SU1415366A2 - High-voltage high-frequency voltage converter - Google Patents

High-voltage high-frequency voltage converter Download PDF

Info

Publication number
SU1415366A2
SU1415366A2 SU874193071A SU4193071A SU1415366A2 SU 1415366 A2 SU1415366 A2 SU 1415366A2 SU 874193071 A SU874193071 A SU 874193071A SU 4193071 A SU4193071 A SU 4193071A SU 1415366 A2 SU1415366 A2 SU 1415366A2
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
voltage
output
converter
transistor
current
Prior art date
Application number
SU874193071A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Михайлович Стрельцов
Original Assignee
Предприятие П/Я Г-4149
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Предприятие П/Я Г-4149 filed Critical Предприятие П/Я Г-4149
Priority to SU874193071A priority Critical patent/SU1415366A2/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1415366A2 publication Critical patent/SU1415366A2/en

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к преобразовател м напр жени . Цель изобретени  - повышение качества выходного напр жени  за счет уменьшени  нестабильности выходного напр жени  в широком диапазоне изменени  тока нагрузки. Преобразователь напр жени  построен по двухтактной схеме с фиксированным уровнем переключени  трашзисторюв. Уровень переключени  транзисторов 4 и 5 преобразовател  пропорционален величине входного напр жени  и формируетс  с помощью делителей напр жени  6, 7, резисторов 12, 13, 21 и двух компараторов 14 и 15. Выбором уровн  переключени  порогового устройства 19 измен етс  коэффициент передачи одного из делителей, что позвол ет изменить траекторию переключени  транзисторов 4 и 5 преобразовател , за счет чего уменьшаетс  выходное напр жение при малых токах нагрузки. 4 ил. Q 9The invention relates to electrical engineering, namely voltage converters. The purpose of the invention is to improve the quality of the output voltage by reducing the instability of the output voltage in a wide range of variation of the load current. The voltage converter is built on a push-pull circuit with a fixed level of switching transistor. The switching level of transistors 4 and 5 of the converter is proportional to the input voltage and is formed using voltage dividers 6, 7, resistors 12, 13, 21 and two comparators 14 and 15. By selecting the switching level of the threshold device 19, the transfer ratio of one of the dividers, which allows the switching path of the transistors 4 and 5 of the converter to change, thereby reducing the output voltage at low load currents. 4 il. Q 9

Description

(L

ПP

СПSP

соwith

О)ABOUT)

Фиг.11

1H

Изобретение относитс  к преобразо нательной технике, может быть использовано при разработке высоковол15тных источников электропитани  и  вл етс  усопер иенствованием преобразовател  по авт. ев. № 1153384.The invention relates to a conversion technique, can be used in the development of high voltage power sources and is the improvement of the converter according to the authors. ev No. 1153384.

Цель изобретени  - повышение качества выхо/шого напр жени  за счет уменьшени  нестабильности выходного напр жени  в широком диапазоне изменени  тока нагрузки.The purpose of the invention is to improve the quality of the output / output voltage by reducing the instability of the output voltage in a wide range of variation of the load current.

На фиг. 1 приведена структурна  схема высоковольтного высокочастотного преобразовател  напр жени ; на фиг. 2 - 4 - диаграммы напр жени  и тока в различных точках схемы дл  двух режимов работы высоковольтного высокочастотного преобразовател  напр жени , а также его выходна  характеристика .FIG. 1 shows a block diagram of a high-voltage high-frequency voltage converter; in fig. 2-4 are voltage and current diagrams at various points in the circuit for two modes of operation of the high-voltage high-frequency voltage converter, as well as its output characteristic.

