RU6956U1

RU6956U1 - DC / DC Converter

Info

Publication number: RU6956U1
Application number: RU97111490/20U
Authority: RU
Inventors: Б.А. Багинский; Е.Ю. Буркин
Original assignee: Томский политехнический университет
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1998-06-16

Abstract

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого через выпрямитель с емкостным фильтром подключена к выходным выводам, дроссель с двумя обмотками, начало первой из которых подключена к катоду первого диода, а конец первой обмотки дросселя через силовой переход первого транзистора связан с концом первичной обмотки трансформатора, начало которого через силовой переход второго транзистора подключено к входному выводу, отличающийся тем, что в него введены два дополнительных диода, дополнительный транзистор, магнитная связь между дросселями, причем начало второй обмотки дросселя соединено с катодом второго диода, анод которого соединен с концом первичной обмотки трансформатора, а конец второй обмотки дросселя через силовой переход третьего транзистора соединен с входным зажимом, при этом другой входной зажим через первый дополнительный диод соединен с началом первой обмотки дросселя, и через второй дополнительный диод с началом второй обмотки дросселя.A DC voltage converter comprising a transformer, the secondary winding of which is connected to the output terminals through a rectifier with a capacitive filter, a choke with two windings, the beginning of the first of which is connected to the cathode of the first diode, and the end of the first inductor winding through the power transition of the first transistor is connected to the end of the primary winding transformer, the beginning of which is connected to the input terminal through the power transition of the second transistor, characterized in that two additional diodes are introduced into it, an additional the first transistor, magnetic coupling between the reactors, the beginning of the second inductor winding connected to the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the end of the transformer primary winding, and the end of the second inductor winding through the power transition of the third transistor connected to the input terminal, while the other input terminal is through the first an additional diode is connected to the beginning of the first inductor winding, and through a second additional diode to the beginning of the second inductor winding.

Description

Преобразователь постоянного напряженияDC / DC Converter

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована во вторичных источниках электропитания.The utility model relates to a conversion technique and can be used in secondary power sources.

Известен преобразователь постоянного напряжения с регулируемым токовым выходом, построенный на базе инвртора со средней точкой трансформатора, присоединенной через дроссель к источнику питания и двумя дополнительными управляемыми ключами 1, рис.2.7. Основным недостатком этого устройства являются повышенные коммутационные потери в ключах, так как все ключи переключаются при двойном напряжении нагрузки и в любой момент два ключа работают с частотой модуляции тока дросселя, которая при подобном формировании тока нагрузки, как правило, значительно превышает частоту переключения силового трансформатора.A known DC-DC converter with an adjustable current output, built on the basis of an inverter with a midpoint of the transformer connected via a choke to a power source and two additional controlled keys 1, Fig. 2.7. The main disadvantage of this device is the increased switching losses in the keys, since all the keys switch at double load voltage and at any time two keys work with the modulation frequency of the inductor current, which, when the load current is generated like this, as a rule, significantly exceeds the switching frequency of the power transformer.

Также известна возможность токового регулирования параметров преобразователя на базе однотактной схемы, содержащей транзистор, дроссель с двумя обмотками, диод и конденсатор фильтра. Последовательно соединенные транзистор и первая обмотка дросселя присоединены к источнику постоянного напряжения, а вторая обмотка дросселя присоединена к выходным выводам через диод 2, рис.1. Основной недостаток подобного решения - повышенные коммутационные потери, неэффективное использование источника и низкий КПД, что обусловлено импульсными токами, которые образуются как по входу так и по выходу преобразователя.The possibility of current regulation of converter parameters on the basis of a single-cycle circuit containing a transistor, a choke with two windings, a diode and a filter capacitor is also known. The transistor in series and the first inductor winding are connected to a constant voltage source, and the second inductor winding is connected to the output terminals through diode 2, Fig. 1. The main disadvantage of this solution is increased switching losses, inefficient use of the source and low efficiency, which is due to pulsed currents that are generated both at the input and output of the converter.

Наиболее близким по технической сути к данному изобретению является принятый в качастве прототипа однотактный преобразователь постоянного напряжения 3. Он содержит выводы для подключения источника постоянного напряжения, первый, второй и третий транзисторы, первый и второй диоды, первый и второй дроссели, трансформатор с двумя первичными обмотками, вторичная обмотка которого через выпрямитель с емкостным фильтром подключена к выходным выводам. Начало первой первичной обмотки соединено с первым выводом первого дросселя и эмиттером первого транзистора.The closest in technical essence to this invention is a single-cycle DC voltage converter 3 adopted as a prototype. It contains terminals for connecting a DC voltage source, first, second and third transistors, first and second diodes, first and second chokes, a transformer with two primary windings whose secondary winding is connected to the output terminals through a rectifier with a capacitive filter. The beginning of the first primary winding is connected to the first terminal of the first inductor and the emitter of the first transistor.

