RU2818293C1 - Push-pull dc voltage converter - Google Patents

Push-pull dc voltage converter Download PDF

Info

Publication number
RU2818293C1
RU2818293C1 RU2024100011A RU2024100011A RU2818293C1 RU 2818293 C1 RU2818293 C1 RU 2818293C1 RU 2024100011 A RU2024100011 A RU 2024100011A RU 2024100011 A RU2024100011 A RU 2024100011A RU 2818293 C1 RU2818293 C1 RU 2818293C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
power control
primary winding
transformer
voltage
Prior art date
Application number
RU2024100011A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Григорьевич Поликарпов
Владимир Анатольевич Поликарпов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн"
Application granted granted Critical
Publication of RU2818293C1 publication Critical patent/RU2818293C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to push-pull DC voltage converters, and can be used in secondary power supply systems for conversion, stabilization and control of constant output voltage, galvanically separated from input constant voltage. Device comprises power transformer 2, in which the beginning of first primary winding 1 is connected to the positive terminal of the input DC voltage source, and the end of first primary winding 1 is connected through power control switch 3, made on a field-effect transistor MOSFET, to a negative terminal of an input source of constant voltage, which forms a common bus. Capacitor 4 is connected to the common point of connection of first control switch 3 with the end of first primary winding 1, the second pole of which is connected to the end of second primary winding 5, the beginning of which is connected to a common bus. To the common connection point of capacitor 4 with the end of second primary winding 5, second power control switch 6, made on the MOSFET field-effect transistor, is connected, which second pole is connected to positive terminal of input constant voltage source. Beginning of secondary winding 7 of transformer 2 is connected to the anode of rectifying diode 8, the cathode of which is connected to the input terminals of L-shaped LC filter 9, to the output terminals of which load 10 is connected. End of secondary winding 7 of transformer 2 is connected to the beginning of second secondary winding 11, the end of which is connected to the anode of rectifying diode 12, the cathode of which is connected to the input terminals of L-shaped LC-filter 9. Common point of connection of secondary windings 7, 11 is connected to load 10.
EFFECT: elimination of high-voltage surges on power control switches when they are switched off due to presence of leakage inductances on primary windings of the transformer, to which power control switches are connected.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к двухтактным преобразователям постоянного напряжения, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования, стабилизации и регулирования постоянного выходного напряжения, гальванически отделенного от входного постоянного напряжения.The invention relates to electrical engineering, in particular to push-pull DC voltage converters, and can be used in secondary power supply systems for converting, stabilizing and regulating a constant output voltage, galvanically separated from the input direct voltage.

Известныдвухтактные преобразователи постоянного напряжения с гальваническим разделением выходного постоянного напряжения от входного постоянного напряжения [1].Push-pull DC-DC converters with galvanic separation of the output DC voltage from the input DC voltage are known [1].

Недостатком известных двухтактныхпреобразователей постоянного напряжения с гальваническим разделением выходного постоянного напряжения от входного постоянного напряжения является высоковольтный всплеск напряжения на силовых регулирующих ключах при их выключении из-за наличия индуктивностей рассеяния первичных обмоток трансформатора, к которым подключенысиловые регулирующие ключи.The disadvantage of the known push-pull DC-DC converters with galvanic separation of the output DC voltage from the input DC voltage is a high-voltage surge in the voltage on the power control switches when they are turned off due to the presence of leakage inductances in the primary windings of the transformer to which the power control switches are connected.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству двухтактный преобразователь постоянного напряжения с гальваническим разделением выходного постоянного напряжения от входного постоянного напряжения содержащий две первичные обмотки трансформатора включенные согласно, общая точка соединения которых подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, а через два регулирующих ключа выполненных на полевых транзисторах MOSFET, подключенных первыми полюсами к противоположным выводам первичных обмоток трансформатора, а вторыми полюсами к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, две вторичные обмотки трансформатора, включенные согласно, к противоположным выводам которых анодами подключены два выпрямительных диода, катоды которых объединены в общую точку соединения и подключены ко входуГ-образного LC-фильтра, к выходным зажимам которого подключена нагрузка, а общая точка соединения вторичных обмоток подключена к нагрузке [1].The closest in technical essence to the proposed device is a push-pull DC-DC converter with galvanic separation of the output DC voltage from the input DC voltage, containing two primary windings of the transformer connected in accordance, the common connection point of which is connected to the positive terminal of the input DC voltage source, and through two regulating switches made at MOSFET field-effect transistors connected with the first poles to the opposite terminals of the primary windings of the transformer, and with the second poles to the negative terminal of the input constant voltage source, forming a common bus, two secondary windings of the transformer, connected in accordance, to the opposite terminals of which the anodes are connected to two rectifier diodes, the cathodes of which are combined to a common connection point and connected to the input of an L-shaped LC filter, to the output terminals of which a load is connected, and the common connection point of the secondary windings is connected to the load [1].

