RU2825889C1 - Single-cycle constant voltage converter with reverse transfer of energy to load - Google Patents
Single-cycle constant voltage converter with reverse transfer of energy to load Download PDFInfo
- Publication number
- RU2825889C1 RU2825889C1 RU2024106906A RU2024106906A RU2825889C1 RU 2825889 C1 RU2825889 C1 RU 2825889C1 RU 2024106906 A RU2024106906 A RU 2024106906A RU 2024106906 A RU2024106906 A RU 2024106906A RU 2825889 C1 RU2825889 C1 RU 2825889C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load
- capacitor
- diode
- primary winding
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000009499 grossing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 abstract 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности преобразователям постоянного напряжения в постоянное, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для преобразования, регулирования и стабилизации постоянного выходного напряжения, гальванически отделенного от входного постоянного напряжения.The invention relates to electrical engineering, in particular to converters of direct voltage into direct voltage, and can be used in secondary power supply systems for converting, regulating and stabilizing direct output voltage, galvanically separated from the input direct voltage.
Известны однотактные преобразователи постоянного напряжения с прямой и обратной передачей энергии в нагрузку [1].Single-stroke DC voltage converters with direct and reverse energy transfer to the load are known [1].
Недостатками известного однотактного преобразователя постоянного напряжения является наличие тяжелого, дорогого Г-образного сглаживающего LC-фильтра, формирующего однозначную регулирующую характеристику.The disadvantages of the known single-ended DC-DC converter are the presence of a heavy, expensive L-shaped smoothing LC filter, which forms an unambiguous control characteristic.
Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству однотактный преобразователь постоянного напряжения [1], содержащий трансформатор, две первичные обмотки, подключенные через два конденсатора, диод и силовой регулирующий ключ к зажимам входного источника постоянного напряжения, трансформатор, осуществляющий электрическую развязку и получение требуемого уровня постоянного выходного напряжения, две вторичные обмотки, подключенные через два выпрямительных диода ко входу Г-образного LC-фильтра, к выходу которого подключена нагрузка.The closest in technical essence to the proposed device is a single-stroke DC voltage converter [1], containing a transformer, two primary windings connected via two capacitors, a diode and a power regulating key to the terminals of the input DC voltage source, a transformer that provides electrical isolation and obtains the required level of DC output voltage, two secondary windings connected via two rectifier diodes to the input of an L-shaped LC filter, to the output of which a load is connected.
Цель изобретения - формирование постоянного выходного напряжения из постоянного входного напряжения с передачей энергии в нагрузку на обратном ходе, т.е. на интервалах времени выключенного состояния силового регулирующего ключа, и исключение Г-образного сглаживающего LC-фильтра, к которому подключена нагрузка.The purpose of the invention is to form a constant output voltage from a constant input voltage with energy transfer to the load on the reverse stroke, i.e. during the time intervals of the off state of the power control switch, and to eliminate the L-shaped smoothing LC filter to which the load is connected.
Поставленная цель достигается тем, что в однотактном преобразователе постоянного напряжения с обратной передачей энергии в нагрузку первая первичная обмотка через диод и первый конденсатор подключена к зажимам входного источника постоянного напряжения, вторая первичная обмотка через силовой регулирующий ключ подключена параллельно первому конденсатору, первая и вторая первичная обмотки связаны между собой через второй конденсатор, а вторичная обмотка концом соединена с анодом выпрямительного диода, катод которого подключен к первому выводу конденсатора фильтра с параллельно включенной нагрузкой, второй вывод которого подключен к началу вторичной обмотки.The stated objective is achieved by the fact that in a single-stroke DC/DC converter with reverse energy transfer to the load, the first primary winding is connected to the terminals of the input DC voltage source via a diode and the first capacitor, the second primary winding is connected in parallel to the first capacitor via a power control key, the first and second primary windings are connected to each other via a second capacitor, and the secondary winding is connected at its end to the anode of a rectifier diode, the cathode of which is connected to the first terminal of a filter capacitor with a parallel-connected load, the second terminal of which is connected to the beginning of the secondary winding.
На фиг. 1 и 2 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения с обратной передачей энергии в нагрузку. На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема выполнения предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения с обратной передачей энергии в нагрузку. На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема выполнения предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения с обратной передачей энергии в нагрузку с последовательным включенным линейной индуктивности с первой первичной обмоткой трансформатора.Fig. 1 and 2 show the basic electrical circuit diagrams of embodiments of the proposed single-stroke DC voltage converter with reverse energy transfer to the load. Fig. 1 shows the basic electrical circuit diagram of the proposed single-stroke DC voltage converter with reverse energy transfer to the load. Fig. 2 shows the basic electrical circuit diagram of the proposed single-stroke DC voltage converter with reverse energy transfer to the load with a series-connected linear inductance with the first primary winding of the transformer.
