RU2809337C1 - Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием - Google Patents
Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809337C1 RU2809337C1 RU2023108988A RU2023108988A RU2809337C1 RU 2809337 C1 RU2809337 C1 RU 2809337C1 RU 2023108988 A RU2023108988 A RU 2023108988A RU 2023108988 A RU2023108988 A RU 2023108988A RU 2809337 C1 RU2809337 C1 RU 2809337C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- transformer
- capacitor
- filter
- switch
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000005669 field effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям постоянного напряжения с активным клампированием. Техническим результатом заявленного изобретения является формирование постоянного выходного напряжения из постоянного входного напряжения, обеспечение возможности включения силового ключа на нулевое значение тока, формирование прямоугольной формы тока через силовой регулирующий ключ, уменьшение динамических потерь. Устройство содержит трансформатор (2), начало первичной обмотки (1) которого соединено с положительным полюсом входного источника постоянного напряжения, а конец первичной обмотки (1) через силовой регулирующий ключ 3, реализованный в виде полевого транзистора MOSFET, подключен к отрицательному полюсу входного источника постоянного напряжения. Параллельно первичной обмотке (1) трансформатора (2) включен клампирующий элемент, составленный из последовательно соединенных конденсатора (4) и дополнительного ключа (5), реализованного в виде полевого транзистора MOSFET. С началом вторичной обмотки (6) трансформатора (2) соединен анод выпрямительного диода (7), катод которого подключен к одному из выводов конденсатора (8), второй вывод которого подключен к концу обмотки (6). Конец обмотки (6) подключен к одному из выводов конденсатора (9), являющегося выходным конденсатором Г-образного LC-фильтра, второй вывод которого через индуктивность (10) Г-образного LC-фильтра и выпрямительный диод (11), анод которого подключен к индуктивности (10), а катод к началу вторичной обмотки (12), конец которой соединен с концом вторичной обмотки 6. К общей точке соединения индуктивности 10 и выпрямительного диода 11 подключен анод шунтирующего диода (13), катод которого подключен к общей точке соединения вторичных обмоток (6, 12) и конденсаторов (8, 9), параллельно которым включена нагрузка (14). Управляющие электроды ключей (3, 5) подключены к широтно-импульсному контроллеру (15). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в постоянное и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования, регулирования и стабилизации постоянного выходного напряжения, гальванически отделенного от входного постоянного напряжения и уменьшения динамических потерь.
Известны преобразователи постоянного напряжения с активным клампированием [1].
Недостатком известного преобразователя постоянного напряжение с активным клампированием является отсутствие возможности включения силового ключа на нулевое значение тока, что приводит к увеличению динамических потерь в силовом ключе при его включении, а также трапецеидальная форма тока через силовой ключ, что приводит к дополнительным потерям в силовом ключе в проводящем состоянии и динамических потерь при его выключении.
Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием приведенный в [1], содержащий первичную обмотку трансформатора, подключенную через силовой регулирующий ключ к зажимам входного источника постоянного напряжения, параллельно которой подключен клампирующий элемент, составленный из последовательно соединенных конденсатора и дополнительного ключа, трансформатор, осуществляющий электрическую развязку и получение требуемого уровня постоянного выходного напряжения, вторичные обмотки, подключенные через выпрямительные диоды ко входу Г-образного LC-фильтра, к выходу которого подключена нагрузка.
Цель изобретения - формирование постоянного выходного напряжения из постоянного входного напряжения, обеспечение возможности включения силового ключа на нулевое значение тока, формирование прямоугольной формы тока через силовой регулирующий ключ, уменьшение динамических потерь.
Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения с активным клампированием, первичная обмотка трансформатора которого через силовой регулирующий ключ подключена к зажимам входного источника постоянного напряжения, параллельно которой включен клампирующий элемент, а вторичные обмотки трансформатора функционально разделены таким образом, что одна из них функционирует на интервале времени включенного состояния силового регулирующего ключа и через первый выпрямительный диод подключена к выходному конденсатору С-фильтра, а другая, функционирует на интервале времени выключенного состояния силового регулирующего ключа и включенного дополнительного ключа клампирующего элемента, и через второй выпрямительный диод подключена ко входу Г-образного LC-фильтра, выходной конденсатор которого включен последовательно с конденсатором С-фильтра, параллельно которым включена нагрузка, а вход Г-образного LC-фильтра через шунтирующий диод соединен с общей точкой соединения конденсаторов фильтров и точкой соединения вторичных обмоток трансформатора.
На фиг. 1 и 2 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого преобразователя постоянного напряжения с активным клампированием. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя постоянного напряжения с активным клампированием; на фиг. 2 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя постоянного напряжения с активным клампированием при равенстве числа витков вторичных обмоток.
