RU2809839C1 - Низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения - Google Patents
Низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809839C1 RU2809839C1 RU2023112336A RU2023112336A RU2809839C1 RU 2809839 C1 RU2809839 C1 RU 2809839C1 RU 2023112336 A RU2023112336 A RU 2023112336A RU 2023112336 A RU2023112336 A RU 2023112336A RU 2809839 C1 RU2809839 C1 RU 2809839C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridge
- voltage
- transformer
- secondary winding
- converter
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 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 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, в частности 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 статических и динамических потерь. Технический результат - формирование низковольтного постоянного выходного напряжения из высоковольтного постоянного входного напряжения и уменьшение динамических и статических потерь мощности. В устройстве полумост 1, состоящий из двух последовательно включенных ключей 2 и 3, реализованных в виде полевых транзисторов MOSFET, управляющие электроды которых подключены к широтно-импульсному контроллеру 4, и двух последовательно включенных конденсаторов 5 и 6, подключен к источнику входного постоянного напряжения. В диагональ полумоста 1 включена первичная обмотка 7 трансформатора 8, началом к общей точке соединения ключей 2 и 3 полумоста, а концом к общей точке соединения конденсаторов 5 и 6 полумоста. Начало первой вторичной обмотки 9 трансформатора 8 соединено с началом второй вторичной обмотки 10. Конец первой вторичной обмотки 9 подключен к катоду диода 11, а конец второй вторичной обмотки 10 подключен к катоду диода 12, аноды диодов 11 и 12 объединены в общую точку соединения. Общие точки начал вторичных обмоток 9 и 10 трансформатора 8 и общие точки соединения анодов диодов 11 и 12 подключены ко входу Г-образного LC-фильтра 13, параллельно выходным зажимам которого подключена нагрузка 14. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности, 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 статических и динамических потерь мощности.
Известны полумостовые преобразователи постоянного напряжения [1].
Недостатком известного полумостового преобразователя постоянного напряжения являются сложности получения низкого выходного напряжения, составляющего единицы вольт, возможности включения силового ключа на нулевое значение тока, что приводит к увеличению динамических потерь при его включении и уменьшение статических потерь при низком уровне выходного напряжения из-за напряжений на выпрямительных диодах в проводящем состоянии, соизмеримых с уровнем выходного напряжения.
Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству полумостовой преобразователь постоянного напряжения, подключенный к источнику постоянного входного напряжения, приведенный в [1], содержащий первичную обмотку трансформатора, подключённую в диагональ полумоста, трансформатор, осуществляющий электрическую развязку и получение требуемого уровня постоянного выходного напряжения, вторичные обмотки, подключённые через выпрямительные диоды ко входу Г-образного LC-фильтра, к выходу которого подключена нагрузка.
Цель изобретения - устранение указанных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в низковольтном полумостовом преобразователе постоянного напряжения, первичная обмотка трансформатора которого включена в диагональ полумоста, а две вторичные обмотки с разным с разным числом витков с последовательно включенными диодами включены синфазно и параллельно, и подключены к входным зажимам Г-образного LC-фильтра, к выходным зажимам которого подключена нагрузка.
На фиг. 1, 2 и 3 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого низковольтного полумостового преобразователя постоянного напряжения. На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема низковольтного полумостового преобразователя постоянного напряжения; на фиг.2 представлена принципиальная электрическая схема низковольтного полумостового преобразователя постоянного напряжения с введением небольшой линейной индуктивности в цепь первичной обмотки трансформатора; на фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема низковольтного полумостового преобразователя постоянного напряжения c использованием синхронных выпрямителей вместо выпрямительных диодов.
В нем (фиг. 1) первичная обмотка 7 трансформатора 8 включена в диагональ полумоста 1, началом к общей точке соединения ключей 2 и 3 полумоста, а концом к общей точке соединения конденсаторов 5 и 6 полумоста. Начало первой вторичной обмотки 9 трансформатора 8 соединено с началом второй вторичной обмотки 10. Конец первой вторичной обмотки 9 подключен к катоду диода 11, а конец второй вторичной обмотки 10 подключен к катоду диода 12, аноды диодов 11 и 12 объединены в общую точку соединения. Общие точки начал вторичных обмоток 9 и 10 трансформатора 8 и общие точки соединения анодов диодов 11 и 12 подключены ко входу Г-образного LC-фильтра 13, параллельно выходным зажимам которого подключена нагрузка 14. Управляющие электроды ключей 2 и 3 подключены к широтно-импульсному контроллеру 4.