В нем (фиг. 1) начало первичной обмотки 1 трансформатора 2 соединено с положительным полюсом входного источника постоянного напряжения, а конец первой первичной обмотки 1 подключен к аноду диода 3, катод которого через первый конденсатор 4 подключен к отрицательному полюсу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину. К общей точке соединения катода диода 3 и конденсатора 4 подключено начало второй первичной обмотки 5 трансформатора 2, конец которой через силовой регулирующий ключ 6 подключен к общей шине. Между концом второй первичной обмотки 5 и анодом диода 3 включен второй конденсатор 7.In it (Fig. 1) the beginning of the primary winding 1 of the transformer 2 is connected to the positive pole of the input source of direct voltage, and the end of the first primary winding 1 is connected to the anode of the diode 3, the cathode of which is connected through the first capacitor 4 to the negative pole of the input source of direct voltage, forming a common bus. The beginning of the second primary winding 5 of the transformer 2 is connected to the common point of connection of the cathode of the diode 3 and the capacitor 4, the end of which is connected through the power regulating key 6 to the common bus. Between the end of the second primary winding 5 and the anode of the diode 3, the second capacitor 7 is connected.
С концом вторичной обмотки 8 соединен анод выпрямительного диода 9, катод которого подключен к выводу конденсатора фильтра 10, с параллельно включенной нагрузкой 11, второй вывод которого подключен к началу вторичной обмотки 8.The anode of the rectifier diode 9 is connected to the end of the secondary winding 8, the cathode of which is connected to the terminal of the filter capacitor 10, with a parallel-connected load 11, the second terminal of which is connected to the beginning of the secondary winding 8.
Принцип действия предлагаемого однотактного преобразователя постоянного напряжения с обратной передачей энергии в нагрузку рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора 2.We will consider the operating principle of the proposed single-cycle DC voltage converter with reverse energy transfer to the load based on the assumption of the ideality of the key elements of the steady-state operating mode and the continuity of the change in magnetic flux in the core of transformer 2.
Обозначим через D относительную к периоду T длительность включенного состояния ключа 6. В этом случае на этапе замкнутого состояния DT ключа 6 происходит одновременно протекание нескольких процессов: намагничивание сердечника трансформатора 2 по первой первичной обмотке 1 через конденсатор 7 и силовой регулирующий ключ 6 от источника входного постоянного напряжения и по второй первичной обмотке 5 от конденсатора 4 через силовой регулирующий ключ 6.Let us designate as D the duration of the on state of switch 6 relative to the period T. In this case, at the stage of the closed state DT of switch 6, several processes occur simultaneously: magnetization of the core of transformer 2 along the first primary winding 1 through capacitor 7 and power regulating switch 6 from the source of input DC voltage and along the second primary winding 5 from capacitor 4 through power regulating switch 6.
В результате этих процессов конденсаторы 4,7 разряжаются. После выключения силового регулирующего ключа 6 накопленная энергия в индуктивности намагничивания трансформатора 2 передается через первую первичную обмотку 1, источник входного постоянного напряжения, диод 3 в конденсатор 4, а через вторую первичную обмотку 5 и диод 3 в конденсатор 7.As a result of these processes, capacitors 4,7 are discharged. After switching off the power control key 6, the accumulated energy in the magnetization inductance of the transformer 2 is transferred through the first primary winding 1, the source of input DC voltage, diode 3 to capacitor 4, and through the second primary winding 5 and diode 3 to capacitor 7.
Вследствие этих процессов конденсаторы 4,7 заряжаются.As a result of these processes, capacitors 4,7 are charged.
В результате описанных процессов на конденсаторе 4 устанавливается постоянное напряжение V IN (1-D)/(1-2D), а на конденсаторе 7 постоянное напряжение V IN D/(1-2D). Следующий процесс, который протекает одновременно с описанными процессами на интервале времени (1-D)T выключенного состояния силового регулирующего ключа 6, это передача энергии в нагрузку через вторичную обмотку 8 трансформатора 2 и прямосмещенный выпрямительный диод 9, что приводит к установлению напряжения на конденсаторе фильтра 10 и нагрузке, равного nV IN D/(1-2D), где n есть отношение числа витков обмотки 8 к первичным обмоткам 1,5, которые имеют равное число витков, а ток, протекающий через выпрямительный диод 9, составляет I L /(1-D), где I L - ток нагрузки.As a result of the described processes, a constant voltage is established on capacitor 4.V IN (1-D)/(1-2D), and on capacitor 7 there is a constant voltageV IN D/(1-2D). The next process, which occurs simultaneously with the described processes over the time interval(1-D)Tthe off state of the power control switch 6, this is the transfer of energy to the load through the secondary winding 8 of the transformer 2 and the forward-biased rectifier diode 9, which leads to the establishment of a voltage on the filter capacitor 10 and the load equal tonV IN D/(1-2D), where n is the ratio of the number of turns of winding 8 to the primary windings 1.5, which have an equal number of turns, and the current flowing through the rectifier diode 9 isI L /(1-D), Where I L - load current.
