/325—Conversion 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
- H02M3/335—Conversion 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, радиоэлектронике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Технические результаты заявляемого изобретения заключаются в повышении надежности, увеличении КПД и упрощении конструкции преобразователя постоянного напряжения в постоянное, который может быть использован в источниках вторичного электропитания. Технические результаты обеспечиваются тем, что устройство содержит положительный вход преобразователя, соединенный со стоком первого МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, исток которого соединен со стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, исток которого соединен с отрицательным входом преобразователя. Первый вывод входного конденсатора соединен с положительным входом преобразователя, второй вывод входного конденсатора соединен с отрицательным входом преобразователя. Начало первичной обмотки второго трансформатора соединено с положительным входом преобразователя, конец первичной обмотки второго трансформатора соединен с началом первичной обмотки первого трансформатора, конец которой соединен с первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с истоком первого и стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом. Конец вторичной обмотки второго трансформатора соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя. Начало вторичной обмотки второго трансформатора соединено с отрицательным выходом преобразователя. Начало вторичной обмотки первого трансформатора соединено с анодом первого диода, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя. Конец вторичной обмотки первого трансформатора соединен с отрицательным выходом преобразователя. Выходной конденсатор подключен между положительным и отрицательным выходами преобразователя. 2 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, радиоэлектронике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное.
Известен однотактный комбинированный преобразователь из статьи «Устройства заряда на базе однотактных комбинированных преобразователей», журнал «Силовая электроника», №1, 2004 г., с. 74-75, рис. 4. Данный преобразователь содержит первый и второй входы, первый и второй МДП-транзисторы с n-каналом, первый и второй трансформаторы, первый, второй, третий и четвертый диоды, первый и второй выходы. Причем исток первого МДП-транзистора с n-каналом подключен к первому входу. Сток первого МДП-транзистора с n-каналом подключен к началу первичной обмотки первого трансформатора, конец которой соединен с началом первичной обмотки второго трансформатора, конец которой соединен с истоком второго МДП-транзистора с n-каналом, сток которого соединен со вторым входом. Катод первого диода соединен с первым входом, анод первого диода соединен с концом первичной обмотки второго трансформатора. Катод второго диода соединен с началом первичной обмотки первого преобразователя, анод первого диода соединен со вторым входом. Начало вторичной обмотки первого трансформатора соединено с анодом третьего диода, катод которого соединен с первым выходом. Конец вторичной обмотки первого трансформатора соединен со вторым выходом. Начало вторичной обмотки второго трансформатора соединено со вторым выходом. Конец вторичной обмотки второго трансформатора соединен с анодом четвертого диода, катод которого соединен со вторым выходом.
Недостатками данного решения являются низкая надежность и низкий КПД преобразователя: использование немагнитного зазора в сердечниках трансформаторов приводит к увеличению объема магнитного материала, усложнению конструкции. Для размагничивания сердечников трансформаторов в решении предусмотрено использование цепей, содержащих дополнительные диоды, которые своими потерями снижают надежность и КПД преобразователя.
Известен полумостовой резонансный преобразователь напряжения с регулируемым рабочим циклом из патента US 7948775 с датой приоритета 24.05.2011 г. (прототип).
Данное устройство содержит первый и второй входы, первый и второй МДП-транзисторы с n-каналом со встроенным диодом, резонансный дроссель, резонансную емкость, трансформатор с двумя вторичными обмотками со средней точкой, первый и второй диоды, выходной конденсатор. Исток первого МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом подключен к первому входу, сток которого подключен ко второму МДП-транзистору с n-каналом со встроенным диодом, сток которого подключен ко второму входу. Первый вывод резонансного дросселя подключен к истоку второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, второй вывод которого подключен к началу первичной обмотки трансформатора, конец которой подключен к первому выводу резонансного конденсатора, второй вывод которого подключен ко второму входу. Начало первой вторичной обмотки трансформатора подключено к аноду первого выпрямительного диода, катод которого подключен к первому выходу, конец первой вторичной обмотки трансформатора подключен ко второму выходу. Конец второй вторичной обмотки трансформатора подключен к аноду второго выпрямительного диода, катод которого подключен к первому выходу, начало второй вторичной обмотки трансформатора подключено ко второму выходу. Первый вывод выходного конденсатора подключен к первому выходу, второй вывод выходного конденсатора подключен ко второму выходу.
