RU2738852C1 - Bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device - Google Patents

Bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device Download PDF

Info

Publication number
RU2738852C1
RU2738852C1 RU2020120033A RU2020120033A RU2738852C1 RU 2738852 C1 RU2738852 C1 RU 2738852C1 RU 2020120033 A RU2020120033 A RU 2020120033A RU 2020120033 A RU2020120033 A RU 2020120033A RU 2738852 C1 RU2738852 C1 RU 2738852C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
terminal
diode
output
switch
voltage
Prior art date
Application number
RU2020120033A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Анатольевич Данилов
Анатолий Леонидович Иванов
Андрей Николаевич Семенов
Андрей Витальевич Шепелин
Original Assignee
Андрей Витальевич Шепелин
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 Андрей Витальевич Шепелин filed Critical Андрей Витальевич Шепелин
Priority to RU2020120033A priority Critical patent/RU2738852C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738852C1 publication Critical patent/RU2738852C1/en

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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used in electric power converters. Invention is a bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device, consisting of throttle, autotransformer, first and second switches, first, second, third and fourth diodes, first and second voltage sources, wherein first throttle terminal is connected to autotransformer middle point, second throttle terminal is the first terminal of the bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device, first output of autotransformer is connected to first lead of first switch and first lead of first diode, second output of first switch is second output of bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device, the second output of the autotransformer is connected to the first output of the second diode, the second output of the second diode is the third output of the bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device, the first output of the third diode is connected to the second output of the autotransformer, the second output of the third diode is connected to the first lead of the first voltage source, the second output of the first voltage source is connected to the second lead of the first switch, the first lead of the second voltage source is connected to the second lead of the first diode, and second output of second voltage source is connected to second output of second diode, second switch is connected antiparallel to the second diode, the fourth diode is connected antiparallel to the first switch, and windings of both autotransformer arms contain the same number of turns.
EFFECT: technical result of disclosed invention consists in improvement of reliability and reduction of weight and dimension characteristics of bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях электроэнергии.The invention relates to electrical engineering and can be used in power converters.

Одним из способов повышения надежности и КПД, улучшения ЭМС преобразователей электроэнергии, является коммутация их силовых ключей при нулевом напряжении (Zero-Voltage-Switching (ZVS)) [1]. Для реализации выключения силового ключа при нулевом напряжении используют конденсатор, подсоединенный параллельно силовому ключу, перехватывающий на себя ток силового ключа в процессе его выключения и ограничивающий скорость нарастания напряжения на силовом ключе. Однако наличие этого конденсатора влечет за собой необходимость его предварительного разряда перед включением силового ключа. Одним из способов указанного разряда является применение Устройства Обнуления Напряжения.One of the ways to increase the reliability and efficiency, improve the EMC of power converters, is switching their power switches at zero voltage (Zero-Voltage-Switching (ZVS)) [1]. To implement turning off the power switch at zero voltage, a capacitor is used, connected in parallel with the power switch, intercepting the current of the power switch in the process of turning it off and limiting the rate of voltage rise on the power switch. However, the presence of this capacitor entails the need for its preliminary discharge before turning on the power switch. One of the methods of this discharge is the use of a Voltage Zeroing Device.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому решению и взятым за прототип является Устройство Обнуления Напряжения квази-резонансного типа (далее - Устройство) [1], состоящее из дросселя, автотрансформатора (далее - AT), первого ключа, первого, второго и третьего диодов, первого и второго источников напряжения, причем первый вывод дросселя подсоединен к средней точке AT, второй вывод дросселя является первым выводом Устройства, первый вывод AT подсоединен к первому выводу первого ключа и первому выводу первого диода, второй вывод первого ключа является вторым выводом Устройства, второй вывод AT подсоединен к первому выводу второго диода, второй вывод второго диода является третьим выводом Устройства, первый вывод третьего диода подсоединен ко второму выводу AT, второй вывод третьего диода подсоединен к первому выводу первого источника напряжения, второй вывод первого источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого ключа, первый вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого диода, а второй вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу второго диода.The closest analogue in technical essence to the proposed solution and taken as a prototype is a quasi-resonant type Voltage Zeroing Device (hereinafter referred to as the Device) [1], consisting of a choke, an autotransformer (hereinafter referred to as AT), the first switch, the first, second and third diodes , the first and second voltage sources, the first terminal of the choke being connected to the midpoint AT, the second terminal of the choke is the first terminal of the Device, the first terminal AT is connected to the first terminal of the first switch and the first terminal of the first diode, the second terminal of the first switch is the second terminal of the Device, the second the AT terminal is connected to the first terminal of the second diode, the second terminal of the second diode is the third terminal of the Device, the first terminal of the third diode is connected to the second AT terminal, the second terminal of the third diode is connected to the first terminal of the first voltage source, the second terminal of the first voltage source is connected to the second terminal of the first key, the first output of the second source to voltage is connected to the second terminal of the first diode, and the second terminal of the second voltage source is connected to the second terminal of the second diode.

