SU1721752A2

SU1721752A2 - Dc semi-bridge converter

Info

Publication number: SU1721752A2
Application number: SU904802201A
Authority: SU
Inventors: Эдуард Аршакович Мурадханян; Лева Гевондович Карташян; Жирайр Арташесович Мкртчян; Грант Гургенович Саакян
Original assignee: Ереванский научно-исследовательский институт математических машин
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1992-03-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использоавно в системах вторичного электропитани . Цель изобрете7 ни - повышение надежности преобразовател путем уменьшени импульсной мощности при выключении транзисторов. Полумостовой преобразователь имеет сниженные потери мощности в транзисторах 3 и 4 при их включении за счет индуктивности рассе ни между секци ми 6 и 7 первичной обмотки трансформатора 5. При выключении транзистора 3 (4) рассеиваема в нем импульсна мощность уменьшена благодар зар ду конденсатора 19 (20) через диод 21 (22) и вследствие этого плавному нарастанию приложенного к транзистору 3 (4) напр жени . Разр д конденсатора 19 (20) при включении транзистора 3(4) происходит через резистор 23, трансформатор 5 и диод 22 The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power supply systems. The purpose of the invention is to increase the reliability of the converter by reducing the pulse power when the transistors are turned off. The half-bridge converter has reduced power losses in transistors 3 and 4 when they are turned on by the scattering inductance between sections 6 and 7 of the primary winding of the transformer 5. When transistor 3 (4) is turned off, the dissipated pulsed power is reduced due to the charge of the capacitor 19 (20 ) through the diode 21 (22) and as a result of the smooth increase of the voltage applied to the transistor 3 (4). The discharge of the capacitor 19 (20) when turning on the transistor 3 (4) occurs through a resistor 23, a transformer 5 and a diode 22

Description

Изобретение относитс к электротехнике , может быть использовано в системах вторичного электропитани и вл етс усовершенствованием изобретени по авт.св. М: 1661939.The invention relates to electrical engineering, can be used in secondary power supply systems and is an improvement of the invention according to the author. M: 1661939.

Цель изобретени - повышение надежности путем уменьшени импульсной мощности при выключении транзистора.The purpose of the invention is to increase reliability by reducing the pulse power when the transistor is turned off.

Полумостовой преобразователь посто нного напр жени подключен к источнику 1 входного напр жени с выводом от средней точки 2, например вывод от средней точки конденсаторов емкостного делител напр жени , подключенного к источнику питани . Преобразователь содержит первый 3 и второй 4 транзисторы, трансформатор 5 с первой 6 и второй 7 первичными обмотками, образующими с одноименными вторичными обмотками 8 и 9 соответственно первую 10 и вторую 11 секции, расположенные раздельно симметрично на общем магнитопроводе трансформатора 5. Первый 12 и второй 13 диоды выпр мител , выходной фильтр с дросселем 14 и конденсатором 15 образуют выходную цепь. Возвратные диоды 16 и 17 подключены к отводам первичных обмоток 7 и 6. Блок 18 управлени выходами подключен к цеп м управлени транзисторов 3 и 4, которые шунтированы первой и второй цепочками из последовательно соединенных конденсаторов 19 и 20 и диодов 21 и 22 соответственно. Общий резистор 23 подключен между точками соединени конденсатора 19 с диодом 21 и конденсатора 20 с диодом 22. Другие выводы конденсаторов 19 и 20 подсоединены соответственно к первому и второму выводам источника входного напр жени ,The half-bridge DC-DC converter is connected to an input voltage source 1 with a terminal from midpoint 2, for example, a terminal from the midpoint of a capacitor of a capacitive voltage divider connected to a power source. The converter contains the first 3 and second 4 transistors, a transformer 5 with the first 6 and second 7 primary windings forming with the same secondary windings 8 and 9, respectively, the first 10 and second 11 sections located separately symmetrically on the common magnetic core of the transformer 5. The first 12 and second 13 the rectifier diodes, the output filter with choke 14 and capacitor 15 form the output circuit. The return diodes 16 and 17 are connected to the primary leads 7 and 6. The output control unit 18 is connected to the control circuits of transistors 3 and 4, which are shunted by the first and second chains of series-connected capacitors 19 and 20 and diodes 21 and 22, respectively. A common resistor 23 is connected between the connection points of the capacitor 19 with the diode 21 and the capacitor 20 with the diode 22. Other terminals of the capacitors 19 and 20 are connected respectively to the first and second terminals of the input voltage source,

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

Если сигналами, поступающими от блока 18 управлени , открыт, например, транзистор 3, то в передаче энергии с входа на выход преобразовател участвуют обмотка 6 секции 10, обмотка 9 секции 11 и диод 13. При наличии паузы между рабочими импульсами в полупериодах, когда закрываетс , например, транзистор 3, измен етс пол рность напр жени на обмотках трансформатора 5, и накопленна в индуктивности рассе ни обмотки 6 энерги передаетс в нагрузку преобразовател непосредственно через обмотку 8 той же секции 10 и открывшийс диод 1.2.If the signals coming from control unit 18 are open, for example, transistor 3, then winding 6 of section 10, winding 9 of section 11 and diode 13 are involved in energy transfer from the input to the converter output. In the presence of a pause between working pulses in half periods when it closes for example, the transistor 3, the polarity of the voltage across the windings of the transformer 5 is changed, and the energy accumulated in the leakage inductance of the winding 6 is transferred to the converter load directly through the winding 8 of the same section 10 and the opened diode 1.2.