Недостатками данного устройства являются низкий КПД и низкая надежность. В полумостовом резонансном преобразователе используются два магнитных элемента: дроссель и трансформатор, а в передаче энергии в нагрузку принимает участие только один элемент - трансформатор и, как следствие, потери в дросселе снижают КПД устройства. Использование многообмоточного трансформатора усложняет конструкцию, снижает надежность преобразователя. Напряжение на конденсаторе в резонансе достигает высоких значений, что вызывает динамические потери в нем в процессе перезаряда, что снижает надежность и КПД преобразователя.
Технические результаты заявляемого изобретения заключаются в повышении надежности, увеличении КПД и упрощении конструкции преобразователя постоянного напряжения в постоянное, который может быть использован в источниках вторичного электропитания.
Для достижения указанных технических результатов двухтактный комбинированный преобразователь напряжения содержит положительный вход преобразователя, соединенный со стоком первого МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, исток которого соединен со стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, исток которого соединен с отрицательным входом преобразователя. Первый вывод входного конденсатора соединен с положительным входом преобразователя, второй вывод входного конденсатора соединен с отрицательным входом преобразователя. Начало первичной обмотки второго трансформатора соединено с положительным входом преобразователя, конец первичной обмотки второго трансформатора соединен с началом первичной обмотки первого трансформатора, конец которой соединен с первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с истоком первого и стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом. Конец вторичной обмотки второго трансформатора соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя. Начало вторичной обмотки второго трансформатора соединено с отрицательным выходом преобразователя. Начало вторичной обмотки первого трансформатора соединено с анодом первого диода, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя. Конец вторичной обмотки первого трансформатора соединен с отрицательным выходом преобразователя. Выходной конденсатор подключен между положительным и отрицательным выходами преобразователя.
Включение транзисторов происходит при нуле тока, так как в момент включения ток ограничивается индуктивностью первичной обмотки одного из трансформаторов, который не передает ток в нагрузку. При выключении транзисторов ток первичных обмоток трансформаторов не прерывается, а перенаправляется в цепь параллельного диода другого транзистора. При этом используется простая схема управления, не требующая обеспечения режима резонанса.
Двухтактный комбинированный преобразователь напряжения содержит два одинаковых трансформатора, имеющих одну первичную и одну вторичную обмотку, габаритная мощность каждого равна половине от необходимой мощности преобразователя. Намагничивание обоих трансформаторов происходит по полной петле гистерезиса, что обуславливает минимальный объем магнитного материала сердечников трансформаторов и отсутствие немагнитного зазора.
На фиг. 1 представлена схема двухтактного комбинированного преобразователя напряжения, где:
1 - входной конденсатор;
2 - накопительный конденсатор;
3 - выходной конденсатор;
4 - второй МДП-транзистор с n-каналом со встроенным диодом;
5.1 - положительный вход преобразователя;
5.2 - отрицательный вход преобразователя;
6 - второй трансформатор;
7 - первый трансформатор;
8 - второй диод;
9.1 - положительный выход преобразователя;
9.2 - отрицательный выход преобразователя;
10 - первый диод;
11 - первый МДП-транзистор с n-каналом со встроенным диодом.
На фиг. 2 представлена временная диаграмма работы преобразователя, показывающая форму выходного тока и формы токов в обмотках трансформатора в зависимости от сигналов управления.
Двухтактный комбинированный преобразователь напряжения содержит положительный вход (5.1), соединенный со стоком первого МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом (11), исток которого соединен со стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом (4), исток которого соединен с отрицательным входом (5.2). Первый вывод входного конденсатора (1) соединен с положительным входом (5.1), второй вывод входного конденсатора (1) соединен с отрицательным входом (5.2). Начало первичной обмотки второго трансформатора (6) соединено с положительным входом преобразователя (5.1), конец первичной обмотки второго трансформатора (6) соединен с началом первичной обмотки первого трансформатора (7), конец которой соединен с первым выводом накопительного конденсатора (2), второй вывод которого соединен с истоком первого (11) и стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом (4).
Конец вторичной обмотки второго трансформатора (6) соединен с анодом второго диода (8), катод которого соединен с положительным выходом преобразователя (9.1). Начало вторичной обмотки второго трансформатора (6) соединено с отрицательным выходом преобразователя (9.2). Начало вторичной обмотки первого трансформатора (7) соединено с анодом первого диода (10), катод которого соединен с положительным выходом преобразователя (9.1). Конец вторичной обмотки первого трансформатора (7) соединен с отрицательным выходом преобразователя (9.2). Выходной конденсатор (3) подключен между положительным (9.1) и отрицательным (9.2) выходами преобразователя.
Функционирование заявляемого двухтактного комбинированного преобразователя напряжения происходит следующим образом.
В рассматриваемый установившийся момент времени напряжение входного источника постоянного тока стабилизировано и не равно нулю. Входной конденсатор (1) заряжен, накопительный конденсатор (2) заряжен, выходной конденсатор (3) заряжен.
В первом такте на затвор второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом (4) подается сигнал управления Uупр2, частота импульсов которого зависит от входного и выходного напряжения преобразователя и регулируется контроллером управления, как показано на примере временной диаграммы (фиг. 2). В момент времени, когда значение сигнала управления Uупр2 равно напряжению включения транзистора, сопротивление канала второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом (4) уменьшается, вследствие чего по цепи положительный вход преобразователя (5.1) - первичная обмотка второго трансформатора (6) - первичная обмотка первого трансформатора (7) - накопительный конденсатор (2) - второй МДП-транзистор с n-каналом со встроенным диодом (4) - отрицательный вход преобразователя (5.2) начинает протекать ток. Одновременно происходит заряд накопительного конденсатора (2). Так как второй диод (8) закрыт, во втором трансформаторе (6) накапливается энергия. Энергия, передаваемая первым трансформатором (7), протекает в виде тока по цепи отрицательный выход преобразователя (9.2) - вторичная обмотка первого трансформатора (7) - первый диод (10) - положительный выход преобразователя (9.1) в нагрузку.
После перехода сигнала Uупр2 в выключенное состояние второй МДП-транзистор с n-каналом со встроенным диодом (4) закрывается. Энергия, запасенная в индуктивностях первого (7) и второго (6) трансформаторов, начинает протекать в виде тока по цепи первичная обмотка второго трансформатора (6) - первичная обмотка первого трансформатора (7) - накопительный конденсатор (2) - встроенный диод первого МДП-транзистора с n-каналом (11). Энергия, накопленная во втором трансформаторе (6), начинает протекать в виде тока по цепи отрицательный выход преобразователя (9.2) - вторичная обмотка второго трансформатора (6) - второй диод (8) - положительный выход преобразователя (9.1) в нагрузку.
Во втором такте на затвор первого МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом (11) подается сигнал управления Uупр1, частота импульсов которого зависит от входного и выходного напряжения преобразователя и регулируется контроллером управления, как показано на примере временной диаграммы (фиг. 2). В момент времени, когда значение сигнала управления Uупр2 равно напряжению включения транзистора, сопротивление канала первого МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом (11) уменьшается, вследствие чего по цепи накопительный конденсатор (2) - первичная обмотка первого трансформатора (7) - первичная обмотка второго трансформатора (6) - первый МДП-транзистор с n-каналом со встроенным диодом (11) начинает протекать ток. Так как первый диод (10) закрыт, в первом трансформаторе (7) накапливается энергия. Энергия, передаваемая вторым трансформатором (6), протекает в виде тока по цепи отрицательный выход преобразователя (9.2) - вторичная обмотка трансформатора (6) - второй диод (8) - положительный выход преобразователя (9.1) в нагрузку.