МПК 6 Н 02 М 3/335 IPC 6 N 02 M 3/335

коллектор которого соединен с положительным входным выводом и катодом первого диода. Конец первой первичной обмотки соединен с первым выводом второго дросселя и эмиттером третьего транзистора, коллектор которого соединен с катодом второго диода. Начало второй первичной обмотки соединено со вторым выводом первого дросселя и анодом второго диода, конец со вторым выводом второго дросселя, анодом первого диода и коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с отрицательным входным выводом.the collector of which is connected to the positive input terminal and the cathode of the first diode. The end of the first primary winding is connected to the first terminal of the second inductor and the emitter of the third transistor, the collector of which is connected to the cathode of the second diode. The beginning of the second primary winding is connected to the second terminal of the first inductor and the anode of the second diode, the end to the second terminal of the second inductor, the anode of the first diode and the collector of the second transistor, the emitter of which is connected to the negative input terminal.

Недостатки прототипа - увеличенные потери в ключах и ограниченный диапазон регулирования в режиме управляемого источника тока. Это обусловлено тем, что данное устройство может работать в режиме источника тока только при коэффициенте заполнения импульсов входного тока менее 0,5. Увеличенная амплитуда токов при том же среднем значении и является причиной указанных недостатков. Задачей полезной модели является расширение диапазона регулирования в режиме управляемого источника тока и снижение коммутационных потерь в ключах.The disadvantages of the prototype are the increased loss in the keys and a limited range of regulation in the mode of a controlled current source. This is due to the fact that this device can operate in the current source mode only when the duty cycle of the input current pulses is less than 0.5. The increased current amplitude at the same average value is the cause of these shortcomings. The objective of the utility model is to expand the control range in the mode of a controlled current source and reduce switching losses in the keys.

Для реализации поставленной задачи в преобразовтель постоянного напряжения, содержащий трансформатор., вторичная обмотка которого через выпрямитель с емкостным фильтром подключена к выходным выводам, дроссель с двумя обмотками, начало первой из которых подключено к катоду первого диода, а конец первой обмотки дросселя через силовой переход первого транзистора связан с концом первичной обмотки трансформатора, начало которой через силовой переход второго транзистора подключено ко входному выводу, согласно полезной модели, введены два дополнительных диода, дополнительный транзистор, магнитная связь между дросселями, причем начало второй обмотки дросселя соединенр с катодом второго диода, анод которого соединяется с концом первичной обмотки трансформатора, а конец второй обмотки дросселя через силовой переход третьего транзистора связан со входным зажимом, при этом другой входной зажим через первый дополнительный диод соединен с началом первой обмотки дросселя, и через второй дополнительный диод с началом второй обмотки дросселя.To achieve this goal, a DC voltage converter containing a transformer., Whose secondary winding is connected to the output terminals through a rectifier with a capacitive filter, a choke with two windings, the beginning of the first of which is connected to the cathode of the first diode, and the end of the first inductor winding through the power transition of the first the transistor is connected to the end of the primary winding of the transformer, the beginning of which through the power transition of the second transistor is connected to the input output, according to a utility model, two additional diodes, an additional transistor, magnetic coupling between the reactors, the beginning of the second inductor winding being connected to the cathode of the second diode, the anode of which being connected to the end of the transformer primary winding, and the end of the second inductor winding through the power transition of the third transistor connected to the input terminal, while the other input the clamp through the first additional diode is connected to the beginning of the first inductor winding, and through the second additional diode to the beginning of the second inductor winding.

произвольной однополярной формы независимо от вида нагрузки. В цепь нагрузки энергия поступает непрерывно. Трансформатор работает на полном магнитном цикле, причем все обмотки трансформатора постоянно обтекаются током. Данный преобразователь работает с коэффициентом заполнения импульсов входного тока вплоть до единицы, причем частоты работы электромагнитных элементов не связаны между собой и могут быть выбраны оптимальными. Это обеспечивает как расширение диапазона регулирования, так и снижение коммутационных потерь.arbitrary unipolar form regardless of the type of load. Energy enters the load circuit continuously. The transformer operates on a full magnetic cycle, and all the transformer windings are constantly surrounded by current. This converter operates with a duty cycle of input current pulses up to unity, and the frequencies of electromagnetic elements are not interconnected and can be chosen optimal. This provides both an extension of the control range and a reduction in switching losses.

