SU1809515A1

SU1809515A1 - Constant voltage converter

Info

Publication number: SU1809515A1
Application number: SU904798692A
Authority: SU
Inventors: Mikhail E Artemenko; Viktor G Morozov
Original assignee: Ki Politekhn I Im 50 Letiya Ve
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1993-04-15

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания для преобразования уровня постоянного напряжения.The invention relates to electrical engineering and can be used in secondary power sources to convert a constant voltage level.

Целью изобретения является уменьшение пульсаций потребляемого тока и повышение надежности путем снижения напряжения на ключах.The aim of the invention is to reduce ripple current consumption and increase reliability by reducing the voltage on the keys.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.In FIG. 1 is a functional diagram of a DC / DC converter; in FIG. 2 - time diagrams of his work.

Преобразователь постоянного напряжения содержит два дросселя 1 и 2, первичные обмотки которых соединены согласно-последовательно и подключены к выходу инверторной ячейки, выполненной по двухтактной полумостовой схеме с двумя ключами 3 и 4 и двумя конденсаторами 5 и 6, образующими емкостный делитель входного напряжения. Вторичные обмотки дросселей 1 и 2 через диоды 7 и 8, соединенные по схеме двухполупериодного выпрямителя, подключены к выходным выводам преобразователя, между которыми включен фильтрующий конденсатор 9. Цепи управления ключей 3 и 4 соединены с выходами блока управления 10, причем последний формирует сигнал управления одним ключом на интервале 0-уТ, а другим ключом оставшуюся часть периода Т, где у- регулируемая относительная длительность открытого состояния ключа.The DC / DC converter contains two inductors 1 and 2, the primary windings of which are connected in series and connected to the output of the inverter cell, made in a push-pull half-bridge circuit with two switches 3 and 4 and two capacitors 5 and 6, forming a capacitive input voltage divider. The secondary windings of the chokes 1 and 2 through diodes 7 and 8, connected according to the scheme of a half-wave rectifier, are connected to the output terminals of the converter, between which a filter capacitor 9 is connected. The key control circuits 3 and 4 are connected to the outputs of the control unit 10, the latter generating a control signal by one with the key in the interval 0-уТ, and with the other key the remainder of the period Т, where у is the adjustable relative duration of the key’s open state.

Преобразователь постоянного напряжения в установившемся режиме работает следующим образом. На управляющие электроды транзисторов 4 и 3 поступают противофазные широтно-модулированные импульсы (фиг. 2,а,б), вырабатываемые блоком управления 10. При проводящем состоянии транзистора 4 на вторичных обмотках трансформатора 1 и дросселя 2 наводятся ЭДС индукции, отпирающие диод 7 и запирающие диод 8. Ток источника питания (фиг. 2,и) протекает через конденсатор 5, подзаряжая его (фиг. 2,з), от конденсатора 6 потребляется разряжающий его ток (фиг. 2,ж), а в первичной обмотке дросселя 2 возрастает ток намагничивания (фиг. 2,в), создаваемый суммой токов конденсаторов 5 и 6. Ток намагничивания трансформатора 1 спадает (пунктир на фиг. 2,г)^при этом в первичной обмотке трансформатора протекает ток намагничивания дросселя, а во вторичной обмотке - сумма пересчитанных значений токов намагничивания трансформатора и дросселя, замыкающаяся через диод 7 (фиг. 2,д), нагрузку, шунтированную конденсатором 9. В интервале времени (уТ...Т), когда открыт транзистор 3 и закрыт транзистор 4, отпирается диод 8 и запирается диод 7. Изменяются направления протекания токов в конденсаторах 5 и 6 и первичных обмотках трансформатора 1 и дросселя 2. Ток источника питания фиг. 2,и, протекая через конденсатор 6, заряжает его (фиг. 2,ж), а конденсатор 5 разряжается (фиг. 2,з), при . этом сумма токов Конденсаторов создает возрастающий ток намагничивания трансформатора 1, протекающий по его первичной обмотке (фиг. 2,г). Ток намагничивания дросселя 2 спадает (фиг. 2,в), при этом через его первичную обмотку протекает ток намагничивания трансформатора 1, а через вторичную обмотку, диод 8 (фиг. 2,е) и нагрузку - сумма пересчитанных токов намагничивания трансформатора и дросселя.The DC voltage converter in steady state operates as follows. The control electrodes of transistors 4 and 3 receive antiphase pulse-width modulated pulses (Fig. 2, a, b) generated by the control unit 10. When the transistor 4 is conducting, the induction EMF is activated on the secondary windings of the transformer 1 and inductor 2, unlocking the diode 7 and blocking diode 8. The current of the power source (Fig. 2, and) flows through the capacitor 5, recharging it (Fig. 2, h), the discharge current is consumed from the capacitor 6 (Fig. 2, g), and increases in the primary winding of the inductor 2 magnetization current (Fig. 2, c) created by the sum of currents of the capacitors 5 and 6. The magnetization current of the transformer 1 decreases (dashed line in Fig. 2, d) ^ while the magnetization current of the inductor flows in the primary winding of the transformer, and the sum of the recalculated magnetization currents of the transformer and inductor closes through diode 7 ( Fig. 2, d), the load shunted by the capacitor 9. In the time interval (yT ... T), when the transistor 3 is open and the transistor 4 is closed, the diode 8 is unlocked and the diode 7 is turned off. The current flow directions in the capacitors 5 and 6 are changed. and transformer primary windings rmator 1 and inductor 2. The power supply current of FIG. 2, and, flowing through the capacitor 6, charges it (Fig. 2, g), and the capacitor 5 is discharged (Fig. 2, h), at. this the sum of the currents of the capacitors creates an increasing magnetization current of the transformer 1, flowing along its primary winding (Fig. 2, g). The magnetization current of the inductor 2 decreases (Fig. 2, c), while the magnetization current of the transformer 1 flows through its primary winding, and the diode 8 (Fig. 2, f) and the load are the sum of the converted magnetization currents of the transformer and the inductor through the secondary winding.