Высоковольтный высокочастотный преобразователь напр жени  содержит фор мировател1 1 импульсов, первьй логи- чески11 элемент И 2, второй логически элемент И 3, первый транзистор 4, втрой транзистор 5, первый делитель 6 напр жени , второй де:п1тель 7 напр жени , конденсатор 8, первый диод 9, трансформатор 1U, второй диод 11, пе вый резистор 12, второй резистор 13, первый компаратор 14, второй компаратор 15, выпр митель 16, емкостной филг)Тр 17, датчик 18 тока, пороговое устройство 19, ключ 20.The high-voltage high-frequency voltage converter contains a formative1 1 pulse, the first logical 11 element AND 2, the second logical element AND 3, the first transistor 4, the second transistor 5, the first divider 6 voltage, the second de: voltage 7, the capacitor 8, the first diode 9, the transformer 1U, the second diode 11, the first resistor 12, the second resistor 13, the first comparator 14, the second comparator 15, the rectifier 16, capacitive fil) Tr 17, current sensor 18, threshold device 19, switch 20.

Пр мой выход формировател  1 им- пу. п.сов соединен с первым входом второго элемента И 3. Выход первого элемента 1 2 соединен с базой первого транзи- стора 4, а выход второго элемента И 3 соединен с базой второго транзистора 5. Эмиттеры первого 4 и второго 5 транзисторов объединены и сое- дш{ены с первыми входами первого 6 и нгорого 7 делителей напр жени , с первым выводом конденсатора 8 и подключены к общему входному выводу. Коллектор первого транзистора 4 соединен с вторым входом первого делител  6 напр жени , с анодом первого диода 9 и с началом первичной обмот- си трансформатора 10. Коллектор второго транзисто1)а 5 соедю1ен с вторым входом второго делител  7 напр жени  с анодом второго диода 11 и концом первичной обмотки трансформатора. Катоды первого 9 и второго 1 1 диодов объсдгачен, и через первьи резистор 12 подключены к второму выводу конDirect output of shaper 1 IMP. p. ssov connected to the first input of the second element And 3. The output of the first element 1 2 is connected to the base of the first transistor 4, and the output of the second element And 3 is connected to the base of the second transistor 5. The emitters of the first 4 and second 5 transistors are combined and connected The modules are connected to the first inputs of the first 6 and three direct voltage dividers, with the first output of the capacitor 8 and are connected to the common input output. The collector of the first transistor 4 is connected to the second input of the first voltage divider 6, with the anode of the first diode 9 and with the start of the primary winding of the transformer 10. The collector of the second transistor 1) 5 connects to the second input of the second divider 7 voltage with the anode of the second diode 11 and the end of the primary winding of the transformer. The cathodes of the first 9 and second 1 1 diodes are disconnected, and through the first resistor 12 are connected to the second terminal

10ten

1515

2020

2525

30thirty

5five

00

5five

00

5five

денсатора В, 1:ервому выводу второго резистора 13 и инвертир тощим входам первого 14 и второго 15 компараторов. Не инвертирующий вход первого компаратора 14 подключен к выходу второго делител  7 напр жени . Неинвертирую- И1ИЙ вход второго компаратора 15 подключен к выходу первого делител  6 напр жени . Выход первого компаратора 14 соединен с вторым входом первого элемента И 2, а выход второго компаратора 15 соединен с вторым входом второго элемента И 3. Вторична  обмотка трансформатора 10 через выпр митель 16 и емкостной фильтр 17 соединена с выводами дл  подключени  нагрузки . Входа датчика 18 тока включены между средней точкой первичной обмотки трансформатора 10 и входным выводом. Выход датчика 18 тока через пороговое устройство 19 подключен к входу ключа 20. Выход ключа шунтирует часть второго резистора 21, установленного между общим выводом и объединенными инвертирующими входами компараторов 14 и 15.Sensor B, 1: The first output of the second resistor 13 and the inverter are the lean inputs of the first 14 and second 15 comparators. The non-inverting input of the first comparator 14 is connected to the output of the second voltage divider 7. The non-inverted I1II input of the second comparator 15 is connected to the output of the first voltage divider 6. The output of the first comparator 14 is connected to the second input of the first element 2, and the output of the second comparator 15 is connected to the second input of the second element 3. The secondary winding of the transformer 10 through the rectifier 16 and the capacitive filter 17 is connected to the terminals for connecting the load. The input of current sensor 18 is connected between the midpoint of the primary winding of the transformer 10 and the input terminal. The output of the current sensor 18 through the threshold device 19 is connected to the key input 20. The key output shunts a portion of the second resistor 21 installed between the common terminal and the combined inverting inputs of the comparators 14 and 15.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