На фиг. 1. приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы, где / и f/ - токи и напряжения соответствующих элементов.In FIG. 1. shows the structural diagram of the Converter; in FIG. 2 - time diagrams of its operation, where / and f / are the currents and voltages of the corresponding elements.

Преобразователь содержит первый 1.1. и второй 1.2 входные выводы, первый 2 и второй 3 дополнительные диоды, первый 4 и второй 5 диоды, дроссель 6 с двумя обмотками 6.1 и 6.2, первый 7 и второй 8 транзисторы, трансформатор 9 с первичной обмоткой 9.1 и вторичной обмоткой 9.2, третий транзистор 10, дополнительный транзистор 11, выпрямитель 12, емкостной фильтр 13 и выходные выводы 14.1 и 14.2. Входной вывод 1.1 соединен через диоды 2 и 3, с катодами диодов 4 и 5 соответственно, и с первыми выводами обмоток дросселя 6. Другие выводы обмоток соединяются с коллекторами транзисторов 10 и 7, эмиттеры которых соединены с анодами диодов 4 и 5 соответственно, первичной обмоткой трансформатора 9.1 и через транзисторы 8 и 11 соответственно, со входным зажимом 1.2. Вторичная обмотка трансформатора 9.2 через выпрямитель 12 присоединена к конденсатору фильтра 13 и выходным зажимам 14.The converter contains the first 1.1. and second 1.2 input terminals, first 2 and second 3 additional diodes, first 4 and second 5 diodes, inductor 6 with two windings 6.1 and 6.2, first 7 and second 8 transistors, transformer 9 with primary winding 9.1 and secondary winding 9.2, third transistor 10, an additional transistor 11, a rectifier 12, a capacitive filter 13, and output terminals 14.1 and 14.2. The input terminal 1.1 is connected through diodes 2 and 3, with the cathodes of the diodes 4 and 5, respectively, and with the first terminals of the windings of the inductor 6. Other terminals of the windings are connected to the collectors of transistors 10 and 7, the emitters of which are connected to the anodes of the diodes 4 and 5, respectively, by the primary winding transformer 9.1 and through transistors 8 and 11, respectively, with an input terminal 1.2. The secondary winding of the transformer 9.2 through the rectifier 12 is connected to the filter capacitor 13 and the output terminals 14.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом. В момент времени tl одновременно включаются транзисторы 7 и 8, и входное напряжение, присутствующее на входных зажимах 1.1 и 1.2, прикладывается с полярностью, обозначенной на фиг. 1 без скобок, к обмотке дросселя 6.1 и первичной обмотке трансформатора 9.1, через которьЕе начинает протекать ток, замыкающийся через транзисторы 7 и 8, диод 2, обмотку дросселя 6.1, обмотку трансформатора 9.1. Под действием приложенного напряжения ток указанной цепи нарастает и в дросселе 6 происходит накопление энергии. В момент времени 12The proposed Converter operates as follows. At time tl, transistors 7 and 8 are simultaneously turned on, and the input voltage present at the input terminals 1.1 and 1.2 is applied with the polarity indicated in FIG. 1 without brackets, to the winding of the inductor 6.1 and the primary winding of the transformer 9.1, through which current flows through the transistors 7 and 8, diode 2, the winding of the inductor 6.1, the winding of the transformer 9.1. Under the action of the applied voltage, the current of the specified circuit increases and energy is accumulated in the inductor 6. At time 12