В нем (фиг. 1) начало первичной обмотки 1 трансформатора 2 соединено с положительным полюсом входного источника постоянного напряжения, а конец первичной обмотки 1 через силовой регулирующий ключ 3, реализованный в виде полевого транзистора MOSFET, подключен к отрицательному полюсу входного источника постоянного напряжения. Параллельно первичной обмотке 1 трансформатора 2 включен клампирующий элемент, составленный из последовательно соединенных конденсатора 4 и дополнительного ключа 5, реализованного в виде полевого транзистора MOSFET. С началом вторичной обмотки 6 трансформатора 2 соединен анод выпрямительного диода 7, катод которого подключен к одному из выводов конденсатора 8, второй вывод которого подключен к концу обмотки 6. Конец обмотки 6 подключен к одному из выводов конденсатора 9, являющегося выходным конденсатором Г-образного LC-фильтра, второй вывод которого через индуктивность 10 Г-образного LC-фильтра и выпрямительный диод 11, анод которого подключен к индуктивности 10, а катод к началу вторичной обмотки 12, конец которой соединен с концом вторичной обмотки 6. К общей точке соединения индуктивности 10 и выпрямительного диода 11 подключен анод шунтирующего диода 13, катод которого подключен к общей точке соединения вторичных обмоток 6, 12 и конденсаторов 8, 9, параллельно которым включена нагрузка 14. Управляющие электроды ключей 3, 5 подключены к широтно-импульсному контроллеру 15.
На фиг. 2, при равенстве числа витков вторичных обмоток, катод второго выпрямительного диода 11 подключен к началу вторичной обмотки 6, что эквивалентно запараллеливанию двух вторичных обмоток 6 и 12.
Принцип действия предлагаемого преобразователя постоянного напряжения с активным клампированием рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора 2. Обозначим через D относительную к периоду Т длительность включенного состояния ключа 3. В этом случае на этапе замкнутого состояния DT ключа 3 происходит передача энергии в нагрузку через прямосмещенный выпрямительный диод 7 и вторичную обмотку 6. При этом вследствие баланса зарядов на интервалах времени DT и (1-D)T конденсатора 8 через выпрямительный диод 7 течет ток IL/D, где IL - ток нагрузки, а напряжение на конденсаторе 8 определяется выражением n1VIN, где n1 - отношение витков обмотки 6 к обмотке 1.
После выключения ключа 3 включается дополнительный ключ 5 клампирующего элемента и напряжение на обмотке 1 трансформатора 2 фиксируется на уровне напряжения на конденсаторе 4 равного VIND/(1-D). Вследствие переполюсовки напряжений на всех обмотках трансформатора 2 и фиксации напряжения на первичной обмотке 1 выпрямительный диод 7 и шунтирующий диод 13 запираются, а выпрямительный диод 11 переходит в проводящее состояние. В результате этого процесса на конденсаторе 9 устанавливается напряжение n2VIND, где n2 - отношение витков обмотки 12 к обмотке 1. Выходное напряжение на нагрузке 14 VIN (n1+n2D) определяется суммой напряжений на конденсаторах 8 и 9, включенных последовательно.
При передаче энергии в выходную цепь на интервале времени DT, включенного состояния ключа 3, протекают два процесса: один из которых связан с одновременным намагничиванием трансформатора 2 по первичной обмотке 1 от источника входного напряжения VIN и по вторичной обмотке 6 от напряжения n1VIN на конденсаторе 8. В результате этих намагничиваний токи пропорционально линейно нарастают. Во вторичной обмотке 6 нарастание этого тока приводит к уменьшению тока через выпрямительный диод 7, находящийся в проводящем состоянии на этом интервале времени. Линейное уменьшение тока через выпрямительный диод 7 трансформируется в первичную обмотку 1 и компенсирует линейное нарастание тока по первичной обмотке 1, что приводит к прямоугольной форме тока через регулирующий ключ 3.
Второй процесс связан с моментом включения силового регулирующего ключа 3. При включении силового регулирующего ключа 3 и выключении дополнительного ключа 5 клампирующего элемента происходит переполюсовка напряжений на обмотках трансформатора 2, приводящая к выключению выпрямительного диода 11, включению шунтирующего диода 13 и включению выпрямительного диода 7. Однако включение выпрямительного диода 7 происходит с временной задержкой по отношению к моменту включения регулирующего ключа 3. Эта задержка обусловлена конечным временем изменения напряжения на обмотках трансформатора 2 и положительным потенциалом на катоде выпрямительного диода 7, равным n1VIN.
Временная задержка передачи энергии в выходную цепь при включении силового регулирующего ключа 3 приводит к разнесению фронтов тока и напряжения на силовом регулирующем ключе 3 и снижению динамических потерь при его включении.
Как уже отмечалось выше, ток через силовой регулирующий ключ 3 носит прямоугольный характер, что снижает потери на силовом регулирующем ключе 3 при его выключении, поскольку ключ выключается на меньший ток.
Таким образом, предлагаемый преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием, по сравнению с известным устройством позволяет формировать постоянное выходное напряжение из постоянного входного напряжения с уменьшением динамических потерь, обеспечивая возможность включения силового ключа на нулевое значение тока и, как следствие, уменьшение динамических потерь в силовом ключе при его включении и вследствие прямоугольности тока в проводящем состоянии при выключении.