Так как изменение токов намагничивания трансформатора и дросселя происходит в противофазе, а в нагрузку замыкается их сумма на протяжении всего периода работы преобразователя, то' имеет место токовая компенсация пульсаций выходного напряжения. Выходные пульсации компенсируются полностью, как показано на фиг. 2,д,е, если приращения токов намагничивания трансформатора и дросселя (фиг. 2,в.г) одинаковы, что имеет место при выполнении условия L-д = (1 - у )L_r, где L_T, 1_д - индуктивности намагничивания трансформатора и дросселя, у — коэффициент заполнения управляющих импульсов.Since the magnetization currents of the transformer and the inductor change in antiphase, and their sum is closed during the entire period of operation of the converter, current compensation of the output voltage ripples takes place. The output ripple is fully compensated, as shown in FIG. 2e, f, if the increments of the magnetizing currents of the transformer and inductor (Fig. 2, c) are the same, which occurs when the condition L-d = (1 - y) L _{r is} fulfilled, where L _T , 1_d is the magnetization inductance transformer and inductor, y is the duty cycle fill factor.

При любых значениях напряжение, прикладываемое к запертому транзистору, не превышает величины питающего напряжения Е, в то время как в прототипе определяется по формуле ·At any value, the voltage applied to the locked transistor does not exceed the value of the supply voltage E, while in the prototype it is determined by the formula

Uks = Е(1 + 2у ).Uks = E (1 + 2y).

Следовательно, при у = 0,5 в заявляемом устройстве коэффициент нагрузки транзисторов по напряжению снижен в 2 раза, что позволяет на 12-15% увеличить время наработки на отказ всего преобразователя.Therefore, when y = 0.5 in the inventive device, the load factor of the transistors in voltage is reduced by 2 times, which allows 12-15% to increase the mean time between failures of the entire converter.

В отличие от прототипа в заявляемом преобразователе ток непрерывно потребляется от источника питания в течение всего Периода работы преобразователя, что позволяет уменьшить габариты входного сглаживающего фильтра, улучшить электромагнитную совместимость преобразователя и повысить максимальную преобразующую мощность при использовании той же элементной базы.Unlike the prototype, in the inventive converter, the current is continuously consumed from the power source during the entire period of operation of the converter, which reduces the size of the input smoothing filter, improves the electromagnetic compatibility of the converter and increases the maximum converting power when using the same element base.

Ток, потребляемый от источника питания, имеет одинаковые средние значения на обоих интервалах коммутации при выполнении условия с₅(1 - γ ) = Се у. где Cs. Сб ~ емкости конденсаторов 5 и 6 соответственно. 5The current consumed from the power source has the same average values at both switching intervals when the condition with ₅ (1 - γ) = Се у is fulfilled. where is cs. Sb ~ capacitance of capacitors 5 and 6, respectively. 5

Claims

Formula of the invention A DC-voltage converter containing two inductors, the primary windings of which are connected in series to a circuit connected to the output of the inverter cell, and the secondary windings through diodes connected by a half-wave rectifier are connected to the output terminals of the converter, between which a filter capacitor is connected, and control unit, the outputs of which are connected to the control circuits of the keys of the inverter cell, characterized in that, in order to reduce ripple about current and increase reliability by reducing the voltage on the keys, the inverter cell is made according to a push-pull half-bridge circuit with two keys and two capacitors. forming a capacitive input voltage divider 10, and the control unit is configured to generate at its outputs a control signal with one key at a time interval of 0 - T. and with the other key the remainder of period T, where y is the adjustable relative duration of the open state of the key.