RU2822283C1 - Трансформаторный широкодиапазонный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с пассивным клампированием - Google Patents
Трансформаторный широкодиапазонный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с пассивным клампированием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2822283C1 RU2822283C1 RU2024104184A RU2024104184A RU2822283C1 RU 2822283 C1 RU2822283 C1 RU 2822283C1 RU 2024104184 A RU2024104184 A RU 2024104184A RU 2024104184 A RU2024104184 A RU 2024104184A RU 2822283 C1 RU2822283 C1 RU 2822283C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transformer
- winding
- voltage
- parallel
- primary winding
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 52
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination 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
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
Abstract
Трансформаторный широкодиапазонный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с пассивным клампированием относится к электротехнике и может быть использован в системах вторичного электропитания для преобразования, регулирования и стабилизации постоянного выходного напряжения, гальванически отделенного от входного постоянного напряжения. Технический результат изобретения - формирование постоянного выходного напряжения из постоянного входного напряжения, исключение зазора из трансформатора, обеспечение частично симметричного перемагничивания сердечника трансформатора и расширение диапазона регулирования выходного постоянного напряжения. 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 подключен к отрицательному полюсу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину. Параллельно первичной обмотке 1 трансформатора 2 включен пассивный клампирующий элемент, составленный из последовательно соединенных диода 5 и конденсатора 4 с параллельно включенным резистором 6. С концом вторичной обмотки 7 трансформатора 2 соединен катод выпрямительного диода 8, анод которого через первичную обмотку 10 двухобмоточной линейной индуктивности 9 подключен к началу вторичной обмотки 7. Вторичная обмотка 11 двухобмоточной линейной индуктивности 9 через выпрямительный диод 12 подключена к конденсатору фильтра 13. Параллельно конденсатору фильтра 13 включена нагрузка 14. 1 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 потерь.
Известны обратноходовые преобразователи постоянного напряжения [1].
Недостатками известного обратноходового преобразователя постоянного напряжения является наличие индуктивности рассеяния первичной обмотки, что создает всплески напряжения на силовом ключе при его выключении и может привести к разрушению силового ключа, а также наличие большого зазора, что приводит к увеличению размера трансформатора, дополнительным потерям и работе трансформатора по частному циклу перемагничивания сердечника трансформатора.
Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству обратноходовой преобразователь постоянного напряжения приведенный в [1], содержащий первичную обмотку трансформатора, подключённую через силовой регулирующий ключ к зажимам входного источника постоянного напряжения, трансформатор, осуществляющий электрическую развязку и получение требуемого уровня постоянного выходного напряжения, вторичную обмотку, подключенную через выпрямительный диод ко входу C-фильтра, к выходу которого подключена нагрузка.
Цель изобретения - устранение указанных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в трансформаторном широкодиапазонном обратноходовом преобразователе постоянного напряжения с активным клампированием, первичная обмотка трансформатора которого через силовой регулирующий ключ подключена к зажимам входного источника постоянного напряжения, параллельно которой включен активный клампирующий элемент, вторичная обмотка трансформатора через выпрямительный диод подключена к первичной обмотке двухобмоточной линейной индуктивности, вторичная обмотка которой через второй выпрямительный диод подключена к конденсатору фильтра, параллельно которому включена нагрузка.
На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема выполнения предлагаемого трансформаторного широкодиапазонного обратноходового преобразователя постоянного напряжения с пассивным клампированием.
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, подключен к отрицательному полюсу входного источника постоянного напряжения образующему общую шину. Параллельно первичной обмотке 1 трансформатора 2 включен пассивный клампирующий элемент, составленный из последовательно соединенных диода 5 и конденсатора 4 с параллельно включенным резистором 6.
С концом вторичной обмотки 7 трансформатора 2 соединен катод выпрямительного диода 8, анод которого через первичную обмотку 10 двухобмоточной линейной индуктивности 9 подключен к началу вторичной обмотки 7. Вторичная обмотка 11 двухобмоточной линейной индуктивности 9 через выпрямительный диод 12 подключена к конденсатору фильтра 13. Параллельно конденсатору фильтра 13 включена нагрузка 14.
Принцип действия предлагаемого трансформаторного широкодиапазонного обратноходового преобразователя постоянного напряжения с пассивным клампированием рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора 2 и двухобмоточной линейной индуктивности 9. 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 через выпрямительной диод 8, находящийся в проводящем состоянии и накопление энергии в линейной индуктивности 9, определяемой обмоткой 7 трансформатора 2.
После выключения ключа 3 включается диод 5 активного пассивного клампирующего элемента и напряжение на обмотке 1 трансформатора 2 фиксируется на уровне напряжения на конденсаторе 4 равного V IN D/(1-D).
Наличие резистора 6, включенного параллельно конденсатору 4 обеспечивает проводящее состояние диода 5 в течение всего временного интервала (1-D)T выключенного состояния силового регулирующего ключа 3. При этом используемый резистор 6 высокоомный, поскольку магнитопровод трансформатора 2 без зазора и вследствие этого ток намагничивания трансформатора 2 невелик. Высокоомность резистора 6 делает пассивную цепь высокоэффективной поскольку потери мощности в ней незначительны. Из-за отсутствия зазора в сердечнике трансформатора и наличия высокоэффективной клампирующий цепи перемагничивание сердечника трансформатора осуществляется по частично симметричной петле гистерезиса, что позволят уменьшить число витков первичной обмотки трансформатора и сделать трансформатор меньших габаритов.
Вследствие переполюсовки напряжений на всех обмотках трансформатора 2 и фиксации напряжения на первичной обмотке 1 выпрямительный диод 8 выключается, а ток двухобмоточной линейной индуктивности 9 с первичной обмотки 10 переключается на вторичную обмотку 11 и включившийся выпрямительный диод 12, и накопленная в двухобмоточной линейной индуктивности 9 энергия выводится в нагрузку 14. В результате этого процесса на конденсаторе 13 устанавливается выходное напряжение n 1 n 2 V IN D/(1-D), где n 1 - отношение витков обмотки 7 к обмотке 1, а n 2 - отношение витков обмотки 11 к обмотке 10.
На интервале времени выключенного состояния ключа 3 равного (1-D)T никакой передачи энергии в выходную цепь не осуществляется, а из-за включенного состояния активного клампирующего элемента идет процесс восстановления магнитных свойств трансформатора 2, что приводит к работе магнитопровода трансформатора по частично симметричной петле намагничивания. Поскольку передача энергии в нагрузку идет из специально введенной двухобмоточной линейной индуктивности 9, а не из индуктивности намагничивания трансформатора, как это происходит в обратноходовом преобразователе постоянного напряжения, то никакого зазора в трансформаторе не требуется, так как в данном случае он выполняет функцию только трансформатора, а не накопителя энергии.
Следует заметить, что выпрямительный диод 8 в данном устройстве работает при обратных напряжениях, соизмеримых с напряжением в проводящем состоянии, т.е. доли вольта.
Вследствие того, что трансформатор в данном устройстве не выполняет функции накапливающего энергию элемента, а перемагничивание магнитопровода осуществляется по частично симметричной петле гистерезиса, число витков обмоток трансформатора может быть существенно уменьшено, а следовательно, уменьшен и размер трансформатора, и в тоже время величина накапливающей энергию двухобмоточной линейной индуктивности 9 не зависит от числа витков трансформатора как в обратноходовом преобразователе постоянного напряжения, и может быть выбрана произвольной величины.
Наличие активного клампирующего элемента исключает появление высоковольтного всплеска на силовом регулирующем ключе 3 при его выключении из-за наличия индуктивности рассеяния первичной обмотки 1 трансформатора 2, к которой подключен силовой регулирующий ключ 3.
Таким образом, предлагаемый трансформаторный широкодиапазонный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с пассивным клампированием, по сравнению с известным устройством позволяет формировать постоянное выходное напряжение из постоянного входного напряжения, без зазора в сердечнике трансформатора, обеспечить частичную симметричность перемагничивания магнитопровода трансформатора, уменьшить его размеры, вследствие наличия активного клампирующего элемента, исключить всплески напряжения на силовом ключе при выключении, которое жестко фиксируется на уровне V IN /(1-D), а использование двухобмоточной линейной индуктивности позволяет расширить диапазон регулирования постоянного выходного напряжения.
1. [Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр. 47 рис. 2.1].
Claims (1)
- Трансформаторный широкодиапазонный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с пассивным клампированием, содержащий трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную через силовой регулирующий ключ к выводам источника постоянного входного напряжения, вторичную обмотку с выпрямительным диодом, подключенную к емкостному фильтру с параллельно включенной нагрузкой, отличающийся тем, что параллельно первичной обмотке трансформатора подключен пассивный клампирующий элемент, составленный из последовательно соединенных диода и конденсатора с параллельно включенным резистором, а последовательно со вторичной обмоткой трансформатора через первый выпрямительный диод включена первичная обмотка двухобмоточной линейной индуктивности, вторичная обмотка которой через второй выпрямительный диод подключена к конденсатору фильтра с параллельно включенной нагрузкой.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2822283C1 true RU2822283C1 (ru) | 2024-07-03 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2031531C1 (ru) * | 1993-02-16 | 1995-03-20 | Василий Арсеньевич Хабузов | Однотактный обратноходовой преобразователь напряжения |
RU2318290C1 (ru) * | 2006-10-18 | 2008-02-27 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Блок вторичного электропитания |
US9450495B2 (en) * | 2012-12-28 | 2016-09-20 | Solum Co., Ltd | Single stage forward-flyback converter and power supply apparatus for light emitting diode |
CN104935172B (zh) * | 2015-06-09 | 2018-07-24 | 南京邮电大学 | 三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构 |
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 |
---|---|---|---|---|
RU2031531C1 (ru) * | 1993-02-16 | 1995-03-20 | Василий Арсеньевич Хабузов | Однотактный обратноходовой преобразователь напряжения |
RU2318290C1 (ru) * | 2006-10-18 | 2008-02-27 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Блок вторичного электропитания |
US9450495B2 (en) * | 2012-12-28 | 2016-09-20 | Solum Co., Ltd | Single stage forward-flyback converter and power supply apparatus for light emitting diode |
CN104935172B (zh) * | 2015-06-09 | 2018-07-24 | 南京邮电大学 | 三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构 |
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 |
RU2812961C1 (ru) * | 2023-08-11 | 2024-02-06 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7746670B2 (en) | Dual-transformer type of DC-to-DC converter | |
CN111656661B (zh) | 恒频dc / dc功率转换器 | |
Sree et al. | Analysis and design of impulse-commutated zero-current-switching single-inductor current-fed three-phase push–pull converter | |
RU2822283C1 (ru) | Трансформаторный широкодиапазонный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с пассивным клампированием | |
RU2396685C1 (ru) | Преобразователь напряжения с индуктивно связанными рекуперационными цепями | |
RU2822282C1 (ru) | Трансформаторный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2815911C1 (ru) | Высокоэффективный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2806668C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2812961C1 (ru) | Обратноходовой преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2809337C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2809335C1 (ru) | Низковольтный преобразователь постоянного напряжения с активным клампированием | |
RU2809839C1 (ru) | Низковольтный полумостовой преобразователь постоянного напряжения | |
RU2802595C1 (ru) | Однотактный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2815075C1 (ru) | Высокоэффективный импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2818295C1 (ru) | Квазидвухтактный однотактный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2815071C1 (ru) | Широкодиапазонный регулятор постоянного напряжения | |
RU2815073C1 (ru) | Двухполярный регулятор постоянного напряжения | |
RU2815910C1 (ru) | Регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2812962C1 (ru) | Двухполярный регулятор постоянного напряжения | |
TWI580167B (zh) | 單級降壓轉換器 | |
RU2815076C1 (ru) | Импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа | |
RU2818293C1 (ru) | Двухтактный преобразователь постоянного напряжения | |
RU2818294C1 (ru) | Двухтактный преобразователь постоянного напряжения с удвоением тока | |
RU2779933C1 (ru) | Однотактный прямо-обратноходовой преобразователь | |
Ambagahawaththa et al. | Ultra-high step-up dc-dc converter family based on feed-forward capacitor and coupled inductor |