Недостатком такого Устройства вляется однополярный режим работы - обнуление напряжения либо на верхнем ключе ПМ (подъем напряжения на средней точке ПМ), либо на нижнем ключе ПМ (спад напряжения на средней точке ПМ). Соответственно, если есть необходимость реализации обоих режимов работы, то требуется применение двух таких Устройств. Это не позволяет максимально повысить надежность и снизить массо-габариты вследствие появления функционально дублирующих друг друга элементов - дросселя, АТ-ра и двух диодов цепи размагничивания AT.The disadvantage of such a device is the unipolar mode of operation - zeroing the voltage either on the upper PM key (voltage rise at the PM midpoint), or on the PM lower key (voltage drop at the PM midpoint). Accordingly, if there is a need to implement both modes of operation, then the use of two such Devices is required. This does not allow to maximize reliability and reduce mass dimensions due to the appearance of functionally duplicating elements - a choke, AT-ra and two diodes of the AT demagnetization circuit.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы и снижение массо-габаритов Устройства.The technical result of the claimed invention is to improve the reliability of operation and reduce the weight and dimensions of the Device.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается за счет того, что в Устройство обнуления напряжения квази-резонансного типа, состоящее из дросселя, AT, первого ключа, первого, второго и третьего диодов, первого и второго источников напряжения, причем первый вывод дросселя подсоединен к средней точке AT, второй вывод дросселя является первым выводом Устройства, первый вывод AT подсоединен к первому выводу первого ключа и первому выводу первого диода, второй вывод первого ключа является вторым выводом Устройства, второй вывод AT подсоединен к первому выводу второго диода, второй вывод второго диода является третьим выводом Устройства, первый вывод третьего диода подсоединен ко второму выводу AT, второй вывод третьего диода подсоединен к первому выводу первого источника напряжения, второй вывод первого источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого ключа, первый вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого диода, а второй вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу второго диода, введены второй ключ и четвертый диод, причем второй ключ подключен антипараллельно второму диоду, четвертый диод подключен антипараллельно первому ключу, а обмотки обоих плеч AT содержат одинаковое количество витков.The problem is solved, and the required technical result is achieved due to the fact that the device for zeroing the voltage of the quasi-resonant type, consisting of a choke, AT, first switch, first, second and third diodes, first and second voltage sources, and the first output of the choke is connected to the midpoint AT, the second terminal of the choke is the first terminal of the Device, the first terminal of AT is connected to the first terminal of the first switch and the first terminal of the first diode, the second terminal of the first switch is the second terminal of the Device, the second terminal of AT is connected to the first terminal of the second diode, the second terminal of the second diode is the third terminal of the Device, the first terminal of the third diode is connected to the second terminal AT, the second terminal of the third diode is connected to the first terminal of the first voltage source, the second terminal of the first voltage source is connected to the second terminal of the first switch, the first terminal of the second voltage source is connected to the second terminal of the first diode, and the second the terminal of the second voltage source is connected to the second terminal of the second diode, the second switch and the fourth diode are introduced, the second switch being connected antiparallel to the second diode, the fourth diode is connected antiparallel to the first switch, and the windings of both AT arms contain the same number of turns.