транзистор 8 выключается, напряжение на дросселе меняет знак и приобретает полярность обозначенную на фиг. 1 в скобках. На обмотках трансформатора 9 полярность напряжения остается прежней. Дроссель начинает отдавать накопленную энергию, ток обмотки 6.1 замыкается через первичную обмотку трансформатора 9.1, диод 4 и открытый транзистор 7. В момент времени t3, вновь открывается транзистор 8 и процессы повторяются. В момент времени 14 выключается транзистор 7 и транзистор 8, если он был в этот момент в проводящем состоянии, и включается транзистор 10 и транзистор 11, если в момент времени соответствующий 14 был этап накопления энергии дросселя (транзистор 8 включен). При этом напряжение на обмотках трансформатора меняет знак (полярность показана на фиг. 1 в скобках), и ток протекает по цепи: обмотка дросселя 6.2, транзистор 10, обмотка трансформатора 9.1, диод 5. В момент времени 15, вкючается транзистор 11 и ток дросселя 6 начинает по цепи: вывод 1.1, диод 3, обмотка дросселя 6.2, транзистор 10, обмотка трансформатора 9.1, транзистор 11, вывод 1.2. В момент времени t6 выключается транзистор 11 и описанные процессы повторяются. Моменты переключения транзисторов 8 и 11 определяются необходимой формой тока нагрузки и допустимой амплитудой пульсации тока дросселя. Переключение транзисторов 7 и 10 определяется условием работы трансформатора на полном магнитном цикле.transistor 8 turns off, the voltage across the inductor changes sign and acquires the polarity indicated in FIG. 1 in parentheses. On the windings of the transformer 9, the voltage polarity remains the same. The inductor starts to give off the accumulated energy, the winding current 6.1 closes through the primary winding of the transformer 9.1, diode 4 and the open transistor 7. At time t3, transistor 8 opens again and the processes are repeated. At time 14, the transistor 7 and transistor 8 are turned off if it was at that moment in a conducting state, and the transistor 10 and transistor 11 are turned on if at the time corresponding to 14 there was a step of accumulating throttle energy (transistor 8 is on). In this case, the voltage across the transformer windings changes sign (the polarity is shown in brackets in Fig. 1), and the current flows through the circuit: inductor winding 6.2, transistor 10, transformer winding 9.1, diode 5. At time 15, transistor 11 and inductor current are turned on 6 starts along the circuit: terminal 1.1, diode 3, inductor winding 6.2, transistor 10, transformer winding 9.1, transistor 11, terminal 1.2. At time t6, the transistor 11 turns off and the described processes are repeated. The switching times of the transistors 8 and 11 are determined by the necessary form of the load current and the allowable amplitude of the ripple current of the inductor. Switching transistors 7 and 10 is determined by the condition of the transformer on a full magnetic cycle.

Практическая реализация полезной модели на мощность 1 кВт сделана на следующих элементах: диоды 2-5 - КД230А; транзисторы 7,8,10,11 - КТ847А; дроссель 6 - МП140 - ЗК44-28-10,3 - 1,5 мГн; трансформатор - феррит ЗК45-28-8; диоды выпрямителя - КД226Д. Использованная литератураThe practical implementation of the utility model for a power of 1 kW is made on the following elements: diodes 2-5 - KD230A; transistors 7,8,10,11 - KT847A; throttle 6 - MP140 - ZK44-28-10.3 - 1.5 mH; transformer - ferrite ZK45-28-8; rectifier diodes - KD226D. References

1.Глебов Б.А. Магнитно-транзисторные преобразователи напряжения для питания РЭА. - М.: и связь, 1981. - 96с., ил.1.Glebov B.A. Magneto-transistor voltage converters for power CEA. - M .: and communication, 1981. - 96s., Ill.

2.Волков И.В., Пономарев И.Г., Мясников А.Г., Свительский А.Л., Гранкин А.В., Гринчук И.А. Индуктивно-ключевые преобразователи с токовым регулированием выходных параметров. - Киев, 1991. - 38с.(Препр./АН УССР. Ин-т электродинамики; №689).2.Volkov I.V., Ponomarev I.G., Myasnikov A.G., Svitelsky A.L., Grankin A.V., Grinchuk I.A. Inductive-key converters with current regulation of output parameters. - Kiev, 1991. - 38 pp. (Prep. / Academy of Sciences of the Ukrainian SSR. Institute of Electrodynamics; No. 689).

3.А. С. 1697222, СССР, МКИ 5 Н 02 М 3/335. Однотактный преобразователь постоянного напряжения /Багинский Б.А.,3.A. S. 1697222, USSR, MKI 5 H 02 M 3/335. One-stroke DC / DC converter / Baginsky B.A.,

Claims

A DC voltage converter comprising a transformer, the secondary winding of which is connected to the output terminals through a rectifier with a capacitive filter, a choke with two windings, the beginning of the first of which is connected to the cathode of the first diode, and the end of the first inductor winding through the power transition of the first transistor is connected to the end of the primary winding a transformer, the beginning of which is connected to the input terminal through the power transition of the second transistor, characterized in that two additional diodes are introduced into it, an additional the first transistor, magnetic coupling between the reactors, the beginning of the second inductor winding connected to the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the end of the transformer primary winding, and the end of the second inductor winding through the power transition of the third transistor connected to the input terminal, while the other input terminal is through the first an additional diode is connected to the beginning of the first inductor winding, and through a second additional diode to the beginning of the second inductor winding.