Источники информации
1. А.с. №892614 (СССР), МКИ Н02М 3/335, "Однотактный регулятор постоянного напряжения" А.Г. Поликарпов, Е.Ф. Сергиенко.
Claims (2)
1. Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием, содержащий трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную через силовой регулирующий ключ к выводам источника постоянного входного напряжения, параллельно которой включен клампирующий элемент, составленный из последовательно соединенных конденсатора и дополнительного ключа, вторичные обмотки с выпрямительными диодами, подключенные к Г-образному LC-фильтру, отличающийся тем, что первая вторичная обмотка трансформатора через последовательно включенный первый выпрямительный диод подключена к зажимам выходного конденсатора С-фильтра, вторая вторичная обмотка трансформатора, концом соединенная с первой, через последовательно включенный второй выпрямительный диод подключена к зажимам Г-образного LC-фильтра, выходной конденсатор которого соединен последовательно с выходным конденсатором С-фильтра, параллельно которым включена нагрузка, а первый вывод дросселя Г-образного LC-фильтра через шунтирующий диод соединен с общей точкой соединения конденсаторов фильтров и точкой соединения вторичных обмоток трансформатора.
2. Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием по п. 1, отличающийся тем, что при равенстве числа витков вторичных обмоток катод второго выпрямительного диода подключен к началу первой вторичной обмотки.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2809337C1 true RU2809337C1 (ru) | 2023-12-11 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU892614A1 (ru) * | 1980-04-11 | 1981-12-23 | Московский Ордена Ленина Энергетический Институт | Однотактный регул тор посто нного напр жени |
SU892613A1 (ru) * | 1980-04-24 | 1981-12-23 | Московский Ордена Ленина Энергетический Институт | Однотактный регул тор посто нного напр жени |
SU1152074A1 (ru) * | 1983-08-31 | 1985-04-23 | Предприятие П/Я Р-6510 | Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени |
JP3340070B2 (ja) * | 1998-05-01 | 2002-10-28 | オリジン電気株式会社 | Dc/dcコンバータ |
KR20180109796A (ko) * | 2018-09-27 | 2018-10-08 | 이주호 | 스위칭 레귤레이터의 dc/dc 컨버터회로 |
RU2779933C1 (ru) * | 2022-02-11 | 2022-09-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Однотактный прямо-обратноходовой преобразователь |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU892614A1 (ru) * | 1980-04-11 | 1981-12-23 | Московский Ордена Ленина Энергетический Институт | Однотактный регул тор посто нного напр жени |
SU892613A1 (ru) * | 1980-04-24 | 1981-12-23 | Московский Ордена Ленина Энергетический Институт | Однотактный регул тор посто нного напр жени |
SU1152074A1 (ru) * | 1983-08-31 | 1985-04-23 | Предприятие П/Я Р-6510 | Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени |
JP3340070B2 (ja) * | 1998-05-01 | 2002-10-28 | オリジン電気株式会社 | Dc/dcコンバータ |
KR20180109796A (ko) * | 2018-09-27 | 2018-10-08 | 이주호 | 스위칭 레귤레이터의 dc/dc 컨버터회로 |
RU2779933C1 (ru) * | 2022-02-11 | 2022-09-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Однотактный прямо-обратноходовой преобразователь |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10833594B2 (en) | System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding | |
US7746670B2 (en) | Dual-transformer type of DC-to-DC converter | |
US9812977B2 (en) | Resonant converters with an improved voltage regulation range | |
US7405955B2 (en) | Switching power supply unit and voltage converting method | |
US9350260B2 (en) | Startup method and system for resonant converters | |
WO2019102474A1 (en) | Constant frequency dc/dc power converter | |
US20080290730A1 (en) | Flyback Converter | |
US20230307928A1 (en) | Charging system, charging method, and vehicle | |
RU2809337C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2385526C1 (ru) | Стабилизированный квазирезонансный преобразователь | |
US11646652B1 (en) | Switching power supply rectifier with voltage clamps to clamp voltage transients on output coil of transformer | |
RU2806668C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2815911C1 (ru) | Высокоэффективный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2809335C1 (ru) | Низковольтный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2802595C1 (ru) | Однотактный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2812961C1 (ru) | Обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2815910C1 (ru) | Регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
KR102075470B1 (ko) | 플라이백 컨버터 | |
RU2809839C1 (ru) | Низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения | |
RU2815073C1 (ru) | Двухполярный регулятор постоянного напряжения | |
RU2818293C1 (ru) | Двухтактный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2817315C1 (ru) | Магнитносвязанный корректор коэффициента мощности со стабилизацией постоянного выходного напряжения | |
RU2818295C1 (ru) | Квазидвухтактный однотактный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2815076C1 (ru) | Импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2806673C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности со стабилизацией постоянного выходного напряжения |