Таким образом получается Двунаправленное Устройство Обнуления Напряжения квази-резонансного типа (далее - Двунаправленное Устройство)Thus, a Bidirectional Voltage Zeroing Device of the quasi-resonant type is obtained (hereinafter referred to as the Bidirectional Device)

Сущность изобретения поясняется рисунком (fig. 1), на котором представлена схема Двунаправленного Устройства, осуществляющего обнуление напряжения как на верхнем, так и на нижнем силовых ключах ПМ.The essence of the invention is illustrated by the figure (fig. 1), which shows a diagram of a Bidirectional Device that zeroes the voltage on both the upper and lower power switches of the PM.

Элементы схемы, не меняющие сущность изобретения, не показаны. Двунаправленное Устройство 1 состоит из: дросселя 2, AT 3, первого ключа 4, первого 5, второго 6 и третьего 7 диодов, первого 8 и второго 9 источников напряжения, например, конденсаторов с разрядными резисторами, причем первый вывод дросселя подсоединен к средней точке AT, второй вывод дросселя, являющийся первым выводом Двунаправленного Устройства, подсоединен к средней точке ПМ 10, первый вывод AT подсоединен к первому выводу первого ключа и первому выводу первого диода, второй вывод первого ключа, являющийся вторым выводом Двунаправленного Устройства, подсоединен к шине DC+, второй вывод AT подсоединен к первому выводу второго диода, второй вывод второго диода, являющийся третьим выводом Двунаправленного Устройства, подсоединен к шине DC-, первый вывод третьего диода подсоединен ко второму выводу AT, второй вывод третьего диода подсоединен к первому выводу первого источника напряжения, второй вывод первого источника напряжения подсоединен ко второму выводу ключа, первый вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого диода, а второй вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу второго диода, введенных второго ключа 11 и четвертого диода 12, причем второй ключ подключен антипараллельно второму диоду, четвертый диод подключен антипараллельно первому ключу, а обмотки обоих плеч AT содержат одинаковое количество (по N) витков.Circuit elements that do not change the essence of the invention are not shown. Bidirectional Device 1 consists of: choke 2, AT 3, first switch 4, first 5, second 6 and third 7 diodes, first 8 and second 9 voltage sources, for example capacitors with discharge resistors, with the first output of the choke connected to the midpoint AT , the second terminal of the choke, which is the first terminal of the Bidirectional Device, is connected to the midpoint of the PM 10, the first terminal AT is connected to the first terminal of the first switch and the first terminal of the first diode, the second terminal of the first switch, which is the second terminal of the Bidirectional Device, is connected to the DC + bus, the second AT terminal is connected to the first terminal of the second diode, the second terminal of the second diode being the third terminal of the Bidirectional Device is connected to the DC- bus, the first terminal of the third diode is connected to the second AT terminal, the second terminal of the third diode is connected to the first terminal of the first voltage source, the second terminal the first voltage source is connected to the second terminal of the key, the first terminal is the second about the voltage source is connected to the second terminal of the first diode, and the second terminal of the second voltage source is connected to the second terminal of the second diode introduced by the second switch 11 and the fourth diode 12, the second switch being connected antiparallel to the second diode, the fourth diode is connected antiparallel to the first switch, and the windings of both arms AT contain the same number (by N) of turns.

Работа Двунаправленного Устройства, работающего в режиме обнуления напряжения на верхнем ключе ПМ (подъем напряжения на средней точке ПМ) повторяет работу Устройства [1]. Работа Двунаправленного Устройства, работающего в режиме обнуления напряжения на нижнем ключе ПМ (спад напряжения на средней точке ПМ), аналогична по сути, только теперь функцию первого ключа выполняет второй ключ, функцию второго диода - четвертый диод, а первый и третий диоды меняются функциями.The operation of the Bidirectional Device operating in the mode of zeroing the voltage on the upper PM switch (voltage rise at the PM midpoint) repeats the operation of the Device [1]. The operation of the Bidirectional Device operating in the mode of zeroing the voltage on the lower PM switch (voltage drop at the PM midpoint) is essentially similar, only now the function of the first switch is performed by the second switch, the function of the second diode is performed by the fourth diode, and the first and third diodes change functions.