Формирователь 1 импульсов обес-- печивает на своих выходах два пара- фазных сигнала пр моугольной формы со скважностью 2 (фиг. 2 диаграммы 22 и 23). На выходе первого элемента И 2 формируетс  импульсы управлени  первым транзистором 4 (фиг. 2,диаграмма 24). Причем момент запирани  транзистора совпадает с фронтом импульса формировател  импульсов, а момент отпирани  транзистора задержан относительно фронта импульса формировател  импульсов. Диаграмма 25 напр жени  на коллекторе первого транзистора 4 приведена на фиг. 2. Диаграммы 24 и 25 (фиг. 2) приведены без учета времени рассаслзшани  неосновных носителей и времени восстановлени  диодов выпр мител  16, так как это не вли ет на качествен- Ш.Ш характер протекающих процессов. На втором элементе И 3 и на втором транзисторе 5 эпюры напр жешш имеют аналогичн то 4юрму, но сдвинуты на 180 относительно диаграмм 24 и 25 (фиг. 2).The pulse former 1 provides, at its outputs, two para-phase square-wave signals with a duty cycle of 2 (Fig. 2, charts 22 and 23). At the output of the first element And 2, control pulses are generated by the first transistor 4 (Fig. 2, diagram 24). Moreover, the moment of locking the transistor coincides with the front of the pulse of the pulse shaper, and the moment of unlocking the transistor is delayed relative to the pulse front of the pulse shaper. Voltage diagram 25 at the collector of the first transistor 4 is shown in FIG. 2. Diagrams 24 and 25 (Fig. 2) are shown without taking into account the time of dissipation of minority carriers and the recovery time of the diodes of rectifier 16, since this does not affect the quality of the processes occurring. On the second element And 3 and on the second transistor 5, the diagrams for the voltage are similar to that of the 4 curse, but shifted by 180 relative to the diagrams 24 and 25 (Fig. 2).

Отпирание первого транзистора 4 происходит при наличии уровн  логи- ческо1 1 единицы на nf.ix( ;ie первого эле- И 2, китсн- ь:: .чг  вл етс  приThe unlocking of the first transistor 4 occurs in the presence of a logic level of 1 1 units on nf.ix (; i.e. the first element I 2, the power factor ::. Hg is at

наличии двух логических единиц на входе. Уровень логической единицы на выходе компаратора по вл етс , если сигнал на неинвертирующем входе пре- вышает сигнал на инвертирующем входе Эпюры напр жений на входе первого компаратора 14 приведены на диаграмме 26 (фиг. 2). На инвертирующий вхо обоих компараторов 14 и 15 подаетс  пороговое напр жение через делитель напр жени  на первом 12 и втором 13 {юзисторах, фильтрующий конденсаторthere are two logical units at the entrance. The level of the logical unit at the comparator output appears if the signal at the non-inverting input exceeds the signal at the inverting input The voltage plots at the input of the first comparator 14 are shown in diagram 26 (Fig. 2). On the inverting input of both comparators 14 and 15, a threshold voltage is applied through the voltage divider on the first 12 and second 13 {JSistors, filtering the capacitor

8и двухтактный выпр митель на первом8 and push pull rectifier on ground

9и втором 11 диодах, которое пропор ционально двойной величине входного напр жени . На неинвертирующий вход первого компаратора 14 подаетс  измер емое напр жение с коллектора второго транзистора 5 через второй дели- тель 7 напр жени , а на неинвертирую- щкй вход второго компаратора 15 подаетс  измер емое напр жение с коллектора первого транзистора 4 через первый делитель 6 напр жени . Таким образом момент переключени  компараторов определ етс  характером процессов на коллекторах транзисторов преобразовател  напр жени .9 and the second 11 diodes, which is proportional to the double value of the input voltage. The non-inverting input of the first comparator 14 supplies the measured voltage from the collector of the second transistor 5 through the second voltage divider 7, and the non-inverting input of the second comparator 15 supplies the measured voltage from the collector of the first transistor 4 through the first voltage divider 6 . Thus, the switching time of the comparators is determined by the nature of the processes at the collectors of the transistor of the voltage converter.