Когда обратное напр жение на нижней части обмотки 6 достигает половины входного напр жени , открываетс диод 17 и остаток энергии, соответствующий индуктивности рассе ни между обмотками 6 и 8 секции 10, возвращаетс в сеть. Одновременно с началом разр да энергии индуктивности рассе ни обмотки 6 и спада тока в ней измен етс также пол рность напр жени на дросселе 14 и начинаетс процессWhen the reverse voltage at the bottom of the winding 6 reaches half of the input voltage, diode 17 opens, and the remaining energy corresponding to the leakage inductance between windings 6 and 8 of section 10 returns to the network. Simultaneously with the beginning of the discharge of the inductance energy of the dissipation of the winding 6 and the current decay in it, the polarity of the voltage on the choke 14 also changes and the process begins

передачи накопленной в нем энергии в нагрузку через диоды 12 и .13 и обмотки 8 и 9 трансформатора 5 с последующим установлением нулевого напр жени на всех его обмотках.transferring the energy stored in it to the load through diodes 12 and .13 and windings 8 and 9 of transformer 5 with the subsequent establishment of zero voltage on all its windings.

Аналогичные процессы имеют место в следующем полупериоде, когда открываютс транзистор 4 и диод 12, закрываетс диод 13 и происходит передача энергии от обмотки 7 секции 11 к обмотке 8 секции 10 черезSimilar processes take place in the next half period, when transistor 4 and diode 12 are opened, diode 13 is closed and energy is transferred from winding 7 of section 11 to winding 8 of section 10 through

перекрестную индуктивность рассе ни между ними с последующим закрыванием транзистора 4, открыванием диода 13, передачей накопленной в индуктивности обмотки 7 энергии в нагрузку через обмотку 9 тойthe cross inductance of the scatter between them with the subsequent closing of the transistor 4, the opening of the diode 13, the transfer of energy accumulated in the inductance of the winding 7 to the load through the winding 9 that

же секции и затем отпиранием диода 16 и т.д.the same section and then unlocking the diode 16, etc.

Индуктивность рассе ни между обмотками разноименных секций в описанных переходных режимах выполн ет функции,The inductance of the scatter between the windings of opposite sections in the described transient modes performs the functions

аналогичные функци м дроссел выходного фильтра преобразовател , т.е. вл етс дополнением к индуктивности дроссел 14 и способствует или уменьшению габаритов дроссел , или повышению эффективностиsimilar functions of the throttles of the output filter of the converter, i.e. is an addition to the inductance of droplets 14 and contributes to either reducing the size of chokes or increasing efficiency

фильтра.filter.

При каждом отпирании очередного по такту транзистора 3 (или 4), когда оба диода 12 и 13 одновременно открыты на врем восстановлени обратного сопротивлени Each time the next cycle transistor 3 (or 4) is unlocked, when both diodes 12 and 13 are simultaneously open for the time of restoring the reverse resistance

диода 12 (или 13) суммарное напр жение обмоток 8 и 9 приложено к индуктивности рассе ни между указанными вторичными обмотками.A diode 12 (or 13) the total voltage of the windings 8 and 9 is applied to the leakage inductance between the said secondary windings.

Аналогичным образом при отсутствииSimilarly, in the absence of

или недостаточности паузы между рабочими импульсами, когда возможно одновременное открытое состо ние обоих транзисторов на врем рассасывани неосновных носителей в области базы запираемого транзистора, напр жение источника питани приложено к индуктивности между первичными обмотками 6 и 7.or insufficient pause between operating pulses, when simultaneous open state of both transistors is possible for the dissolution time of minority carriers in the base area of the locked transistor, the voltage of the power supply is applied to the inductance between the primary windings 6 and 7.

В указанных двух режимах индуктив- ности рассе ни между первичными или вторичными обмотками разноименных секций выполн ют уже функции ограничени сквозных токов через транзисторы 3 и 4 или тока короткого замыкани через диоды 12 и 13. При этом основна часть .накопленной в указанных индуктивност х энергии передаетс затем в нагрузку в одном случае непосредственно от вторичных обмоток, а в другом случае - от первичных обмоток через соответствующую вторичную обмотку.In these two modes of inductance, the scattering between the primary or secondary windings of opposite sections performs the functions of limiting the through currents through transistors 3 and 4 or short-circuit current through diodes 12 and 13. The main part of the accumulated energy in the inductances is transmitted then into the load in one case directly from the secondary windings, and in the other case from the primary windings through the corresponding secondary winding.