После перехода сигнала Uупр2 в выключенное состояние МДП-транзистор с n-каналом со встроенным диодом (11) закрывается. Энергия, запасенная в индуктивностях первого (7) и второго (6) трансформаторов, начинает протекать в виде тока по цепи первичная обмотка второго трансформатора (6) - входной конденсатор (1) - встроенный диод второго МДП-транзистора с n-каналом (4) - накопительный конденсатор (2) - первичная обмотка первого трансформатора 7. Энергия, накопленная в трансформаторе 7, передается в виде тока по цепи отрицательный выход преобразователя 9.2 - вторичная обмотка второго трансформатора (7) - первый диод (10) - положительный выход преобразователя (9.1) в нагрузку.
Повышение надежности, увеличение КПД и упрощение конструкции двухтактного комбинированного преобразователя напряжения обеспечивается тем, что устройство содержит положительный вход преобразователя, соединенный со стоком первого МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, исток которого соединен со стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, исток которого соединен с отрицательным входом преобразователя. Первый вывод входного конденсатора соединен с положительным входом преобразователя, второй вывод входного конденсатора соединен с отрицательным входом преобразователя. Начало первичной обмотки второго трансформатора соединено с положительным входом преобразователя, конец первичной обмотки второго трансформатора соединен с началом первичной обмотки первого трансформатора, конец которой соединен с первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с истоком первого и стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом. Конец вторичной обмотки второго трансформатора соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя. Начало вторичной обмотки второго трансформатора соединено с отрицательным выходом преобразователя. Начало вторичной обмотки первого трансформатора соединено с анодом первого диода, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя. Конец вторичной обмотки первого трансформатора соединен с отрицательным выходом преобразователя. Выходной конденсатор подключен между положительным и отрицательным выходами преобразователя.
Включение транзисторов происходит при нуле тока, так как в момент включения ток ограничивается индуктивностью первичной обмотки одного из трансформаторов, который не передает ток в нагрузку. При выключении транзисторов ток первичных обмоток трансформаторов не прерывается, а перенаправляется в цепь параллельного диода другого транзистора. При этом используется простая схема управления, не требующая обеспечения режима резонанса.
Claims (1)
- Двухтактный комбинированный преобразователь напряжения, содержащий положительный вход преобразователя, соединенный со стоком первого МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, затвор которого является входом для управляющего сигнала Uупр1, исток которого соединен со стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, затвор которого является входом для управляющего сигнала Uупр2, исток которого соединен с отрицательным входом преобразователя, первый трансформатор, конец первичной обмотки которого соединен с первым выводом накопительного конденсатора, конец вторичной обмотки которого соединен с отрицательным выходом преобразователя, начало вторичной обмотки которого соединено с анодом первого диода, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя, второй диод, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя, выходной конденсатор, первый вывод которого соединен с положительным выходом преобразователя, второй вывод которого соединен с отрицательным выходом преобразователя, отличающийся тем, что второй вывод накопительного конденсатора соединен со стоком второго МДП-транзистора с n-каналом со встроенным диодом, добавлен входной конденсатор, первый вывод которого соединен с положительным входом преобразователя, второй вывод которого соединен с отрицательным входом преобразователя, добавлен второй трансформатор, начало первичной обмотки которого соединено с положительным входом преобразователя, конец первичной обмотки которого соединен с началом первичной обмотки первого трансформатора, конец вторичной обмотки которого соединен с анодом второго диода, начало вторичной обмотки которого соединено с отрицательным выходом преобразователя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017125671A RU2658742C1 (ru) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | Двухтактный комбинированный преобразователь напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017125671A RU2658742C1 (ru) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | Двухтактный комбинированный преобразователь напряжения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658742C1 true RU2658742C1 (ru) | 2018-06-22 |