Рассмотрим эпюру напр жени  наConsider the stress plot

коллекторе первого транзистора, приведенную на диаграмме 25 (фиг. 2). На этапе I первьй транзистор открыт, а второй закрыт и энерги  передаетс  с входа в нагрузку. На этапе II оба транзистора закрыты и закрыты диоды выходного вьшр мител , которые отключают нагрузку и емкостной фильтр от вторичной обмотки трансформатора. Высоковольный трансформатор характери- зуетс  большой величиной емкости вторичной обмотки, приведенной к первичной обмотке. На этом этапе происходит перезар д емкости вторичной обмотки fpaнcфopмaтopa его током намагничи- вани . На этапе Ш открываетс  второй транзистор и происходит зар д емкости вторичной обмотки трансформатора, котора  отключена от нагрузки выход- Hbw выпр мителем, так как имеет мень- шее напр жение, чем емкость выходного фильтра. На этапе IV транзистор второй откр)ыт, а первый закрыт и энерги  с входа передаетс  в нагрузку. Этапы работы V и VI соответствуют этапам работы П и ni. Далее все этапы повтор ютс . Эпюра тока через коллекторы первого и второго транзисторов приведена на диаграмме 27 (фиг. 2).the collector of the first transistor shown in diagram 25 (Fig. 2). At stage I, the first transistor is open, and the second is closed and energy is transferred from the input to the load. At stage II, both transistors closed and closed the diodes of the output voltage of the transistor, which disconnect the load and the capacitive filter from the secondary winding of the transformer. A high-voltage transformer is characterized by a large value of the capacity of the secondary winding, reduced to the primary winding. At this stage, the recharge of the secondary winding capacity of the transformer by its magnetizing current occurs. At step III, the second transistor is opened and the capacitance of the transformer secondary winding is charged, which is disconnected from the output-Hbw load by the rectifier, as it has a lower voltage than the output filter capacitance. At stage IV, the second transistor is open, and the first is closed and the power from the input is transferred to the load. The stages of work V and VI correspond to the stages of work P and ni. Further, all steps are repeated. The plot of the current through the collectors of the first and second transistors is shown in diagram 27 (Fig. 2).

5 0 5 5 0 5

00

Q 5 g Q 5 g

5five

Оптимальна  форма тока через транзисторы , позвол юща  получить максимальное значение КПД при минимальном уровне пульсаций выходного напр жени , достигаетс , если включение транзистора происходит при напр жении на нем (0,4-0,8), а длительность паузы в токе составл ет (5-15)% от длительности периода. Данньм режим переключени  транзисторов выставл етс  при номинальном режиме нагрузки. При этом пороговый уровень порогового устройства 19 выбираетс  так, чтобы при номинальном входном токе через датчик 18 тока ключ 20 был открыт, а часть второго резистора 13 закорочена . Первым 12 и вторым 13 резистора - ми выставл етс  требуемьй уровень переключени  транзисторов. Эпюры напр жени  дл  этого режима на первом транзисторе и первом компараторе приведены на диаграммах 25 и 26 (фиг. 2) соответственно. На втором транзисторе и втором компараторе эпюры аналогичны и сдвинуты на 180 .The optimal form of the current through the transistors, which allows to obtain the maximum efficiency value with the minimum ripple of the output voltage, is achieved if the transistor is turned on with a voltage on it (0.4-0.8), and the duration of the pause in the current is (5 -15)% of the duration of the period. This transistor switching mode is set at nominal load conditions. At the same time, the threshold level of the threshold device 19 is selected so that, at a nominal input current through the current sensor 18, the switch 20 is open and the part of the second resistor 13 is shorted. The first 12 and second 13 resistors expose the required level of switching transistors. The voltage plots for this mode on the first transistor and the first comparator are shown in diagrams 25 and 26 (Fig. 2), respectively. On the second transistor and the second comparator, the diagrams are similar and shifted by 180.

При изменении тока нагрузки напр жение на выходе измен етс . Выходна  характеристика преобразовател  напр жени  приведена на фиг. 4 (пунктирна  лини  дл  известного преобразовател , сплошна  лини  - дл  предлагаемого ). Увеличение выходного напр жени  при малых токах нагрузки обус- ло злено тем, что выбранный режим коммутации транзисторов преобразовател  обеспечивает подключение емкостного фильтра чер)ез выпр митель к вторичной обмотке при ненулевых начальных услови х тока через индуктивность рассеивани  вторичной обмотки трансформатора . На диаграмме 27 (фиг. 2) ток через транзисторы на Ш и VI этапах  вл етс  током через индуктивность рассеивани  вторичной обмотки трансформатора. Ток через транзисто- в конце Ш и VI этапов  вл етс  начальным значением тока зар да емкостного фильтра. Поэтому индуктивность рассе ни  вторичной обмотки трансформатора  вл етс  источником тока зар да емкостного фильтра. Скорость разр да емкостного фильтра при , малых токах нагрузки мала. Следовательно , выходное напр жение преобразовател  напр жени  тем ниже, чем ниже скорость зар да емкостного фильтра, т.е. необходшю при малых токах нагрузки 1еньшать начальноеWhen the load current changes, the output voltage changes. The output characteristic of the voltage converter is shown in FIG. 4 (dashed line for a known transducer, solid line for the proposed one). An increase in the output voltage at low load currents is due to the fact that the selected switching mode of the converter's transistors ensures the connection of a capacitive filter through the rectifier to the secondary winding under non-zero initial conditions of the current through the transformer secondary winding. In diagram 27 (Fig. 2), the current through the transistors in the III and VI stages is the current through the inductance of the dissipation of the secondary winding of the transformer. The current through the transistor at the end of the III and VI stages is the initial value of the charging current of the capacitive filter. Therefore, the dissipation inductance of the secondary winding of the transformer is the source of the charge current of the capacitive filter. The speed of discharge of the capacitive filter at low load currents is small. Consequently, the output voltage of the voltage converter is the lower, the lower the charge rate of the capacitive filter, i.e. Negative at low load currents 1 initial

значение тока зар да емкостного фильтра.value of the charge current of the capacitive filter.

В предлагаемом преобразователе пр уменьшении тока нагрузки сигнал на выходе датчика тока уменьшаетс , что приводит к срабатыванию порогового устройства и запиранию ключа. С помощью части резистора 13 момент переключени  транзисторов выставл етс  таким образом, чтобы включение транзистора происходило при практически нулевом напр жении на нем. Эпюры напр жени  на первом транзисторе и первом компараторе приведены на диаграммах 28 и 29 (фиг. 3) соответственно. В этом режиме длительность Ш и VI этапов сведена к нулю за счет увеличени  длительности II и V этапов. Ток через транзисторы преобразовате- л  в этом режиме приведен в диаграмме 30 (фиг. 3). Его величина в начале I и IV этапов значительно меньше, чем при номинальной нагрузке и приближенно равна току холостого хода транс- форматора в данный момент времени. В св зи с тем, что при изменении режима коммутации транзисторов преобразовател  напр жени  снижаетс  ток зар да емкостного фильтра, уменьшаетс  выходное напр жение. Сплошной линией (фиг. 4) приведена выходна  характеристика предлагаемого преобразоватеIn the proposed converter, when the load current decreases, the signal at the output of the current sensor decreases, which leads to the triggering of the threshold device and locking the key. Using a part of the resistor 13, the switching time of the transistors is set in such a way that the switching on of the transistor takes place at a practically zero voltage across it. The voltage plots on the first transistor and the first comparator are shown in diagrams 28 and 29 (Fig. 3), respectively. In this mode, the duration of the III and VI stages is reduced to zero by increasing the duration of the II and V stages. The current through the transistors of the converter in this mode is shown in diagram 30 (Fig. 3). Its value at the beginning of stages I and IV is much less than at nominal load and is approximately equal to the no-load current of the transformer at a given time. Due to the fact that when the switching mode of the transistors of the voltage converter is changed, the charge current of the capacitive filter decreases, the output voltage decreases. The solid line (Fig. 4) shows the output characteristic of the proposed converter

О.ABOUT.

00

0 5 0 5

00

л . Момент изменени  режима коммутации транзисторов преобразовател  выбираетс , как правило, при токе (0,1- 0,2) 1,0.l The moment of changing the switching mode of the transistors of the converter is chosen, as a rule, at a current of (0.1-0.2) 1.0.

Таким образом, предлагаемый высоковольтный высокочастотный преобразователь напр жени  обладает улучшенной выходной характеристикой за счет уменьшени  выходного напр жени  при малых токах нагрузки.Thus, the proposed high-voltage high-frequency voltage converter has an improved output characteristic due to a decrease in the output voltage at low load currents.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Высоковольтный высокочастотный прв образователь напр жени  по авт. св. № 1153384, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  качества выходного напр жени  за счет уменьшени  нестабильности выходного напр жени  в широком диапазоне изменени  тока нагрузки, введены пороговый элемент , ключ и датчик тока, включенный между входным выводом и отводом от средней точки первичной обмотки выходного трансформатора, причем выход датчика тока через пороговый элемент подключен к входу управлени  ключа, выход которого шунтирует часть резистора , установленного между общим выводом и объединенными инвертирующими входами компараторов.High-voltage high-frequency voltage driver for aut. St. No. 1153384, characterized in that, in order to improve the quality of the output voltage by reducing the instability of the output voltage in a wide range of load current, a threshold element, a key and a current sensor connected between the input terminal and the outlet from the midpoint of the primary output winding are introduced transformer, the output of the current sensor through the threshold element is connected to the control input of the key, the output of which bypasses a part of the resistor installed between the common terminal and the combined inverting inputs of the computer aratorov. 2323 гьgb (вых.(out 30thirty Фиг 3Fig 3 гМGM 1n
SU874193071A 1987-02-12 1987-02-12 High-voltage high-frequency voltage converter SU1415366A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874193071A SU1415366A2 (en) 1987-02-12 1987-02-12 High-voltage high-frequency voltage converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU874193071A SU1415366A2 (en) 1987-02-12 1987-02-12 High-voltage high-frequency voltage converter

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU1153384A Addition SU240441A1 (en) METHOD OF DRAWING MAGNETIC COATINGS OF SPLAVOVOKBALT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1415366A2 true SU1415366A2 (en) 1988-08-07

Family

ID=21284994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU874193071A SU1415366A2 (en) 1987-02-12 1987-02-12 High-voltage high-frequency voltage converter

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1415366A2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 1153384, кл. Н 02 М 3/335, 1983. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109067178B (en) Control system and method for mode smooth switching of in-phase buck-boost converter
SU1729305A3 (en) Power circuit for battery charging with charge current
JPH06284601A (en) Dc power supply
CN2744056Y (en) Switch power controller
SU1415366A2 (en) High-voltage high-frequency voltage converter
JPH08130871A (en) Dc-dc converter
CN115940661B (en) MOSFET hierarchical driving control circuit and control method for isolation converter
SU1411895A1 (en) Single-ended transistor d.c. voltage converter
SU1284760A1 (en) Power supply source for welding
SU1615848A1 (en) High-frequency single-end converter
CN116526836A (en) Voltage converter, battery module and power supply system
SU1432688A1 (en) Single-ended d.c. voltage converter
SU1480068A1 (en) Single-clock half-bridge converter
SU672713A1 (en) Inverter
SU913534A1 (en) Self-excited transistorized inverter
SU653697A1 (en) Single-cycle voltage converter
SU1539925A1 (en) Dc voltage converter
SU1524142A1 (en) Single-end dc voltage converter
SU1181083A1 (en) Stabilized d.c.voltage converter
SU1436218A1 (en) Device for controlling a push-pull transistor gate
RU1797157C (en) Single clock pulse inverter
SU1718366A1 (en) Capacitor charger
SU1192077A1 (en) D.c.voltage converter
SU728201A1 (en) D.c. to d.c. voltage converter
SU1658322A1 (en) Regulated dc voltage converter