Недостатком данного двухтактного преобразователя постоянного напряжения являются высоковольтные всплески напряжения на силовых регулирующих ключахпри их выключении из-за наличия индуктивностей рассеяния на первичных обмотках трансформатора, к которым подключены силовые регулирующие ключи.The disadvantage of this push-pull DC-DC converter is high-voltage voltage surges on the power control switches when they are turned off due to the presence of leakage inductances on the primary windings of the transformer to which the power control switches are connected.

Цель изобретения - устранение высоковольтных всплесков напряжения на силовых регулирующих ключах при их выключении из-за наличия индуктивностей рассеяния на первичных обмотках трансформатора, к которым подключены силовые регулирующие ключи.The purpose of the invention is to eliminate high-voltage surges on power control switches when they are turned off due to the presence of leakage inductances on the primary windings of the transformer to which the power control switches are connected.

Поставленная цель достигается тем, что в двухтактном преобразователе постоянного напряжения две первичные обмотки трансформатора, включенные встречно, соединяются через конденсатортаким образом, что первая первичная обмотка трансформатора началом подключена к положительному выводу входного постоянного напряжения, концом к первому силовому регулирующему ключувыполненному на полевом транзисторе MOSFET, второй полюс которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения,образующего общую шину,а вторая первичная обмотка трансформатора концом подключена к первому полюсу второго силового регулирующего ключа выполненного на полевом транзисторе MOSFET, второй полюс которого подключен к положительному выводу источника входного постоянного напряжения, а начало второй первичной обмотки подключено к общей шине входного источника постоянного напряжения.This goal is achieved by the fact that in a push-pull DC-DC converter, two primary windings of the transformer, connected in opposite directions, are connected through a capacitor in such a way that the first primary winding of the transformer is connected at the beginning to the positive terminal of the input DC voltage, at the end to the first power control switch made on a MOSFET field-effect transistor, the second the pole of which is connected to the negative terminal of the input constant voltage source, forming a common bus, and the second primary winding of the transformer is connected at its end to the first pole of the second power control switch made on a MOSFET field-effect transistor, the second pole of which is connected to the positive terminal of the input constant voltage source, and the beginning of the second the primary winding is connected to the common bus of the input DC voltage source.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема двухтактного преобразователя постоянного напряжения.Figure 1 shows a schematic electrical diagram of a push-pull DC-DC converter.

