RU2818293C1 - Push-pull dc voltage converter - Google Patents
Push-pull dc voltage converter Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 44
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 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
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
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
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
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
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
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
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)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2818293C1 true RU2818293C1 (en) | 2024-05-02 |
Family
ID=
Citations (4)
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)
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 | |
US9350260B2 (en) | Startup method and system for resonant converters | |
US20160294294A1 (en) | Resonant Converters with an Improved Voltage Regulation Range | |
US10256736B2 (en) | DC-DC converter with polarity reversal protection | |
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 | |
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 | |
KR20080036027A (en) | Three-level dc-dc converter using zero voltage and zero current switching | |
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 | |
RU2822282C1 (en) | Transformer flyback dc voltage converter with active clamping | |
RU2826681C1 (en) | Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter | |
RU2809337C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
RU2825888C1 (en) | Single-cycle constant voltage converter with forward and reverse transfer of energy to load | |
RU2812961C1 (en) | Flyback dc converter with active clamping | |
RU2823796C1 (en) | Transformer flyback constant voltage converter with passive clamping | |
RU2815910C1 (en) | Step-up constant voltage regulator | |
RU2823793C1 (en) | Forward converter of constant voltage with energy transfer in pause | |
RU2815073C1 (en) | Bipolar constant voltage regulator |