После выключения силового регулирующего ключа 6 на интервале времени (1-D)T также одновременно протекают несколько процессов, связанных с переполюсовкой напряжений на всех обмотках трансформатора 2, восстановление магнитных свойств сердечника трансформатора 2 за счет передачи энергии и заряда конденсаторов 4,7, которые при этом клампируют силовой регулирующий ключ 6 на уровне V IN /(1-2D), исключая высоковольтные всплески напряжения на силовом регулирующем ключе из-за индуктивности рассеяния при его выключении.After switching off the power control switch 6, several processes also occur simultaneously in the time interval ( 1-D)T , associated with the reversal of voltage polarity on all windings of the transformer 2, the restoration of the magnetic properties of the core of the transformer 2 due to the transfer of energy and the charging of capacitors 4,7, which in this case clamp the power control switch 6 at the level of V IN /(1-2D) , eliminating high-voltage surges in voltage on the power control switch due to leakage inductance when it is switched off.
Заметим, что цепь, составленная из последовательно соединенных первичных обмоток 1,5 и конденсаторов 4,7, образует магнитносвязанную цепь, дающую возможность воздействовать на эффективную индуктивность для переменной составляющей и обеспечить гладкое потребление энергии из входного источника постоянного напряжения путем включения линейной индуктивности 12 последовательно с первой первичной обмоткой 1, что показано на фиг. 2.Note that the circuit composed of series-connected primary windings 1.5 and capacitors 4.7 forms a magnetically coupled circuit, making it possible to influence the effective inductance for the variable component and to ensure smooth energy consumption from the input DC voltage source by connecting the linear inductance 12 in series with the first primary winding 1, as shown in Fig. 2.
Таким образом, предлагаемый однотактный преобразователь постоянного напряжения с обратной передачей энергии в нагрузку по сравнению с известным устройством позволяет исключить тяжелый, дорогой Г-образный сглаживающий LC-фильтр, к которому подключена нагрузка.Thus, the proposed single-stroke DC-DC converter with reverse energy transfer to the load, compared to the known device, allows eliminating the heavy, expensive L-shaped smoothing LC filter to which the load is connected.
1. Авторское свидетельство СССР №1628164 «Импульсный регулятор постоянного напряжения» А.Г. Поликарпов и др. от 20.06.1988 г.1. USSR Author's Certificate No. 1628164 "Pulse DC voltage regulator" A.G. Polikarpov et al. dated 20.06.1988.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2825889C1 true RU2825889C1 (en) | 2024-09-02 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4809148A (en) * | 1987-10-21 | 1989-02-28 | British Columbia Telephone Company | Full-fluxed, single-ended DC converter |
| SU1628164A1 (en) * | 1988-06-20 | 1991-02-15 | Московский энергетический институт | Single-cycle voltage converter |
| RU2802595C1 (en) * | 2023-02-02 | 2023-08-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Single-step dc/dc transducer |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4809148A (en) * | 1987-10-21 | 1989-02-28 | British Columbia Telephone Company | Full-fluxed, single-ended DC converter |
| SU1628164A1 (en) * | 1988-06-20 | 1991-02-15 | Московский энергетический институт | Single-cycle voltage converter |
| RU2802595C1 (en) * | 2023-02-02 | 2023-08-30 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Single-step dc/dc transducer |
| RU2806668C1 (en) * | 2023-04-12 | 2023-11-02 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Dc-dc converter with active clamping |
| RU2812961C1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-02-06 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Flyback dc converter with active clamping |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10833594B2 (en) | System and method of controlling a power converter having an LC tank coupled between a switching network and a transformer winding | |
| US7746670B2 (en) | Dual-transformer type of DC-to-DC converter | |
| JP2014103725A (en) | Three-level power conversion device and control method thereof | |
| US10742130B2 (en) | Phase shift bridge converter using clamp circuit connected to the center-tap of the transformer on the secondary side | |
| RU2825889C1 (en) | Single-cycle constant voltage converter with reverse transfer of energy to load | |
| RU2825888C1 (en) | Single-cycle constant voltage converter with forward and reverse transfer of energy to load | |
| RU2826687C1 (en) | Single-cycle constant voltage converter with direct transfer of energy to load | |
| RU2826684C1 (en) | Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter with voltage doubling on load | |
| RU2826686C1 (en) | Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter with load voltage multiplication | |
| RU2809337C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
| RU2815911C1 (en) | High-efficiency active-clamping constant voltage converter | |
| RU2822282C1 (en) | Transformer flyback dc voltage converter with active clamping | |
| RU2806668C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
| RU2809335C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
| RU2823793C1 (en) | Forward converter of constant voltage with energy transfer in pause | |
| RU2823796C1 (en) | Transformer flyback constant voltage converter with passive clamping | |
| RU2822283C1 (en) | Transformer wide-range flyback dc voltage converter with passive clamping | |
| RU2802595C1 (en) | Single-step dc/dc transducer | |
| RU2812961C1 (en) | Flyback dc converter with active clamping | |
| RU2818295C1 (en) | Quasi-push-pull single-step dc voltage converter | |
| RU2829317C1 (en) | Low-voltage dc voltage converter with active clamping | |
| RU2809839C1 (en) | Low voltage half-bridge dc-dc converter | |
| RU2817329C1 (en) | Magnetically coupled power factor corrector with passive valve element and constant output voltage stabilization | |
| RU2826681C1 (en) | Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter | |
| RU2823795C1 (en) | Transformer wide-range flyback constant voltage converter with active clamping |