В нем начало первой первичной обмотки 1 трансформатора 2 соединено с положительным выводом входного источника постоянного напряжения, а конец первой первичной обмотки через первый силовой регулирующий ключ 3,выполненный на полевом транзисторе MOSFET,подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину. К общей точке соединения первого силового регулирующего ключа 3 с концом первичной обмотки 1 подключен конденсатор 4, второй полюс которого подключен к концу второй первичной обмотки 5, начало которой подключено к общей шине.К общей точке соединения конденсатора 4 с концом второй первичной обмотки 5 подключен первый полюс второго силового регулирующего ключа 6,выполненного на полевом транзисторе MOSFET, второй полюс которого соединен с положительным выводом входного источника постоянного напряжения. С началом вторичной обмотки 7 трансформатора 2, соединен анод выпрямительного диода 8, катод которого подключен к входным зажимам Г-образного LC-фильтра 9, к выходным зажимам которого подключена нагрузка 10. К концу вторичной обмотки 7 трансформатора 2 подключено начало второй вторичной обмотки 11, конец которой подключен к аноду выпрямительного диода 12, катод которого подключен входным зажимам Г-образного LC-фильтра 9. Общая точка соединения вторичных обмоток 7,11 подключена к нагрузке 10.In it, the beginning of the first primary winding 1 of the transformer 2 is connected to the positive terminal of the input constant voltage source, and the end of the first primary winding through the first power control switch 3, made on a MOSFET field-effect transistor, is connected to the negative terminal of the input constant voltage source, forming a common bus. A capacitor 4 is connected to the common connection point of the first power control switch 3 with the end of the primary winding 1, the second pole of which is connected to the end of the second primary winding 5, the beginning of which is connected to the common bus. The first pole is connected to the common connection point of the capacitor 4 with the end of the second primary winding 5 the pole of the second power control switch 6, made on a MOSFET field-effect transistor, the second pole of which is connected to the positive terminal of the input constant voltage source. Connected to the beginning of the secondary winding 7 of transformer 2 is the anode of the rectifying diode 8, the cathode of which is connected to the input terminals of the L-shaped LC filter 9, to the output terminals of which a load 10 is connected. The beginning of the second secondary winding 11 is connected to the end of the secondary winding 7 of transformer 2, the end of which is connected to the anode of the rectifying diode 12, the cathode of which is connected to the input terminals of the L-shaped LC filter 9. The common connection point of the secondary windings 7,11 is connected to the load 10.

Принцип действия предлагаемого двухтактного преобразователя постоянного напряжения рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора 2.We will consider the principle of operation of the proposed push-pull DC-DC converter based on the assumption of the ideality of the key elements, steady-state operating mode and continuity of change in the magnetic flux in the core of transformer 2.

Обозначим через D относительную к полупериоду T/2 длительность включенного состояния силового регулирующего ключа 3выполненного на полевом транзисторе MOSFET,поскольку силовые регулирующие ключи 3,6 находятся в проводящем состоянии с временным сдвигом T/2. В этом случае на этапе замкнутого состояния DT ключа 3 происходит передача энергии в нагрузку через прямосмещенный выпрямительный диод 8, обмотку 7 и Г-образный LC-фильтр 9.Let us denote by D the duration of the on state of the power control switch 3 made on a MOSFET field-effect transistor, relative to the half-cycle T/2 , since the power control switches 3,6 are in a conducting state with a time shift T/2 . In this case, at the stage of the closed state of DT switch 3, energy is transferred to the load through a forward-biased rectifier diode 8, winding 7 and L-shaped LC filter 9.

После выключения силового регулирующего ключа 3 поддержание протекания тока в нагрузке 10 происходит за счет включения второго выпрямительного диода 12, в результате чего ток в проводящем диоде 8 уменьшается вдвое, а выпрямительные диоды 8,12 проводят выходной ток нагрузки.Через интервал времени T/2 включается второй силовой регулирующий ключ 6выполненный на полевом транзисторе MOSFET, что приводит к выключению выпрямительного диода 8, а весь ток нагрузки переключается на диод 12, через который передается энергия в выходную цепь на втором такте работы двухтактного преобразователя постоянного напряжения. Силовой регулирующий ключ 6 находится в проводящем состоянии в течение времени DT.После выключения силового регулирующего ключа 6, вновь включается второй выпрямительный диод 8 и поддержание протекания тока в нагрузке 10 осуществляется за счет параллельной работы выпрямительных диодов 12,8 через которые на данном интервале времени протекают половинные величины тока нагрузки.After turning off the power control switch 3, the current flow in the load 10 is maintained by turning on the second rectifier diode 12, as a result of which the current in the conducting diode 8 is halved, and the rectifier diodes 8,12 conduct the output load current. After a time interval T/2 is turned on the second power control switch 6 is made on a MOSFET field-effect transistor, which turns off the rectifier diode 8, and the entire load current is switched to diode 12, through which energy is transferred to the output circuit in the second cycle of operation of the push-pull DC-DC converter. The power control switch 6 is in a conducting state during the time DT . After turning off the power control switch 6, the second rectifier diode 8 is turned on again and the current flow in the load 10 is maintained due to the parallel operation of the rectifier diodes 12,8 through which the current flows at a given time interval. half the load current.

В результате описанной работы двухтактного преобразователя постоянного напряжения на нагрузке устанавливается выходноепостоянное напряжение 2nV IN D, где n=N 7 /N 1 =N 11 /N 5 , а на силовых регулирующих ключах 3,6 выполненных на полевых транзисторах MOSFET на интервалах времени DT устанавливается напряжение 2V IN , обусловленное суммой напряжений входного напряжения V IN и на конденсаторе 4 также равного V IN , и равное V IN , когда оба силовые ключи выключены.As a result of the described operation of a push-pull DC-DC converter, a constant output voltage of 2nV IN D is established on the load, where n = N 7 / N 1 = N 11 / N 5 , and on power control switches 3.6 made on MOSFET field-effect transistors at time intervals DT is set voltage 2V IN , caused by the sum of the voltages of the input voltage V IN and on capacitor 4 also equal to V IN , and equal to V IN when both power switches are turned off.

Исключение высоковольтного всплеска напряжения на выключаемом силовом регулирующем ключе, обусловленного наличием индуктивностей рассеяния первичных обмоток трансформатора, работающих в параллель по отношению к включенному силовому регулирующему ключу, вызвано тем, что ток паразитных индуктивностей рассеяния первичных обмоток трансформатора замыкается через конденсатор 4, источник входного постоянного напряжения и паразитный диод выключенного ключа,выполненного на полевом транзисторе MOSFET. Поскольку первичные обмотки 1,5 трансформатора 2 работают в параллель при передаче энергии в нагрузку на интервалах времени DT, то это позволяет использовать провод с меньшим сечением при их реализации.The elimination of a high-voltage surge on the switched-off power regulating switch, due to the presence of leakage inductances of the primary windings of the transformer operating in parallel with respect to the switched-on power regulating switch, is caused by the fact that the current of the parasitic leakage inductances of the primary windings of the transformer is closed through capacitor 4, the source of the input DC voltage and parasitic diode of a switched off switch made on a MOSFET field-effect transistor. Since the primary windings 1.5 of transformer 2 operate in parallel when transmitting energy to the load at time intervals DT , this allows the use of wire with a smaller cross-section when implementing them.

Таким образом, предлагаемыйдвухтактный преобразователь постоянного напряжения по сравнению с известным устройством позволяет исключить влияние индуктивностей рассеяния первичных обмоток трансформатора на высоковольтный всплеск на силовых регулирующих ключахпри их выключении и тем самым повысить надежность и эффективность двухтактного преобразователя постоянного напряжения с передачей энергии в импульсе.Thus, the proposed push-pull DC-DC converter, in comparison with the known device, eliminates the influence of the leakage inductances of the primary windings of the transformer on the high-voltage surge on the power control switches when they are turned off and thereby increases the reliability and efficiency of the push-pull DC-DC converter with energy transfer in a pulse.

1. Robert W. Erickson “Fundamentals of Power Electronics”. стр.165 Фиг.6.29.1. Robert W. Erickson “Fundamentals of Power Electronics.” p.165 Fig.6.29.

Claims (1)

Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, включающий в себя две первичные обмотки, положительный вывод входного источника постоянного напряжения, отрицательный вывод входного источника постоянного напряжения, образующий общую шину, два силовых регулирующих ключа, выполненных на полевых транзисторах MOSFET, две вторичные обмотки, включенные согласно, противоположные выводы которых через выпрямительные диоды подключенные анодами к выводам обмоток, а катодами объединены в общую точку соединения, подключенную к входным зажимам Г-образного LC-фильтра, к выходным зажимам которого подключена нагрузка, а общая точка соединения вторичных обмоток подключена к нагрузке, отличающийся тем, что введен конденсатор, две первичные обмотки трансформатора включены встречно и последовательно через конденсатор таким образом, что начало первой первичной обмотки подключено к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, конец которой через первый силовой регулирующий ключ, выполненный на полевом транзисторе MOSFET, подключен к общей шине, при этом общая точка соединения конца первой первичной обмотки с первым силовым регулирующим ключом соединена с первым полюсом конденсатора, второй полюс которого соединен с концом второй первичной обмотки, начало которой подключено к общей шине, общая точка соединения конца второй первичной обмотки с конденсатором подключена через второй силовой регулирующий ключ, выполненный на полевом транзисторе MOSFET, к положительному выводу входного источника постоянного напряжения. A push-pull DC-DC converter containing a transformer including two primary windings, a positive terminal of an input DC voltage source, a negative terminal of an input DC voltage source forming a common bus, two power control switches made on MOSFET field-effect transistors, two secondary windings connected according to , the opposite terminals of which, through rectifier diodes, are connected by the anodes to the terminals of the windings, and by the cathodes are combined into a common connection point connected to the input terminals of an L-shaped LC filter, to the output terminals of which a load is connected, and the common connection point of the secondary windings is connected to the load, different by introducing a capacitor, the two primary windings of the transformer are connected counter-currently and in series through the capacitor in such a way that the beginning of the first primary winding is connected to the positive terminal of the input constant voltage source, the end of which is connected to the common through the first power control switch made on a MOSFET field-effect transistor bus, wherein the common connection point of the end of the first primary winding with the first power control switch is connected to the first pole of the capacitor, the second pole of which is connected to the end of the second primary winding, the beginning of which is connected to the common bus, the common connection point of the end of the second primary winding with the capacitor is connected through the second power control switch, made on a MOSFET field-effect transistor, to the positive terminal of the input constant voltage source.
RU2024100011A 2024-01-02 Push-pull dc voltage converter RU2818293C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2818293C1 true RU2818293C1 (en) 2024-05-02

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU660167A1 (en) * 1977-04-04 1979-04-30 Рижский Ордена Ленина Государственный Электротехнический Завод Вэф Им. В.И.Ленина Stabilized dc-to-dc voltage converter
US7154763B2 (en) * 2004-08-02 2006-12-26 Flying Mole Corporation Push-pull switching power converter
RU2455746C2 (en) * 2010-05-12 2012-07-10 Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" Two-stroke bridge converter
RU2474948C1 (en) * 2011-10-28 2013-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Stabilised voltage converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU660167A1 (en) * 1977-04-04 1979-04-30 Рижский Ордена Ленина Государственный Электротехнический Завод Вэф Им. В.И.Ленина Stabilized dc-to-dc voltage converter
US7154763B2 (en) * 2004-08-02 2006-12-26 Flying Mole Corporation Push-pull switching power converter
EP1624561A3 (en) * 2004-08-02 2008-02-20 Flying Mole Corporation Push-pull switching power converter
RU2455746C2 (en) * 2010-05-12 2012-07-10 Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" Two-stroke bridge converter
RU2474948C1 (en) * 2011-10-28 2013-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Stabilised voltage converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5590032A (en) Self-synchronized drive circuit for a synchronous rectifier in a clamped-mode power converter
US6831847B2 (en) Synchronous rectifier drive circuit and power supply including same
US9812977B2 (en) Resonant converters with an improved voltage regulation range
US9350260B2 (en) Startup method and system for resonant converters
US20140133200A1 (en) Clamp snubber circuit and resistance adjustment method for the same
US10256736B2 (en) DC-DC converter with polarity reversal protection
US20140177308A1 (en) Electrical power conversion device
US11451161B2 (en) Power switcher, power rectifier, and power converter including cascode-connected transistors
RU2818293C1 (en) Push-pull dc voltage converter
CN109713905B (en) CCM/DCM multiplexing single-coupling inductance multi-output buck converter
RU2818294C1 (en) Push-pull dc voltage converter with current doubling
KR100874809B1 (en) Three-level dc-dc converter using zero voltage and zero current switching
US20230020726A1 (en) Power conversion circuit
US11646652B1 (en) Switching power supply rectifier with voltage clamps to clamp voltage transients on output coil of transformer
CN109845080B (en) DC voltage converter and method for operating a DC voltage converter
RU2818295C1 (en) Quasi-push-pull single-step dc voltage converter
RU2806668C1 (en) Dc-dc converter with active clamping
RU2809335C1 (en) Dc-dc converter with active clamping
RU2815911C1 (en) High-efficiency active-clamping constant voltage converter
RU2809839C1 (en) Low voltage half-bridge dc-dc converter
RU2809337C1 (en) Dc-dc converter with active clamping
RU2812961C1 (en) Flyback dc converter with active clamping
RU2815910C1 (en) Step-up constant voltage regulator
RU2815073C1 (en) Bipolar constant voltage regulator
US9673716B2 (en) Resonant converter with three switches