Во всех случа х процессу передачи накопленной энергии в нагрузку существенно способствует введенна возможность некоторого превышени амплитуды обратной волны напр жени первичных обмоток половинного уровн напр жени источника питани путем подключени диодов 16 и 17 к введенным отводам первичных обмоток 7 и 6 соответственно.In all cases, the process of transferring the accumulated energy to the load is greatly facilitated by the introduced possibility of some excess amplitude of the backward wave voltage of the primary windings of the half voltage level of the power supply by connecting diodes 16 and 17 to the input taps of the primary windings 7 and 6, respectively.

Помимо снижени потерь в результате резкого уменьшени экстратоков при описанных коммутационных режимах и частичного выполнени функции дроссел выходного фильтра введение индуктивности рассе ни способствует см гчению крутизны фронтов тока и, следовательно, снижению уровн высокочастотных помех на входе и выходе преобразовател . Дл формировани безопасной траектории при выключении транзисторов 3 и 4 применены корректирующие цепочки на конденсаторах 19 и 20, диодах 21 и 22 и резисторе 23.In addition to reducing losses as a result of a sharp decrease in extracurrents under the described switching modes and partial performance of the output filter throttles, the introduction of scattering inductance helps to reduce the steepness of current fronts and, therefore, reduce the level of high-frequency noise at the input and output of the converter. To form a safe path when turning off transistors 3 and 4, corrective chains were applied to capacitors 19 and 20, diodes 21 and 22, and resistor 23.

При отпирании транзистора 3(4) происходит разр д конденсатора 19(20) через транзистор 3(4), последовательно-встречно включенные первичные обмотки 6 и 7трансформатора 5 и резистор 23. При этом величина тока разр да конденсатора 19(20) ограничиваетс не только величиной сопротивлени резистора 23, но и индуктивностью рассе ни между обмотками 6 и 7 трансформатора 5. При запирании транзистора 3 напр жение на обмотке 6 мен етс на противоположное, при этом конденсаторWhen the transistor 3 (4) is unlocked, capacitor 19 (20) discharges through transistor 3 (4), the primary windings 6 and 7 of transformer 5 and resistor 23 are connected in series with each other. Moreover, the discharge current of capacitor 19 (20) is limited not only the resistance value of the resistor 23, but also the leakage inductance between the windings 6 and 7 of the transformer 5. When the transistor 3 is locked, the voltage on the winding 6 is reversed, while the capacitor

19зар жаетс до уровн напр жени входного источника питани по цепи: первична обмотка 6, средн точка 2 источника входного напр жени , верхний внешний вывод источника входного напр жени , конденсатор 19, диод 21, тем временем конденсатор19 is charged to the voltage level of the input power source along the circuit: primary winding 6, midpoint 2 of the input voltage source, upper external output of the input voltage source, capacitor 19, diode 21, meanwhile capacitor

20разр жаетс по цепи: в случае применени резистора 23 - конденсатор 20, резистор 23, диод 21, обмотка 6, средний вывод источника входного напр жени , нижний внешний вывод источника входного напр жени .20 is discharged along the circuit: in the case of using a resistor 23 - a capacitor 20, a resistor 23, a diode 21, a winding 6, an average output of an input voltage source, a lower external output of an input voltage source.

Аналогично при запирании транзистора 4 конденсатор 20 зар жаетс до уровн напр жени входного источника питани по цепи: первична обмотка 7, диод 22, конденсатор 20, нижний внешний вывод источникаSimilarly, when the transistor 4 is locked, the capacitor 20 is charged to the voltage level of the input power source along the circuit: primary winding 7, diode 22, capacitor 20, lower external output of the source

входного напр жени , средний вывод источника входного напр жени . При этом конденсатор 19 разр жаетс по цепи: конденсатор 19, верхний вывод источника входного напр жени , средний вывод источникаinput voltage, the average output of the input voltage source. In this case, the capacitor 19 is discharged along the circuit: the capacitor 19, the upper output of the input voltage source, the average output of the source

входного напр жени , обмотка 7, диод 22, резистор 23 (в случае применени одного общего резистора 23).input voltage, winding 7, diode 22, resistor 23 (in the case of using one common resistor 23).

Вследствие того, что при каждом запирании транзистора 3 (4) одновременно сDue to the fact that with each locking of the transistor 3 (4) simultaneously with

процессом зар да конденсатора-19 (20) через диод 21 (22) имеет место и разр д конденсатора 20 (19) через резистор 23, т.е. имеет место их параллельна работа, можно уменьшить в два раза величину необходимой емкости конденсаторов 19 и 20. Уменьшение емкости в два раза приводит к уменьшению мощности, рассеиваемой на резисторе 23, в два раза.the process of charging the capacitor-19 (20) through the diode 21 (22) takes place and the discharge of the capacitor 20 (19) through the resistor 23, i.e. their parallel operation takes place; it is possible to halve the required capacitance of capacitors 19 and 20. Reducing the capacitance by a factor of two reduces the power dissipated by the resistor 23 by a factor of two.

Claims

Invention Formula

Half-bridge DC converter on auth.St. No. 1661939, characterized in that, in order to increase reliability by reducing the pulse power loss when the transistor is turned off, an inserted chain of a series-connected capacitor and a diode is connected in parallel to each transistor so that one of the terminals of the capacitor is connected to the corresponding

The input terminal of the converter, and between the other terminals of the capacitors, the inserted resistor is switched on.