Если требуется дополнительная фиксация состояния обнуленного напряжения на ключе ПМ на небольшой интервал времени (например, чтобы успеть включить этот ключ при нулевом напряжении), то это можно осуществить остаточным током дросселя, который будет протекать через антипараллельный диод ключа ПМ, если непосредственно до начала изменения напряжения на средней точке ПМ разогнать ток в дросселе путем задержки выключения ранее включенного другого ключа ПМ после включения соответствующего ключа Двунаправленного Устройства.If additional fixation of the state of the zeroed voltage on the PM key is required for a short time interval (for example, in order to have time to turn on this key at zero voltage), then this can be done by the residual current of the inductor, which will flow through the antiparallel diode of the PM key, if immediately before the start of the voltage change at the middle point of the PM, accelerate the current in the choke by delaying the switching off of the previously switched on other switch of the PM after switching on the corresponding switch of the Bidirectional Device.

Повышение надежности работы и снижение массо-габаритов Двунаправленного Устройства для условия обеспечения разнонаправленных режимов работы обеспечивается сокращением общего количества элементов при замене двух Устройств прототипа [1] одним заявляемым Двунаправленным Устройством: количество трансформаторов и дросселей уменьшается в 2 раза (с (1+1)×2 до (1+1)×1), количество диодов - на 2 (с (3+3) и до 4).Improving the reliability and reducing the mass dimensions of the Bidirectional Device for the provision of multidirectional operating modes is ensured by reducing the total number of elements when replacing two Devices of the prototype [1] with one declared Bidirectional Device: the number of transformers and chokes is reduced by 2 times (with (1 + 1) × 2 to (1 + 1) × 1), the number of diodes - by 2 (from (3 + 3) to 4).

Таким образом, анализ известных технических решений показал, что предложенное техническое решение проявляет новые свойства, заключающиеся в повышении надежности работы и снижение массо-габаритов при переходе к Двунаправленному Устройству.Thus, the analysis of the known technical solutions has shown that the proposed technical solution exhibits new properties, which consist in increasing the reliability of operation and reducing the mass dimensions during the transition to the Bidirectional Device.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Заявка на изобретение №2020107965/07(012869) от 25.03.2020, «УСТРОЙСТВО ОБНУЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ КВАЗИ-РЕЗОНАНСНОГО ТИПА», Данилов О.А. (RU), Иванов А.Л. (RU), Семенов А.Н. (RU), Шепелин Ан.В. (RU).1. Application for invention №2020107965 / 07 (012869) from 25.03.2020, "VOLTAGE CLEANING DEVICE OF QUASI-RESONANCE TYPE", Danilov O.A. (RU), Ivanov A.L. (RU), Semenov A.N. (RU), Shepelin An.V. (RU).

Claims (1)

Двунаправленное устройство обнуления напряжения квазирезонансного типа, состоящее из дросселя, автотрансформатора, первого ключа, первого, второго и третьего диодов, первого и второго источников напряжения, причем первый вывод дросселя подсоединен к средней точке автотрансформатора, второй вывод дросселя является первым выводом двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа, первый вывод автотрансформатора подсоединен к первому выводу первого ключа и первому выводу первого диода, второй вывод первого ключа является вторым выводом двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа, второй вывод автотрансформатора подсоединен к первому выводу второго диода, второй вывод второго диода является третьим выводом двунаправленного устройства обнуления напряжения квазирезонансного типа, первый вывод третьего диода подсоединен ко второму выводу автотрансформатора, второй вывод третьего диода подсоединен к первому выводу первого источника напряжения, второй вывод первого источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого ключа, первый вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу первого диода, а второй вывод второго источника напряжения подсоединен ко второму выводу второго диода, отличающееся тем, что введены второй ключ и четвертый диод, причем второй ключ подключен антипараллельно второму диоду, а четвертый диод подключен антипараллельно первому ключу, а обмотки обоих плеч автотрансформатора содержат одинаковое количество витков.Bi-directional quasi-resonant voltage zeroing device, consisting of a choke, autotransformer, first switch, first, second and third diodes, first and second voltage sources, the first choke terminal being connected to the midpoint of the autotransformer, the second choke terminal being the first terminal of a bi-directional quasi-resonant voltage zeroing device type, the first terminal of the autotransformer is connected to the first terminal of the first switch and the first terminal of the first diode, the second terminal of the first switch is the second terminal of a bi-directional voltage zeroing device of the quasi-resonant type, the second terminal of the autotransformer is connected to the first terminal of the second diode, the second terminal of the second diode is the third terminal of the bidirectional device zeroing the voltage of the quasi-resonant type, the first terminal of the third diode is connected to the second terminal of the autotransformer, the second terminal of the third diode is connected to the first terminal of the first voltage source, the second terminal of the first voltage source is connected to the second terminal of the first switch, the first terminal of the second voltage source is connected to the second terminal of the first diode, and the second terminal of the second voltage source is connected to the second terminal of the second diode, characterized in that the second switch and the fourth diode are introduced, the second the key is connected antiparallel to the second diode, and the fourth diode is connected antiparallel to the first key, and the windings of both arms of the autotransformer contain the same number of turns.
RU2020120033A 2020-06-10 2020-06-10 Bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device RU2738852C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120033A RU2738852C1 (en) 2020-06-10 2020-06-10 Bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120033A RU2738852C1 (en) 2020-06-10 2020-06-10 Bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738852C1 true RU2738852C1 (en) 2020-12-17

Family

ID=73834883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120033A RU2738852C1 (en) 2020-06-10 2020-06-10 Bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738852C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999009639A2 (en) * 1997-08-20 1999-02-25 International Power Systems Full wave converter switching at zero voltage
US6236191B1 (en) * 2000-06-02 2001-05-22 Astec International Limited Zero voltage switching boost topology
RU2307441C1 (en) * 2006-01-10 2007-09-27 Андрей Витальевич Шепелин Method for reducing dynamic losses in electric energy transformers
US9698689B2 (en) * 2015-04-08 2017-07-04 Microchip Technology Inc. Zero-voltage switching buck converter and control circuit therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999009639A2 (en) * 1997-08-20 1999-02-25 International Power Systems Full wave converter switching at zero voltage
US6236191B1 (en) * 2000-06-02 2001-05-22 Astec International Limited Zero voltage switching boost topology
RU2307441C1 (en) * 2006-01-10 2007-09-27 Андрей Витальевич Шепелин Method for reducing dynamic losses in electric energy transformers
US9698689B2 (en) * 2015-04-08 2017-07-04 Microchip Technology Inc. Zero-voltage switching buck converter and control circuit therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110620512B (en) Resonant converter and control method
Sakamoto et al. Switched snubber for high‐frequency switching converters
US20200350896A1 (en) Pulse voltage generation device, method, and controller
EP0674390A1 (en) A device for regulating power transferred to an electrical load
TWI677153B (en) Switching circuit
US5457379A (en) High efficiency switch mode regulator
Theron et al. The zero voltage switching partial series resonant converter
DE3308407A1 (en) POWER ADAPTER
RU2738852C1 (en) Bidirectional voltage zeroing quasi-resonant device
JP3728575B2 (en) Switching power supply with low loss snubber circuit
EP1325549B1 (en) A resonant converter
RU2307441C1 (en) Method for reducing dynamic losses in electric energy transformers
JPH10146048A (en) Chopper type dc-dc converter
JPH0685632B2 (en) DC / DC converter
JP4182306B2 (en) Forward converter with active snubber
US11063519B2 (en) Efficient high voltage power supply for pulse capacitor discharge applications
RU2725623C1 (en) Device for zero-voltage quasi-resonance type
CN215733441U (en) Hybrid direct current breaker
Huang et al. Full-bridge current mode high-frequency link inverters
CN208797834U (en) A kind of three pipe Push-pull Forward Converter of Sofe Switch
SU1594664A1 (en) D.c. to d.c. voltage converter
CN112751313A (en) Hybrid direct current breaker
RU2032506C1 (en) Welding device
SU1372537A1 (en) Single-cycle resonance converter
EP4143960A1 (en) Power converter and method for operating a power converter