Family
ID=62713443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017125671A RU2658742C1 (ru) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | Двухтактный комбинированный преобразователь напряжения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658742C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2809335C1 (ru) * | 2023-05-11 | 2023-12-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Низковольтный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4675796A (en) * | 1985-05-17 | 1987-06-23 | Veeco Instruments, Inc. | High switching frequency converter auxiliary magnetic winding and snubber circuit |
| SU1594664A1 (ru) * | 1988-11-25 | 1990-09-23 | Предприятие П/Я В-8495 | Преобразователь посто нного напр жени в посто нное |
| SU1791933A1 (ru) * | 1991-06-04 | 1993-01-30 | Ki Polt I | Однотактный преобразователь постоянного напряжения |
| SU1809515A1 (ru) * | 1990-03-05 | 1993-04-15 | Ki Politekhn I Im 50 Letiya Ve | Преобразователь постоянного напряжения |
-
2017
- 2017-07-17 RU RU2017125671A patent/RU2658742C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4675796A (en) * | 1985-05-17 | 1987-06-23 | Veeco Instruments, Inc. | High switching frequency converter auxiliary magnetic winding and snubber circuit |
| SU1594664A1 (ru) * | 1988-11-25 | 1990-09-23 | Предприятие П/Я В-8495 | Преобразователь посто нного напр жени в посто нное |
| SU1809515A1 (ru) * | 1990-03-05 | 1993-04-15 | Ki Politekhn I Im 50 Letiya Ve | Преобразователь постоянного напряжения |
| SU1791933A1 (ru) * | 1991-06-04 | 1993-01-30 | Ki Polt I | Однотактный преобразователь постоянного напряжения |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2809335C1 (ru) * | 2023-05-11 | 2023-12-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Низковольтный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10554136B1 (en) | Control of secondary switches based on secondary winding voltage in a power converter | |
| US7405955B2 (en) | Switching power supply unit and voltage converting method | |
| US7825765B2 (en) | DC-DC converter | |
| US8743565B2 (en) | High power converter architecture | |
| US9019724B2 (en) | High power converter architecture | |
| US8115460B2 (en) | Power conversion with zero voltage switching | |
| EP2662965A2 (en) | LLC resonant power converter with current-circulating circuit for enabling light-load regulation | |
| TW201145778A (en) | Active-clamp circuit for quasi-resonant flyback power converter | |
| US9130478B2 (en) | Rectifier with bridge circuit and parallel resonant circuit | |
| RU2012101642A (ru) | Бесконтактное питающее оборудование | |
| US10097081B1 (en) | Converter having low loss snubber | |
| JP6241334B2 (ja) | 電流共振型ｄｃｄｃコンバータ | |
| US7977920B2 (en) | Voltage-converter circuit and method for clocked supply of energy to an energy storage | |
| JP2021168590A (ja) | 直流電圧変換回路および電源装置 | |
| RU2658742C1 (ru) | Двухтактный комбинированный преобразователь напряжения | |
| RU99254U1 (ru) | Двухтактный преобразователь с импульсной нагрузкой | |
| TWI586092B (zh) | 單級交流至直流轉換器 | |
| RU2581600C1 (ru) | Двухтактный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное | |
| US10263516B1 (en) | Cascaded voltage converter with inter-stage magnetic power coupling | |
| Himmelstoss et al. | Concept to reduce the ringing during the discontinuous mode of a DC/DC converter | |
| US7576446B2 (en) | Zero voltage switching (ZVS) in a power converter | |
| RU2589030C1 (ru) | Преобразователь переменного напряжения в постоянное | |
| TWI737013B (zh) | 電源轉換器之輔助電路的控制方法 | |
| RU2806668C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
| RU2809337C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием |