RU2826681C1 - Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter - Google Patents
Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2826681C1 RU2826681C1 RU2024108521A RU2024108521A RU2826681C1 RU 2826681 C1 RU2826681 C1 RU 2826681C1 RU 2024108521 A RU2024108521 A RU 2024108521A RU 2024108521 A RU2024108521 A RU 2024108521A RU 2826681 C1 RU2826681 C1 RU 2826681C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- secondary winding
- output
- beginning
- diode
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000003019 stabilising effect Effects 0.000 description 1
Abstract
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.The invention relates to electrical engineering, in particular to DC to DC voltage converters, and can be used in secondary power supply systems for converting, regulating and stabilising a DC output voltage, galvanically separated from the DC input voltage and reducing dynamic losses.
Известны магнитносвязанные однотактные преобразователи постоянного напряжения [1].Magnetically coupled single-ended DC voltage converters are known [1].
Недостатками известного магнитносвязанного однотактного преобразователя постоянного напряжения является невозможность уменьшения статических и динамических потерь.The disadvantages of the known magnetically coupled single-ended DC/DC converter are the impossibility of reducing static and dynamic losses.
Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству магнитносвязанный однотактный преобразователь постоянного напряжения [1], содержащий трансформатор, первичную обмотку, подключенную через силовой регулирующий ключ к зажимам входного источника постоянного напряжения, трансформатор, осуществляющий электрическую развязку и получение требуемого уровня постоянного выходного напряжения, две магнитносвязанные вторичные обмотки, к одной из которых к началу и к концу подключены два конденсатора, вторые полюсы которых через два выпрямительных диода связаны с началом и концом этой обмотки, а через вторую вторичную обмотку эта цепь подключена к конденсатору фильтра с параллельно включенной нагрузкой.The closest in technical essence to the proposed device is a magnetically coupled single-ended DC voltage converter [1], containing a transformer, a primary winding connected through a power regulating key to the terminals of an input DC voltage source, a transformer that performs electrical isolation and obtains the required level of DC output voltage, two magnetically coupled secondary windings, to one of which two capacitors are connected to the beginning and end, the second poles of which are connected through two rectifier diodes to the beginning and end of this winding, and through the second secondary winding this circuit is connected to a filter capacitor with a parallel-connected load.
Цель изобретения - формирование постоянного выходного напряжения из постоянного входного напряжения, уменьшение статических и динамических потерь.The purpose of the invention is to generate a constant output voltage from a constant input voltage, reducing static and dynamic losses.
Поставленная цель достигается тем, что в магнитносвязанном однотактном преобразователе постоянного напряжения к второй вторичной обмотке в известном устройстве, к началу и концу подключены конденсаторы, вторые полюсы которых через два выпрямительных диода соединены с началом и концом этой вторичной обмотки, и вновь введенное соединение объединено в последовательное соединение с ранее существовавшим соединением, параллельно которому включен конденсатор фильтра с параллельно включенной нагрузкой.The stated goal is achieved by the fact that in a magnetically coupled single-stroke DC voltage converter, capacitors are connected to the beginning and end of the second secondary winding in the known device, the second poles of which are connected through two rectifier diodes to the beginning and end of this secondary winding, and the newly introduced connection is combined into a series connection with the previously existing connection, in parallel to which a filter capacitor with a parallel-connected load is connected.
На фиг.1 и 2 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого магнитносвязанного однотактного преобразователя постоянного напряжения. На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема выполнения предлагаемого магнитносвязанного однотактного преобразователя постоянного напряжения. На фиг.2 показана принципиальная электрическая схема выполнения предлагаемого магнитносвязанного однотактного преобразователя постоянного напряжения с линейной индуктивностью, включенной между конденсаторами фильтра с параллельно включенной нагрузкой и двумя последовательно включенными цепями.Fig. 1 and 2 show the basic electrical circuit diagrams of embodiments of the proposed magnetically coupled single-ended DC voltage converter. Fig. 1 shows the basic electrical circuit diagram of the proposed magnetically coupled single-ended DC voltage converter. Fig. 2 shows the basic electrical circuit diagram of the proposed magnetically coupled single-ended DC voltage converter with a linear inductance connected between the filter capacitors with a parallel-connected load and two series-connected circuits.
В нем (фиг.1) начало первичной обмотки 1 трансформатора 2 соединено с положительным полюсом входного источника постоянного напряжения, а конец первичной обмотки 1 подключен через силовой регулирующий ключ 3 к отрицательному полюсу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину.In it (Fig. 1), the beginning of the primary winding 1 of the transformer 2 is connected to the positive pole of the input DC voltage source, and the end of the primary winding 1 is connected through the power control switch 3 to the negative pole of the input DC voltage source, forming a common bus.
С началом первой вторичной обмотки 4 соединен анод первого выпрямительного диода 5, катод которого подключен к первому выводу конденсатора 6, второй вывод которого подключен к концу вторичной обмотки 4. Катод второго выпрямительного диода 7 подключен к концу вторичной обмотки 4 трансформатора 2, а анод к первому выводу второго конденсатора 8, второй вывод которого подключен к началу вторичной обмотки 4.The anode of the first rectifier diode 5 is connected to the beginning of the first secondary winding 4, the cathode of which is connected to the first terminal of the capacitor 6, the second terminal of which is connected to the end of the secondary winding 4. The cathode of the second rectifier diode 7 is connected to the end of the secondary winding 4 of the transformer 2, and the anode to the first terminal of the second capacitor 8, the second terminal of which is connected to the beginning of the secondary winding 4.
С концом второй вторичной обмотки 9 соединен анод третьего диода 10, катод которого подключен к первому выводу конденсатора 11, второй вывод которого подключен к началу вторичной обмотки 9. Катод четвертого выпрямительного диода 12 подключен к началу обмотки 9 трансформатора 2, а анод к первому выводу конденсатора 13, второй вывод которого подключен к концу обмотки 9. Общая точка соединения диода 7 и конденсатора 8 подключена к общей точке соединения диода 10 и конденсатора 11, а между общими точками соединения диода 5 и конденсатора 6, диода 12 и конденсатора 13, подключен конденсатор фильтра 14 с параллельно включенной нагрузкой 15.The anode of the third diode 10 is connected to the end of the second secondary winding 9, the cathode of which is connected to the first terminal of the capacitor 11, the second terminal of which is connected to the beginning of the secondary winding 9. The cathode of the fourth rectifier diode 12 is connected to the beginning of the winding 9 of the transformer 2, and the anode to the first terminal of the capacitor 13, the second terminal of which is connected to the end of the winding 9. The common connection point of the diode 7 and the capacitor 8 is connected to the common connection point of the diode 10 and the capacitor 11, and between the common connection points of the diode 5 and the capacitor 6, the diode 12 and the capacitor 13, the filter capacitor 14 with a parallel-connected load 15 is connected.
Принцип действия предлагаемого магнитносвязанного однотактного преобразователя постоянного рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора 2.The operating principle of the proposed magnetically coupled single-ended DC converter will be considered based on the assumption of the ideality of the key elements, the steady-state operating mode, and the continuity of the change in the magnetic flux in the core of transformer 2.
Обозначим через D относительную к периоду T длительность включенного состояния ключа 3. В этом случае на этапе замкнутого состояния DT ключа 3 происходит одновременно протекание нескольких процессов: намагничивание сердечника трансформатора 2 по первой первичной обмотке 1 через силовой регулирующий ключ 3 от источника входного постоянного напряжения и передача энергии в нагрузку по первой вторичной обмотке 4, по которой с помощью конденсаторов 6,8 и выпрямительных диодов 5,7 осуществляется удвоение трансформируемого во вторичную цепь постоянного входного напряжения, в результате чего на каждом из конденсаторов 6,8 устанавливается постоянное напряжение nV IN , где n - отношение числа витков 4 к 1.Let us denote by D the duration of the on state of switch 3 relative to the period T. In this case, at the stage of the closed state DT of switch 3, several processes occur simultaneously: magnetization of the core of transformer 2 along the first primary winding 1 through the power regulating switch 3 from the source of input direct voltage and transfer of energy to the load along the first secondary winding 4, along which, with the help of capacitors 6,8 and rectifier diodes 5,7, doubling of the direct input voltage transformed into the secondary circuit is carried out, as a result of which a direct voltage nV IN is established on each of the capacitors 6,8, where n is the ratio of the number of turns 4 to 1.
После выключения силового регулирующего ключа 3, накопленная энергия в индуктивности намагничивания трансформатора 2, трансформируется через вторую вторичную обмотку 9 в конденсаторы 11, 13 через выпрямительные диоды 10, 12, вследствие чего происходит восстановление магнитных свойств трансформатора 2 и установление напряжений на конденсаторах 11, 13 на уровне nV IN D/(1-D), где n - отношение числа витков 9 к 1, т.е. происходит удвоение напряжений на конденсаторах 11, 13. Число витков двух вторичных обмоток 4, 9 выбирается равным.After switching off the power control switch 3, the accumulated energy in the magnetization inductance of the transformer 2 is transformed through the second secondary winding 9 into the capacitors 11, 13 via the rectifier diodes 10, 12, as a result of which the magnetic properties of the transformer 2 are restored and the voltages on the capacitors 11, 13 are established at the level of nV IN D/(1-D) , where n is the ratio of the number of turns 9 to 1, i.e. the voltages on the capacitors 11, 13 are doubled. The number of turns of the two secondary windings 4, 9 is selected to be equal.
С учетом последовательного соединения двух вторичных цепей таким образом, что общие точки соединения конденсатора 8 и выпрямительного диода 7 и конденсатора 11 и выпрямительного диода 10 объединены в общую точку соединения, образуется последовательная цепь, в которой вторая вторичная обмотка 9 выполняет не только функцию восстановления магнитных свойств трансформатора 2, но и функцию компенсации переменной составляющей первой вторичной обмотки 4, поскольку по отношению к ней включена встречно, а на интервале времени (1-D)T восстановления магнитных свойств трансформатора уже первая вторичная обмотка 4 выполняет функцию компенсации переменной составляющей второй вторичной обмотки 9. В результате на последовательно включенной цепи устанавливается постоянное напряжение, равное сумме постоянных напряжений на конденсаторах 6, 8, 11, 13, равное 2nV IN /(1-D). Параллельно этой цепи включен конденсатор фильтра 14 с параллельно включенной нагрузкой 15.Taking into account the series connection of two secondary circuits in such a way that the common connection points of capacitor 8 and rectifier diode 7 and capacitor 11 and rectifier diode 10 are combined into a common connection point, a series circuit is formed in which the second secondary winding 9 performs not only the function of restoring the magnetic properties of transformer 2, but also the function of compensating for the variable component of the first secondary winding 4, since it is connected in opposition to it, and in the time interval (1- D)T of restoring the magnetic properties of the transformer, the first secondary winding 4 already performs the function of compensating for the variable component of the second secondary winding 9. As a result, a constant voltage is established on the series-connected circuit, equal to the sum of the constant voltages on capacitors 6, 8, 11, 13, equal to 2 nV IN /(1-D) . A filter capacitor 14 with a parallel-connected load 15 is connected in parallel to this circuit.
Особенностью данного магнитносвязанного однотактного преобразователя постоянного напряжения является то, что намагничивание трансформатора идет как по первичной обмотке 1 трансформатора 2 от источника постоянного входного напряжения, так и по первой вторичной обмотке 4 трансформатора 2 от напряжений на конденсаторах 6, 8, ток намагничивания которой направлен встречно прямым токам через диоды 5, 7, т.е. уменьшая их и тем самым компенсируя нарастающий ток намагничивания по первичной обмотке трансформатора 2, и, как следствие этого процесса, через силовой регулирующий ключ 3 течет не трапецеидальный ток, имеющий место в известном устройстве, а прямоугольный, приводящий к уменьшению статических потерь в регулирующем ключе.The peculiarity of this magnetically coupled single-ended DC voltage converter is that the magnetization of the transformer occurs both along the primary winding 1 of the transformer 2 from the source of constant input voltage, and along the first secondary winding 4 of the transformer 2 from the voltages on the capacitors 6, 8, the magnetization current of which is directed counter to the direct currents through the diodes 5, 7, i.e. reducing them and thereby compensating for the increasing magnetization current along the primary winding of the transformer 2, and, as a consequence of this process, through the power regulating key 3 flows not the trapezoidal current that occurs in the known device, but a rectangular one, leading to a decrease in static losses in the regulating key.
При включении силового регулирующего ключа 3 одновременная передача энергии в нагрузку невозможна, поскольку катоды выпрямительных диодов 5, 7 имеют положительные потенциалы, равные напряжениям на конденсаторах 6, 8, что приводит к разнесению фронтов тока и напряжения и уменьшению динамических потерь при включении силового регулирующего ключа. Аналогичные процессы протекают при выключении силового регулирующего ключа, поскольку положительные потенциалы на катодах диодов 5, 7 отключают нагрузку, что приводит к разнесению фронтов тока и напряжения на силовом регулирующем ключе и уменьшению динамических потерь при выключении силового регулирующего ключа.When the power regulating switch 3 is switched on, simultaneous energy transfer to the load is impossible, since the cathodes of the rectifier diodes 5, 7 have positive potentials equal to the voltages on the capacitors 6, 8, which leads to a spread of the current and voltage fronts and a decrease in dynamic losses when the power regulating switch is switched on. Similar processes occur when the power regulating switch is switched off, since the positive potentials on the cathodes of the diodes 5, 7 switch off the load, which leads to a spread of the current and voltage fronts on the power regulating switch and a decrease in dynamic losses when the power regulating switch is switched off.