Принцип действия предлагаемого низковольтного полумостового преобразователя постоянного напряжения рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора 8.
Обозначим через D относительную к периоду T длительность включенного состояния ключа 2. В этом случае на этапе замкнутого состояния DT ключа 2 происходит передача энергии в нагрузку через вторичную обмотку, имеющую большее число витков, допустим, что это вторичная обмотка 9. В этом случае передача энергии в нагрузку идет через прямосмещенный диод 11 вторичную обмотку 9 и Г-образный LC-фильтр, в то время как диод 9 заперт и находится под обратным напряжением, равным разности напряжений на вторичных обмотках 9 и 10, т.е. (n 1 -n 2 )V IN (1-D), где n 1 - есть отношение витков обмоток 9 и 7, а n 2 - есть отношение витков обмоток 10 и 7. При выключении силового регулирующего ключа 2 происходит включение силового регулирующего ключа 3 полумоста и на всех обмотках трансформатора происходит переполюсовка напряжений, а на первичной обмотке 7 трансформатора 8 устанавливается напряжение V IN D равное среднему напряжению на конденсаторе 6. Это напряжение трансформируется во вторичные обмотки 9 и 10 трансформатора 8 в виде напряжения с отрицательным знаком, что приводит к переключению тока дросселя Г-образного LC-фильтра на диод, находящийся под меньшим отрицательным напряжением, в нашем случае диод 12, поскольку число витков вторичной обмотки 10 меньше числа витков вторичной обмотки 9. На этом интервале времени (1-D)T, проводящего состояния силового регулирующего ключа 3, обратное напряжение на запертом диоде 11 равно (n 1 -n 2 )V IN D. Таким образом, на входе Г-образного LC-фильтра действует разнополярное напряжение равное n 1 V IN (1-D) на интервале времени DT, включенного состояния силового регулирующего ключа 2, и отрицательное напряжение -n 2 V IN D на интервале времени (1-D)T, включенного состояния силового регулирующего ключа 3.
Вследствие этого на нагрузке устанавливается выходное напряжение (n 1 -n 2 )V IN D(1-D). Таким образом низкое выходное напряжение определяется в основном разностью коэффициентов трансформаций при любых значениях n 1 и n 2 , что позволяет обеспечить хороший коэффициент связи между первичной и вторичными обмотками трансформатора 8 при значительном различии величин входного (десятки вольт) и выходного (единиц вольт) напряжений. Временная задержка передачи энергии в выходную цепь при включении силового регулирующего ключа 2 приводит к разнесению фронтов тока и напряжения на силовых регулирующих ключах 2 и 3, и снижению динамических потерь при их включении. Это достигается введением небольшой линейной индуктивности 15 последовательно с первичной обмоткой 7 фиг. 2.
При низком выходном напряжении, которое реализуется в предлагаемом устройстве, прямые падения напряжений на диодах, находящихся в проводящемся состоянии, оказываются существенными, что влияет на коэффициент полезного действия. Для снижения этого влияния целесообразно вместо выпрямительных диодов использовать синхронные выпрямители 16 и 17 реализованные на полевых транзисторах MOSFET со своей схемой управления 18 фиг. 3.
Таким образом, предлагаемый низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения, по сравнению с известным устройством позволяет формировать низковольтное постоянное выходное напряжение из высокого постоянного входного напряжения с уменьшением статических и динамических потерь мощности.
1. Robert W. Erickson Fundamentals of Power Electronics Фиг. 6.21, стр. 158.
Claims (4)
1. Низковольтный преобразователь постоянного напряжения, содержащий полумостовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное, трансформатор, имеющий первичную обмотку, включенную в диагональ полумостового преобразователя, подключенного к источнику постоянного входного напряжения, две вторичные обмотки трансформатора с последовательно включенными выпрямительными элементами подключены к Г-образному LC-фильтру, отличающийся тем, что две вторичные обмотки трансформатора с последовательно включенными выпрямительными элементами включены синфазно и параллельно относительно друг друга и подключены к входным зажимам Г-образного LC-фильтра, к выходным зажимам которого подключена нагрузка, при этом одна из вторичных обмоток трансформатора имеет большее число витков, чем другая.
2. Низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения по п.1, отличающийся тем, что последовательно с одной из обмоток трансформатора, включена линейная индуктивность.
3. Низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения по п.1, отличающийся тем, что выпрямительными элементами являются диоды.
4. Низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения по п.1, отличающийся тем, что выпрямительными элементами являются транзисторы, подключенные к введенной схеме управления.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2809839C1 true RU2809839C1 (ru) | 2023-12-19 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4355352A (en) * | 1979-08-03 | 1982-10-19 | Bloom Gordon E | DC to DC Converter |
SU1275694A1 (ru) * | 1985-03-22 | 1986-12-07 | Предприятие П/Я Р-6045 | Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени |
US4809148A (en) * | 1987-10-21 | 1989-02-28 | British Columbia Telephone Company | Full-fluxed, single-ended DC converter |
RU2145145C1 (ru) * | 1998-02-19 | 2000-01-27 | Научно-производственный центр "Полюс" | Преобразователь напряжения |
RU2242078C1 (ru) * | 2003-04-02 | 2004-12-10 | Кабелев Борис Вениаминович | Способ двухтактного несимметричного импульсного преобразования постоянного напряжения |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4355352A (en) * | 1979-08-03 | 1982-10-19 | Bloom Gordon E | DC to DC Converter |
SU1275694A1 (ru) * | 1985-03-22 | 1986-12-07 | Предприятие П/Я Р-6045 | Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени |
US4809148A (en) * | 1987-10-21 | 1989-02-28 | British Columbia Telephone Company | Full-fluxed, single-ended DC converter |
RU2145145C1 (ru) * | 1998-02-19 | 2000-01-27 | Научно-производственный центр "Полюс" | Преобразователь напряжения |
RU2242078C1 (ru) * | 2003-04-02 | 2004-12-10 | Кабелев Борис Вениаминович | Способ двухтактного несимметричного импульсного преобразования постоянного напряжения |
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 | |
Hsieh et al. | High-conversion-ratio bidirectional DC–DC converter with coupled inductor | |
US20160294294A1 (en) | Resonant Converters with an Improved Voltage Regulation Range | |
US6185111B1 (en) | Switching power supply apparatus | |
US6744647B2 (en) | Parallel connected converters apparatus and methods using switching cycle with energy holding state | |
Coccia et al. | Wide input voltage range compensation in DC/DC resonant architectures for on-board traction power supplies | |
US10742130B2 (en) | Phase shift bridge converter using clamp circuit connected to the center-tap of the transformer on the secondary side | |
RU2809839C1 (ru) | Низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения | |
KR100874809B1 (ko) | 영전압-영전류 스위칭을 이용한 3레벨 직류-직류 컨버터 | |
RU2809335C1 (ru) | Низковольтный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
KR100842734B1 (ko) | 영전압-영전류 스위칭을 이용한 3레벨 직류-직류 컨버터 | |
RU2815911C1 (ru) | Высокоэффективный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
US10673317B2 (en) | Soft-switching low input current-ripple power inversion circuits | |
RU2806668C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2809337C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
Ekkaravarodome et al. | DC-DC high conversion ratio push-pull resonant converter based on voltage double rectifier | |
RU2802595C1 (ru) | Однотактный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2812961C1 (ru) | Обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2802914C1 (ru) | Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение | |
RU2815910C1 (ru) | Регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2812962C1 (ru) | Двухполярный регулятор постоянного напряжения | |
RU2815073C1 (ru) | Двухполярный регулятор постоянного напряжения | |
RU2805046C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности | |
Yu et al. | A novel non-isolated GaN-based DC-DC converter with high step-down gain | |
RU2815076C1 (ru) | Импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа |