SU1638774A1 - One-step dc-to-dc voltage converter - Google Patents

One-step dc-to-dc voltage converter Download PDF

Info

Publication number
SU1638774A1
SU1638774A1 SU884609735A SU4609735A SU1638774A1 SU 1638774 A1 SU1638774 A1 SU 1638774A1 SU 884609735 A SU884609735 A SU 884609735A SU 4609735 A SU4609735 A SU 4609735A SU 1638774 A1 SU1638774 A1 SU 1638774A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
power
voltage
transformer
transistor
input terminal
Prior art date
Application number
SU884609735A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Кузьмин
Геннадий Александрович Белов
Original Assignee
Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова
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 Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова filed Critical Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова
Priority to SU884609735A priority Critical patent/SU1638774A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1638774A1 publication Critical patent/SU1638774A1/en

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Изобретение,относитс  к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитани . Цель - повышение надежности путем ограничени  напр жени  на силовых транзисторах. Устройство содержит силовой трансформатор вторичные обмотки 2,3 которого соединены через выпр митель 4 и фильтр 5 с выходными выводами. Первична  обмотка 6 присоединена через дополнительный силовой транзистор 7 и высоковольтный силовой ключ к входным выводам. Высоковольтный транзисторный ключ состоит из N силовых транзисторов , N защитных диодов, N-1 дополнительных источников напр жени  и низковольтного транзистора 8. При поступлении отпирающего напр жени  с обмоток трансформатора 20 бтока 21 управлени  силовые транзисторы 9 - 11 и 7 отпираютс  и происходит передача энергии к выходным выводам. При поступлении запирающего напр жени  с базовых обмоток трансформатора 20 сначала запираетс  низковольтный транзистор 8 и затем последоваюThe invention relates to the field of electrical engineering and can be used in secondary power supply sources. The goal is to increase reliability by limiting the voltage across the power transistors. The device contains a power transformer secondary windings 2,3 of which are connected via rectifier 4 and filter 5 with output terminals. The primary winding 6 is connected via an additional power transistor 7 and a high-voltage power switch to the input terminals. The high voltage transistor switch consists of N power transistors, N protective diodes, N-1 additional voltage sources and a low voltage transistor 8. When the unlocking voltage comes from the windings of the transformer 20 of the control 21, the power transistors 9 - 11 and 7 unlock and energy is transmitted to output pins. When a blocking voltage is applied from the base windings of the transformer 20, the low-voltage transistor 8 is locked first and then

Description

тельно силовые транзисторы 9 - 1 Г, причем максимальное напр жение на коллекторах силовых транзисторовpower transistors of 9-1 g, with the maximum voltage on the collectors of power transistors

9-11 ограничиваетс  через защитные диоды 12,13 на необходимом уровне. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.9-11 is limited through protective diodes 12,13 at the required level. 1 hp f-ly, 2 ill.

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть испо ьзовано в источниках вторичного электропитани  систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники.The invention relates to electrical engineering and can be used in the sources of secondary power supply systems of radio engineering, automation and computer technology.

Цель изобретени  - повышение надежности путем ограничени  напр жени  на силовых транзисторах однотакт- ного преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное.The purpose of the invention is to increase reliability by limiting the voltage on the power transistors of a single-cycle DC / DC converter.

На фиг.1 приведена электрическа  схема однотактного преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное на фиг.2 - диаграммы токов напр жений на элементах преобразовател .Fig. 1 shows an electrical circuit of a single-cycle DC / DC converter in Fig. 2 — voltage current diagrams for converter elements.

Однотактный преобразователь посто нного напр жени  в посто нное содержит силовой трансформатор вторичные обмотки 2,3 которого соединены через выпр митель 4 и фильтр 5 с выходными выводами, а первична  обмотка 6 включена между дополнительным силовым транзистором 7 и высоковольтным транзисторным ключом,который состоит из низковольтного транзистора 8 и, например, из трех силовых транзисторов 9, 10 и 11, трех защитных диодов 12, 13 и 14 и двух вспомогательных источников 15 и 16 .напр жени . Управл ющие переходы силовых транзисторов присоединены к базовым обмоткам 17, 18 и 19 трансформатора 20 блока 21 управлени  через последовательные цепи 22, 25 и 24 из резисторов и диодов, а управл ющие переходы низковольтного 8 и дополнительного силового 7 транзисторов соединены через резисторы 25, 26 с боковыми обмотками 27, 28 трансформатора 20, а первый 29 и второй 30 замыкающие диоды включены между выводами первичной обмотки 6 и входными выводами. Дл  равномерного распределени  напр жени  между силовыми транзисторами в схему преобразовател  могут быть введены резисторы 31,32 и 33.A single-cycle DC / DC converter contains a power transformer of secondary windings 2,3 of which are connected via rectifier 4 and filter 5 with output terminals, and the primary winding 6 is connected between an additional power transistor 7 and a high-voltage transistor switch, which consists of a low-voltage transistor 8 and, for example, from three power transistors 9, 10 and 11, three protective diodes 12, 13 and 14 and two auxiliary sources 15 and 16. The control transitions of the power transistors are connected to the base windings 17, 18 and 19 of the transformer 20 of the control unit 21 via serial circuits 22, 25 and 24 of resistors and diodes, and the control transitions of the low-voltage 8 and additional power 7 transistors are connected through resistors 25, 26 s side windings 27, 28 of the transformer 20, and the first 29 and second 30 closing diodes are connected between the terminals of the primary winding 6 and the input terminals. To evenly distribute the voltage between the power transistors, resistors 31, 32 and 33 can be introduced into the converter circuit.

Однотактный преобразователь посто нного напр жени  в посто нное, работает следующим образом.A single-ended DC / DC converter works as follows.

Дл  разделени  входного напр жени  между силовыми транзисторамиTo separate the input voltage between the power transistors

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

9, 10 и 11 иснользуютс  вспомогательные источники 15, 16 напр жени  и поочередное запирание транзисторов. В общем случае необходимо иметь N-1 вспомогательных источников напр жени . Напр жение на выходе каждого вспомогательного источника напр жени  должно быть в N раз меньше напр жени  питани . Диоды 29 и 30  вл ютс  замыкающими диодами, с их помощью происходит рекуперации энергии,запасенной в индуктивности рассе ни  силового трансформатора 1. Защитные диоды 12 и 13 выполн ют две функции: во-первых, эти диоды отключают вспомогательные источники от силовых транзисторов 9 - 11 на врем , когда силовые транзисторы открыты, и предотвращают замыкание входного напр жени  на вспомогательные источники 15 и 16 напр жени ; во-вторых диоды 12, 13 и вместе с ними диод 14 создают цепь дл  протекани  запирающего тока базы на интервалах рассасывани  силовых транзисторов 9-11.9, 10 and 11 are used auxiliary voltage sources 15, 16 and alternate locking of the transistors. In general, it is necessary to have N-1 auxiliary voltage sources. The voltage at the output of each auxiliary voltage source must be N times less than the supply voltage. Diodes 29 and 30 are closing diodes, they help to recover the energy stored in the scattering inductance of the power transformer 1. The protective diodes 12 and 13 perform two functions: first, these diodes disconnect the auxiliary sources from the power transistors 9 - 11 at the time when the power transistors are open, and prevent the input voltage from closing to the auxiliary voltage sources 15 and 16; secondly, the diodes 12, 13 and, together with them, the diode 14 create a circuit for the flow of the blocking current of the base at the absorption intervals of the power transistors 9-11.

В момент t0 блок 21 управлени  вырабатывает отпирающий импульс.Этот сигнал по вл етс  одновременно на базовых обмотках 17 - 19 и 27, 28, т.е. в момент tQ все транзисторы 7-11 отпираютс . На последующем интервале t0 - t открытого состо ни  транзисторов процессы в данном преобразователе аналогичны процессам в обычном преобразователе с пр мым включением диода. Диоды 12 - 14 и 29, 30 закрыты, выходы вспомогательных источников 15, 16 напр жени  отключены от силовых транзисторов. Энерги  из источника питани  передаетс  к выходным выводам преобразовател . Кроме того, происходит подза- р д конденсаторов вспомогательных источников 15, 16 напр жени  через дополнительные обмотки трансформатб- ра 1 .At time t0, the control unit 21 generates a trigger pulse. This signal appears simultaneously on the base windings 17-19 and 27, 28, i.e. at time tQ, all transistors 7-11 are unlocked. In the subsequent open state interval t0 - t, the transistors in this converter are similar to processes in a conventional converter with direct diode switching on. Diodes 12-14 and 29, 30 are closed, the outputs of the auxiliary voltage sources 15, 16 are disconnected from the power transistors. The power from the power source is transmitted to the output terminals of the converter. In addition, a subgrid of capacitors of auxiliary voltage sources 15, 16 takes place through the additional windings of transformer 1.

Выключение транзисторов происход т в следующем пор дке. В некоторый момент бло.к. 21 управлени  мен ет пол рность- напр жени  на первичной обмотке трансформатора 20,соот- ветственно мен етс  пол рность напр жени  на обмотках 17 - 19 и 27, 28. По истечении времени рассасывани Switching off the transistors occurs in the following order. At some point, block. 21 controls the polarity of the voltage on the primary winding of the transformer 20, respectively, the polarity of the voltage on the windings 17-19 and 27, 28 changes. After the resorption time has elapsed

запираетс locked up

транзистора 9 разрываетс  дующем интервале t - tj.transistor 9 is interrupted by the next interval t - tj.

(34, фиг.2) в момент низковольтный транзистор 8. Этот транзистор низковольтный, выбираетс  из класса ВЧ- и СВЧ-приборов и запираетс  первым.(34, FIG. 2) at the time of the low voltage transistor 8. This low voltage transistor is selected from the class of high frequency and microwave devices and is locked first.

После выключени  транзистора 8 в момент t, эмиттерна  цепь силовогоAfter turning off the transistor 8 at time t, the emittern power circuit

, На после- ток коллектора этого транзистора замыкаетс  по цепи базы через диод 14. Б цепи базы транзистора 9 протекает ток (35, фиг.2), равный току коллектора, который приводит к быстрому рассасыванию носителей -в базе и выключению транзистора 9 в момент t .The collector circuit of this transistor closes along the base circuit through diode 14. The base circuit of transistor 9 carries current (35, FIG. 2), which is equal to the collector current, which leads to a rapid resorption of carriers - at the base and off t.

После выключени  транзистора 9 разрываетс  эмиттерна  цепь силового транзистора 10. На последующем интервале tn-t. ток первичной обмотки 6 силового трансформатора 1 замыкаетс  через переход коллектор - база транзистора 10, диод 13 и вспомогательный источник 11. Происходит процесс рассасывани  в транзисторе 10, при этом ток базы равен току коллектора (36, фиг.2). Параллельно с этим происходит подзар д конденсатора на выходе вспомогательного источника 16. Кроме этого, важно отметить , что диод 13 не только создает путь дл  запирающего тока, но и подключает к транзисторному ключу вспомогательный источник 16 питани .Поэтому на интервале 3 потенциал базы транзистора 10 примерно равен потенциалу вывода вспомогательного источника 16 питани . Следовательно, на этапе к коллектору транзистора 9 прикладываетс  напр жение одного вспомогательного источника, т.е. одна треть напр жени  питани .After turning off the transistor 9, the emitter circuit of the power transistor 10 is broken. On the subsequent interval tn-t. The current of the primary winding 6 of the power transformer 1 closes through a collector-to-base transistor 10, a diode 13 and an auxiliary source 11. Resorption occurs in transistor 10, and the base current is equal to the collector current (36, Fig.2). In parallel with this, capacitor recharge occurs at the output of auxiliary source 16. In addition, it is important to note that diode 13 not only creates a path for the blocking current, but also connects auxiliary power supply 16 to the transistor switch. Therefore, in interval 3, the base potential of transistor 10 is approximately equal to the output potential of the auxiliary power source 16. Consequently, the voltage of one auxiliary source is applied to the collector of the transistor 9, i.e. one third of the supply voltage.

В момент t3 выключаетс  транзистор 10 (38,фиг.2). На последующем интервале ток первичной обмотки замыкаетс  чорез коллекторный переход транзистора 11, диод 12 и вспомогательные источники 15 и 16. На базе транзистора 11 поддерживаетс  потенциал вывода источника 15. Поэтому к паре закрытых транзисторов 9 и 10 прикладываетс  напр жение равное двум трет м от питающего.At time t3, transistor 10 is turned off (38, FIG. 2). In the subsequent interval, the primary current is closed by the collector junction of transistor 11, diode 12 and auxiliary sources 15 and 16. The potential of the output of source 15 is maintained on the basis of transistor 11. Therefore, a pair of closed transistors 9 and 10 is applied to the supply voltage.

После выключени  силового транзистора 11 (37, 40, фиг.2) в момент t4 открываетс  замыкающий диод 29. КAfter turning off the power transistor 11 (37, 40, FIG. 2), the closing diode 29 opens at time t4.

5five

00

5five

00

0 5 0 5

5five

00

5five

трем силовым транзисторам 9, 10 и 11 прикладываетс  входное напр жение (41, фиг.2).three power transistors 9, 10 and 11 are applied to the input voltage (41, Fig.2).

Выравнивание напр жени  на силовых транзисторах 9 - 11, когда они закрыты, может производитьс  известными методами. Это можно сделать, например, путем шунтировани  транзисторов стабилитронами, резисторами и т.п. В преобразователе на фиг.1 дл  этого предусмотрены резисторы 31 - 33. Ток этих резисторов открывает диоды 12, 13 и потенциал коллекторов транзисторов 9 и 10 фиксируетс  .The voltage equalization at the power transistors 9-11, when they are closed, can be performed by known methods. This can be done, for example, by shunting transistors with zener diodes, resistors, etc. In the converter in Fig. 1, resistors 31 to 33 are provided for this. The current of these resistors opens diodes 12, 13 and the collector potential of transistors 9 and 10 is fixed.

Вспомогательный силовой транзистор 7 управл етс  напр жением на обмотке 27 синхронно с остальными транзисторами. Момент выключени  транзистора 7 (44, фиг.2) запаздывает относительно момента смены пол рности напр жени  обмотки 27 на врем  рассасывани  .The auxiliary power transistor 7 is controlled by the voltage across the winding 27 synchronously with the other transistors. The moment of turning off the transistor 7 (44, Fig.2) is delayed relative to the moment of polarity change of the voltage of the winding 27 by the time of resorption.

Момент выключени  транзистора 7 (44, фиг.2) не об зательно должен быть прив зан к моменту t запирани  силового транзистора 11. Допустимыми  вл ютс  ситуации, когда вспомогательный транзистор выключаетс  как на интервале , так и после момента t, когда выключаетс  сипо- вой транзистор 11. При этом несколько измен етс  циркул ци  энеогин в преобразователе. Например, если вспомогатепьный транзистор 7 выключаетс  позже транзистора 11, то после момента t4 и до момента выключени  транзистора 7 ток первичной обмотки 6 замыкаетс  через диод 29 и транзистор 7.The moment of turning off the transistor 7 (44, Fig. 2) need not necessarily be tied to the moment t of locking the power transistor 11. It is acceptable that the auxiliary transistor is turned off both in the interval and after the time t when the bias the transistor 11. In this case, the circulation of the eneogin in the converter is slightly changed. For example, if the auxiliary transistor 7 is turned off after the transistor 11, then after the time t4 and until the transistor 7 is turned off, the current of the primary winding 6 is closed through the diode 29 and the transistor 7.

После того, как в некоторый момент выключаютс  все силовое транзисторы (на фиг.2, момент t),схема переходит в состо ние, когда открыты оба замыкающих диода 29,30. На последующем интервале происходит рекупераци  энергии,запасенной в индуктивности рассе ни  первичной обмотки 6 силового трансформатора 1.After all the power transistors (in Fig. 2, time t) are turned off at a certain moment, the circuit goes into a state when both closing diodes 29.30 are open. In the subsequent interval, the energy stored in the dissipation inductance of the primary winding 6 of the power transformer 1 is recovered.

В момент t ток в первичной обмотке 6 спадает до нул . Далее до момента t ток намагничивани  силового трансформатора 1 (43, фиг.2) замыкаетс  через обмотку 3, диод выпр мител  4 и выходной конденсатор фильтра 5. На данном интервале t.-t сердечник силового трансформатора размагничиваетс .At time t, the current in the primary winding 6 drops to zero. Further, up to time t, the magnetization current of the power transformer 1 (43, Fig. 2) is closed through the winding 3, the rectifier diode 4 and the output capacitor of the filter 5. At this interval t.-t, the core of the power transformer is demagnetized.

Суммарное напр жение на транзисторах 9-11 (4Г, фиг.2) и напр жение на первичной обмотке б силового трансформатора 1 (42, фиг,2) имеют характерную ступенчатую форму из-за поочередного выключени  силовых транзисторовThe total voltage across the transistors 9-11 (4G, Fig.2) and the voltage across the primary winding b of the power transformer 1 (42, Fig 2) have a characteristic stepped shape due to the alternating switching off of the power transistors

Таким образом, преимущества предложенного преобразовател  заключают- с  в повышении надежности на основе ограничени  напр жени  на силовых транзисторах и упрощени  управл ющей части преобразовател .Thus, the advantages of the proposed converter are in increasing the reliability based on limiting the voltage on the power transistors and simplifying the control part of the converter.

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula I. Однотактный преобразователь посто нного напр жени  в посто нное, содержащий силовой трансформатор, вторична  обмотка которого соедине- на через выпр митель и фильтр с выходными выводами, первый вывод первичной обмотки силового трансформатора присоединен к первому входному выводу через первый замыкающий диод и второму входному выводу через вы- соковольтный транзисторный ключ,состо щий из низковольтного транзистора включенного между вторым входным выводом и последовательной цепью из N силовых транзисторов, базы которых соединены через N защитных диодов соответственно с первыми вьюодами N-1 вспомогательных источников напр жени , включенных согласно-последо вательно, при этом база силового транзистора, подключенного эмиттером к низковольтному транзистору,присоединена через защитный диод к второму входному выводу, к базам каждого из I. Single-ended DC / DC converter containing a power transformer, the secondary winding of which is connected via a rectifier and a filter with output terminals, the first terminal of the primary winding of the power transformer is connected to the first input terminal through the first closing diode and the second input terminal through a high-voltage transistor switch consisting of a low-voltage transistor connected between the second input terminal and a series circuit of N power transistors, the bases of which are connected s through N protective diodes, respectively, with the first N-1 conductors of the auxiliary voltage sources, connected in sequence, with the base of the power transistor connected by the emitter to the low-voltage transistor connected through the protective diode to the second input terminal to the bases of each of N силовых транзисторов подключены первые выводы последовательных цепей из резистора и диода, а управл ющий переход низковольтного транзистора подключен через резистор к базовой обмотке трансформатора блока управлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности путем ограничени  напр жени  на силовых транзисторах, введены (N+O-на  базова  обмотка трансформатора блока управлени , второй замыкающий диод и вспомогательный силовой транзистор, вклиненный между первым входным выводом и вторым выводом первичной обмотки силового трансформатора,соединенным через второй замыкающий диод с первым выводом крайнего из N-1 вспомогательных источников напр жени , второй вывод другого крайнего из которых подключен к второму входному выводу, причем N базовых обмоток трансформатора блока управлени  включены соответственно между вторыми выводами цепей из резисторов и диодов и эмиттерами N силовых транзисторов , а управл ющий переход дополнительного силового транзистора подключен через резистор к (N+1)-и базовой обмотке трансформатора блока управлени ,The N power transistors are connected to the first terminals of the serial circuits from the resistor and diode, and the low voltage transistor control transition is connected through a resistor to the base winding of the control unit transformer, in order to increase the reliability by limiting the voltage on the power transistors (N + O-to the base winding of the transformer of the control unit, the second closing diode and the auxiliary power transistor wedged between the first input terminal and the second output of the primary winding of the power transformer A transformer connected via a second closing diode to the first output of the outermost N-1 auxiliary voltage sources, the second output of the other extreme one connected to the second input terminal, the N base windings of the control unit transformer respectively connected between the second terminals of the resistors and the diodes and the emitters of N power transistors, and the control transition of the additional power transistor is connected via a resistor to the (N + 1) -and the base winding of the transformer of the control unit, 2. Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что вспомогательные источники напр жени  выполнены на основе выпр мителей,входы которых присоединены к дополнительны обмоткам силового трансформатора, а выходы подключены к накопительным конденсаторам.2. The converter according to claim 1, characterized in that the auxiliary voltage sources are made on the basis of rectifiers, the inputs of which are connected to the additional windings of the power transformer, and the outputs are connected to storage capacitors. 54 35 56 3754 35 56 37 5858 3939 4040 45 4445 44 +0+0 Фиг. 2FIG. 2
SU884609735A 1988-11-24 1988-11-24 One-step dc-to-dc voltage converter SU1638774A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884609735A SU1638774A1 (en) 1988-11-24 1988-11-24 One-step dc-to-dc voltage converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884609735A SU1638774A1 (en) 1988-11-24 1988-11-24 One-step dc-to-dc voltage converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1638774A1 true SU1638774A1 (en) 1991-03-30

Family

ID=21411286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884609735A SU1638774A1 (en) 1988-11-24 1988-11-24 One-step dc-to-dc voltage converter

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1638774A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 675554, кл. Н 02 М 3/335, 1976. Авторское свидетельство СССР № 913351, кл. Н 02 М 3/335, 1989. Авторское свидетельство СССР № 1381461-, кл. Н 02 Н 3/335, 1986. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU1638774A1 (en) One-step dc-to-dc voltage converter
SU1107233A1 (en) D.c. voltage converter
SU954991A1 (en) Dc voltage power supply source
SU1705984A1 (en) Regulated dc voltage converter
SU1746502A1 (en) Push-pull inverter
SU1272369A1 (en) Device for switching a.c.voltage
SU1513582A1 (en) Single-end d.c. voltage converter
SU1072207A1 (en) Dc voltage converter
SU1032569A1 (en) Push-pull transistor d.c.voltage converter
SU1614083A2 (en) Push-pull stabilized inverter
SU1280679A1 (en) Thyristor switch
SU1089754A1 (en) Device for adjusting voltage converter
SU1653095A1 (en) Power supply
SU1322454A1 (en) Power semiconductor switch
SU1403285A1 (en) Power supply source
SU1624627A1 (en) Constant voltage convertor
SU1432690A1 (en) Stabilized converter
SU1422340A1 (en) D.c. voltage converter
SU970611A1 (en) Inverter
SU1494180A1 (en) Semi-bridge inverter
SU1758796A1 (en) Single-ended constant voltage converter
RU1780174C (en) Transistor switch control device
SU1598011A1 (en) N-channel shaper of thyristor control pulses
SU1228196A1 (en) One-step d.c.voltage converter
SU1471272A1 (en) Transistor gate converter