RU2815911C1 - Высокоэффективный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием - Google Patents
Высокоэффективный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815911C1 RU2815911C1 RU2023121029A RU2023121029A RU2815911C1 RU 2815911 C1 RU2815911 C1 RU 2815911C1 RU 2023121029 A RU2023121029 A RU 2023121029A RU 2023121029 A RU2023121029 A RU 2023121029A RU 2815911 C1 RU2815911 C1 RU 2815911C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- transformer
- secondary winding
- voltage
- beginning
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 40
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000005669 field effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к электротехнике 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 и статических потерь. Технический результат изобретения - формирование постоянного выходного напряжения из постоянного входного напряжения и уменьшение динамических и статических 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 вторичной обмотки (6). Конец вторичной обмотки (6) подключен к одному из выводов конденсатора (9). Второй вывод конденсатора (9) подключен к аноду выпрямительного диода (10), катод которого подключен к началу вторичной обмотки (6). Параллельно последовательно включенным конденсаторам (8, 9) подключена нагрузка (11). Управляющие электроды ключей (3, 5) подключены к широтно-импульсному контроллеру (12). 1 з.п. ф-ы, 2 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 динамических и статических потерь.
Известны преобразователи постоянного напряжения с активным клампированием [1].
Недостатком известного преобразователя постоянного напряжения 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, подключённую 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, 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 высокоэффективном 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 вторичная обмотка трансформатора функционально разделена таким образом, что она функционирует на интервале времени включенного состояния силового регулирующего ключа и через выпрямительный диод подключена к первому конденсатору фильтра, и эта же обмотка, функционирует на интервале времени выключенного состояния силового регулирующего ключа и включенного дополнительного ключа клампирующего элемента, и через выпрямительный диод подключена непосредственно или через дополнительную индуктивность к входу второго конденсатора фильтра включенного последовательно с первым конденсатором фильтра, параллельно которым включена нагрузка.
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 высокоэффективного преобразователя постоянного напряжения с активным клампированием; на фиг.2 представлена принципиальная электрическая схема высокоэффективного преобразователя постоянного напряжения с активным клампированием с дополнительно включенной индуктивностью L.
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 вторым выходным конденсатором фильтра, второй вывод которого через выпрямительный диод 10, анод которого подключен к второму выводу конденсатора 9, а катод к началу обмотки 6, параллельно которым включена нагрузка 11. Управляющие электроды ключей 3, 5 подключены к широтно-импульсному контроллеру 12.
На фиг.2, представлена принципиальная электрическая схема высокоэффективного преобразователя постоянного напряжения с активным клампированием, в котором последовательно с диодом 10 включена линейная индуктивность 13.
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 T 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 I L / D, где I L – ток нагрузки, а напряжение на конденсаторе 8 определяется выражением nV IN , где n - 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 V IN D/(1-D). Вследствие переполюсовки напряжений на всех обмотках трансформатора 2 и фиксации напряжения на первичной обмотке 1 выпрямительный диод 7 запирается, а выпрямительный диод 10 переходит в проводящее состояние. В результате этого процесса на конденсаторе 9 устанавливается напряжение nV IN D/(1-D). Выходное напряжение на нагрузке 11 равное nV IN /(1-D) 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 V IN и по вторичной обмотке 6 от напряжения nV IN 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 10 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 равного nV IN .
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. Включение линейной индуктивности 13 последовательно с диодом 10 усиливает эффект разнесения фронтов тока и напряжения на силовом регулирующем ключе 3, возрастающем с увеличением величины индуктивности. Дополнительно к этому, данная индуктивность исключает возможность восстановления магнитных свойств трансформатора по вторичной обмотке 6 трансформатора 2 полностью переключая восстановление трансформатора 2 по первичной обмотке 1 клампирующим элементом.
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 высокоэффективный 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 его выключении, а также уменьшения статических потерь в силовом ключе вследствие прямоугольности тока.
1. А.с. №892614 (СССР) МКИ H02M3/335 “Однотактный регулятор постоянного напряжения” А.Г. Поликарпов, Е.Ф. Сергиенко.
Claims (2)
1. Высокоэффективный 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, отличающийся тем, что обеспечение регулирования выходного напряжения, формирование прямоугольности тока через силовой регулирующий ключ и включение силового регулирующего ключа на нулевое значение тока осуществляется подключением к началу вторичной обмотки трансформатора последовательно первого диода, включенного анодом к началу вторичной обмотки, катодом к зажиму первого конденсатора, второй вывод которого подключен к концу вторичной обмотки, и второго диода, включенного катодом к началу вторичной обмотки, а анодом к зажиму второго конденсатора, подключенного последовательно с первым конденсатором, параллельно которым включена нагрузка.
2. Высокоэффективный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием по п.1, отличающийся тем, что последовательно со вторым диодом включена линейная индуктивность.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2815911C1 true RU2815911C1 (ru) | 2024-03-25 |
Family
ID=
Citations (4)
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 |
US4809148A (en) * | 1987-10-21 | 1989-02-28 | British Columbia Telephone Company | Full-fluxed, single-ended DC converter |
RU2647864C2 (ru) * | 2016-08-16 | 2018-03-21 | Сергей Иванович Титков | Импульсный преобразователь постоянного напряжения |
KR20180109796A (ko) * | 2018-09-27 | 2018-10-08 | 이주호 | 스위칭 레귤레이터의 dc/dc 컨버터회로 |
Patent Citations (4)
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 |
US4809148A (en) * | 1987-10-21 | 1989-02-28 | British Columbia Telephone Company | Full-fluxed, single-ended DC converter |
RU2647864C2 (ru) * | 2016-08-16 | 2018-03-21 | Сергей Иванович Титков | Импульсный преобразователь постоянного напряжения |
KR20180109796A (ko) * | 2018-09-27 | 2018-10-08 | 이주호 | 스위칭 레귤레이터의 dc/dc 컨버터회로 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7746670B2 (en) | Dual-transformer type of DC-to-DC converter | |
US9812977B2 (en) | Resonant converters with an improved voltage regulation range | |
US9467057B2 (en) | Resonant converters and methods | |
US9350260B2 (en) | Startup method and system for resonant converters | |
US7768807B2 (en) | Bidirectional no load control with overshoot protection | |
US7535733B2 (en) | Method of controlling DC-to-DC converter whereby switching control sequence applied to switching elements suppresses voltage surges at timings of switch-off of switching elements | |
CN111656661A (zh) | 恒频dc / dc功率转换器 | |
US7848119B2 (en) | Direct current to direct current converter | |
US20230307928A1 (en) | Charging system, charging method, and vehicle | |
RU2815911C1 (ru) | Высокоэффективный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2806668C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2809337C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
JP6803993B2 (ja) | 直流電圧変換器、および直流電圧変換器の作動方法 | |
RU2809335C1 (ru) | Низковольтный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2812961C1 (ru) | Обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
JPS5849112B2 (ja) | 転流回路 | |
RU2802595C1 (ru) | Однотактный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2809839C1 (ru) | Низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения | |
RU2815910C1 (ru) | Регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2806673C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности со стабилизацией постоянного выходного напряжения | |
RU2815073C1 (ru) | Двухполярный регулятор постоянного напряжения | |
RU2802914C1 (ru) | Преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение | |
RU2815076C1 (ru) | Импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2805046C1 (ru) | Корректор коэффициента мощности | |
RU2817315C1 (ru) | Магнитносвязанный корректор коэффициента мощности со стабилизацией постоянного выходного напряжения |