Заметим, что цепь, составленная из последовательно соединенных первичных обмоток 4, 9 и конденсаторов 6, 8, 11, 13, образует магнитносвязанную цепь, дающую возможность воздействовать на эффективную индуктивность для переменной составляющей и практически исключить пульсации напряжения на нагрузке путем включения линейной индуктивности 16 между конденсатором фильтра 14 и общей точкой соединения выпрямительного диода 5 и конденсатора 6, что показано на фиг.2.Note that the circuit, composed of series-connected primary windings 4, 9 and capacitors 6, 8, 11, 13, forms a magnetically coupled circuit, making it possible to influence the effective inductance for the variable component and practically eliminate voltage pulsations on the load by including a linear inductance 16 between the filter capacitor 14 and the common connection point of the rectifier diode 5 and capacitor 6, which is shown in Fig. 2.
Таким образом, предлагаемый магнитносвязанный однотактный преобразователь постоянного напряжения по сравнению с известным устройством позволяет уменьшить статические и динамические потери в силовом регулирующем ключе.Thus, the proposed magnetically coupled single-ended DC voltage converter, in comparison with the known device, allows to reduce static and dynamic losses in the power control key.
Список источниковList of sources
1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр. 99, рис. 3.28.1. Polikarpov A.G., Sergienko E.F. Single-stroke converters in power supply devices of electronic equipment, “Radio and Communications”, 1989, p. 99, Fig. 3.28.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2826681C1 true RU2826681C1 (en) | 2024-09-16 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1628164A1 (en) * | 1988-06-20 | 1991-02-15 | Московский энергетический институт | Single-cycle voltage converter |
| 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 (en) * | 2015-06-09 | 2018-07-24 | 南京邮电大学 | The straight translation circuit topological structure of three-level soft switch Forward- flyback |
| RU2812961C1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-02-06 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Flyback dc converter with active clamping |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1628164A1 (en) * | 1988-06-20 | 1991-02-15 | Московский энергетический институт | Single-cycle voltage converter |
| 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 (en) * | 2015-06-09 | 2018-07-24 | 南京邮电大学 | The straight translation circuit topological structure of three-level soft switch Forward- flyback |
| RU2812961C1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-02-06 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Flyback dc converter with active clamping |
| RU2815911C1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-03-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | High-efficiency active-clamping constant voltage converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11527959B2 (en) | Control method of power conversion device | |
| US11664728B2 (en) | Power conversion device | |
| US20230369984A1 (en) | Dc/dc converter and control method thereof | |
| RU2826681C1 (en) | Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter | |
| US11831238B2 (en) | Power conversion system | |
| US11646652B1 (en) | Switching power supply rectifier with voltage clamps to clamp voltage transients on output coil of transformer | |
| RU2818295C1 (en) | Quasi-push-pull single-step dc voltage converter | |
| RU2823796C1 (en) | Transformer flyback constant voltage converter with passive clamping | |
| RU2826686C1 (en) | Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter with load voltage multiplication | |
| RU2826684C1 (en) | Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter with voltage doubling on load | |
| RU2818294C1 (en) | Push-pull dc voltage converter with current doubling | |
| RU2822282C1 (en) | Transformer flyback dc voltage converter with active clamping | |
| RU2818293C1 (en) | Push-pull dc voltage converter | |
| RU2809839C1 (en) | Low voltage half-bridge dc-dc converter | |
| RU2815071C1 (en) | Wide-range constant voltage regulator | |
| RU2815911C1 (en) | High-efficiency active-clamping constant voltage converter | |
| RU2826687C1 (en) | Single-cycle constant voltage converter with direct transfer of energy to load | |
| RU2823794C1 (en) | Forward converter of constant voltage with energy transfer in pulse | |
| RU2809337C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
| RU2823795C1 (en) | Transformer wide-range flyback constant voltage converter with active clamping | |
| RU2812962C1 (en) | Bipolar dc voltage regulator | |
| RU2806668C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
| RU2822283C1 (en) | Transformer wide-range flyback dc voltage converter with passive clamping | |
| RU2823793C1 (en) | Forward converter of constant voltage with energy transfer in pause | |
| RU2809335C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping |