RU158535U1

RU158535U1 - CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO CONSTANT

Info

Publication number: RU158535U1
Application number: RU2014151041/07U
Authority: RU
Inventors: Роберт Кристофер Диксон; Геннадий Яковлевич Михальченко
Original assignee: Роберт Кристофер Диксон; Геннадий Яковлевич Михальченко
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2016-01-10

Abstract

Cхема преобразователя электрической энергии постоянного напряжения в постоянное с обеспечением мягкого переключения транзисторов во всех режимах работы, содержащая два транзистора со схемой управления и двумя драйверами, входы которых подключены к выходам схемы управления, а выходы - к затворам транзисторов, два диода, входной и выходной конденсаторы, положительные выводы которых образуют входные и выходные выводы преобразователя напряжения, три дросселя, соединенные в треугольник, одна вершина которого подключена к входному выводу, а две другие вершины соединены с выходным выводом преобразователя через диоды, к этим вершинам также подключены стоки транзисторов, истоки которых объединены и подключены к отрицательным выводам конденсаторов, образующим общую шину преобразователя напряжения, отличающаяся тем, что схема управления выполнена двухконтурной и снабжена преобразователем сигнала ошибки в две противотактные импульсные последовательности с частотно-импульсной модуляцией, а в преобразователь напряжения введены датчики входного тока, выходного напряжения и датчики токов диодов, включенные последовательно с ними, причем контур стабилизации напряжения и подчиненный ему контур стабилизации входного тока образованы источником опорного напряжения, двумя сравнивающими устройствами и двумя корректирующими устройствами, при этом входы одного сравнивающего устройства подключены к выходам датчика выходного напряжения и источника опорного напряжения, а выход через корректирующее устройство соединен с одним из входов второго сравнивающего устройства, другой вход которого подключен к выходу датA circuit of a DC-to-DC electrical energy converter providing soft switching of transistors in all operating modes, containing two transistors with a control circuit and two drivers, the inputs of which are connected to the outputs of the control circuit, and the outputs to the gates of transistors, two diodes, input and output capacitors the positive terminals of which form the input and output terminals of the voltage converter, three chokes connected in a triangle, one vertex of which is connected to the input terminal, the other two vertices are connected to the output terminal of the converter through diodes, the drains of transistors are also connected to these vertices, the sources of which are combined and connected to the negative terminals of the capacitors, forming a common voltage converter bus, characterized in that the control circuit is double-circuit and equipped with an error signal converter in two counter-pulse pulse sequences with pulse-frequency modulation, and input current, output voltage, and diode current sensors connected in series with them, and the voltage stabilization circuit and the input current stabilization circuit subordinate to it are formed by a reference voltage source, two comparison devices and two correction devices, while the inputs of one comparison device are connected to the outputs of the output voltage sensor and the reference voltage source, and the output through the correction device is connected to one of the inputs of the second comparison device, the other input of which is connected to the output of dates

Description

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования входной энергии постоянного тока в энергию постоянного тока.The inventive utility model relates to electrical engineering, in particular to devices for converting input DC energy into DC energy.

Преобразователи напряжения широко используются в таких устройствах как источники питания светодиодного освещения, сварочные аппараты инверторного типа, зарядные устройства аккумуляторных батарей, зарядные устройства емкостных накопителей энергии, а так же в технологических источниках питания, нагрузка которых может изменяться в широких пределах.Voltage converters are widely used in devices such as LED lighting power sources, inverter-type welding machines, battery chargers, capacitive energy storage chargers, as well as in technological power sources, the load of which can vary widely.

Известен преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное инвертирующего типа с корректором коэффициента мощности [1], включающий входной выпрямитель, датчик тока, транзистор, дроссель и отсекающий диод с конденсатором, параллельно которому подключены нагрузка и датчик выходного напряжения, а также схему управления с источником задающего напряжения, выход которого подключен к одному входу схемы сравнения, другой вход которой соединен с выходом датчика выходного напряжения, а выход схемы сравнения через корректирующее устройство и интегратор с тактирующим входом подключен к одному из входов компаратора, выход которого подключен к счетному входу триггера, тактирующий вход которого соединен с выходом задающего генератора, а прямой выход триггера через драйвер подключен к затвору транзистора. Инверсный выход задающего генератора связан с тактирующим входом интегратора, где дополнительно введены датчик выпрямленного напряжения сети и второе корректирующее устройство, включенное между выходом первой схемы сравнения и входом компаратора. Вторая схема сравнения выполнена трехвходовой, к которым подключены выходы обоих датчиков напряжения, и источника задающего напряжения, выход через корректирующее устройство связан с входом интегратора и одним из входов первой схемы сравнения, а тактирующий вход интегратора соединен с выходом задающего генератора, причем к положительному выводу выпрямителя подключен сток транзистора, исток которого через дроссель и датчик тока соединен с его отрицательным выводом, а параллельно дросселю подключена цепь из последовательно соединенных конденсатора и отсекающего диода.A known converter of single-phase AC to DC inverting type with a power factor corrector [1], including an input rectifier, current sensor, transistor, inductor and a cut-off diode with a capacitor, in parallel with which a load and an output voltage sensor are connected, as well as a control circuit with a source of set voltage whose output is connected to one input of the comparison circuit, the other input of which is connected to the output of the output voltage sensor, and the output of the comparison circuit through the corrective stroystvo and integrator with a timing input is connected to one input of a comparator, whose output is connected to the count input of the trigger, timing input connected to the output of the master oscillator and the output latch via the line driver is connected to the gate of the transistor. The inverted output of the master oscillator is connected to the clock input of the integrator, where an additional sensor of the rectified network voltage and a second correction device connected between the output of the first comparison circuit and the comparator input are additionally introduced. The second comparison circuit is made of a three-input circuit, to which the outputs of both voltage sensors and the source of the driving voltage are connected, the output through the correction device is connected to the input of the integrator and one of the inputs of the first comparison circuit, and the clock input of the integrator is connected to the output of the driving generator, and to the positive terminal of the rectifier a drain of the transistor is connected, the source of which is connected through its inductor and current sensor to its negative terminal, and a circuit from series-connected is connected in parallel to the inductor x capacitor and cut-off diode.

Отличительной особенностью такого преобразователя является устойчивость к коротким замыканиям нагрузки и высокий коэффициент мощности.A distinctive feature of such a converter is resistance to load short circuits and a high power factor.

Недостатком его является низкая электромагнитная совместимость с питающей сетью из-за потребления из сети импульсного тока, фильтрация которого затруднена. К моменту включения транзистора, его емкость заряжена до уровня выходного напряжения и при включении транзистора эта емкость разряжается импульсным током в десятки раз превышающем номинальное значение тока стока. Кроме того, дополнительно в этот же момент транзистор нагружается еще и обратным током выключающегося диода по цепи: положительная обкладка конденсатора, диод, транзистор, отрицательная обкладка выходного конденсатора. Суммарное значение этого импульсного тока сопровождается выделением на кристалле транзистора мощности в десятки киловатт за доли микросекунды, что приводит к постепенной деградации кристалла и, как следствие, к сокращению срока службы преобразователя. Снижение динамических нагрузок на кристалл транзистора достигается включением в схему снабберных RC или RLC цепей, что приводит к снижению коэффициента полезного действия или использованием квазирезонансных схем.Its disadvantage is the low electromagnetic compatibility with the supply network due to the consumption of pulsed current from the network, the filtering of which is difficult. By the time the transistor is turned on, its capacity is charged to the level of the output voltage, and when the transistor is turned on, this capacity is discharged by a pulsed current tens of times higher than the rated value of the drain current. In addition, at the same time, in addition, the transistor is also loaded with the reverse current of the turning off diode along the circuit: positive capacitor plate, diode, transistor, negative output capacitor plate. The total value of this pulsed current is accompanied by the release of tens of kilowatts per fraction of a microsecond on the transistor's crystal, which leads to a gradual degradation of the crystal and, as a result, to a reduction in the converter's service life. Reducing the dynamic loads on the transistor crystal is achieved by the inclusion of snubber RC or RLC circuits in the circuit, which leads to a decrease in the efficiency or the use of quasi-resonant circuits.

Известен преобразователь [2], включающий силовой транзистор, входной выпрямитель с датчиками тока, положительный вывод выпрямителя связан с последовательно соединенными дросселем, отсекающим диодом и конденсатором выходного фильтра, параллельно которому подключен датчик выходного напряжения. Сток силового транзистора подключен к общей точке дросселя и отсекающего диода, а его исток связан с отрицательным выводом выпрямителя. Также в состав преобразователя входит схема управления с источником задающего напряжения, выход которого подключен к одному входу схемы сравнения, другой вход которой соединен с выходом датчика выходного напряжения, а выход схемы сравнения через корректирующее устройство подключен к входу интегратора с тактирующим входом и к одному из входов второй схемы сравнения напряжения корректирующего устройства с выходным сигналом датчика тока, выход которого вместе с выходом компаратора подключены к входам компаратора, а инверсный выход триггера связан с тактирующим входом интегратора.A known converter [2], including a power transistor, an input rectifier with current sensors, the positive output of the rectifier is connected to a series-connected inductor, a cut-off diode and a capacitor of the output filter, in parallel to which an output voltage sensor is connected. The drain of the power transistor is connected to the common point of the inductor and the cut-off diode, and its source is connected to the negative terminal of the rectifier. The converter also includes a control circuit with a reference voltage source, the output of which is connected to one input of the comparison circuit, the other input of which is connected to the output of the output voltage sensor, and the output of the comparison circuit is connected via an adjustment device to the integrator input with a clock input and to one of the inputs the second circuit comparing the voltage of the correcting device with the output signal of the current sensor, the output of which, together with the output of the comparator, is connected to the inputs of the comparator, and the inverse output is trig the hera is connected to the clock input of the integrator.

Такой преобразователь позволяет сформировать синусоидальный ток, потребляемый из сети высокого качества в районе перехода напряжения сети через ноль.Such a converter makes it possible to generate a sinusoidal current consumed from a high quality network in the region where the network voltage passes through zero.

Однако жесткая коммутация транзистора приводит к низкой электромагнитной совместимости преобразователя и с невозможностью ограничения тока в режимах перегрузок и коротких замыканий в нагрузке.However, the hard switching of the transistor leads to low electromagnetic compatibility of the converter and the impossibility of limiting the current in overload and short circuit conditions in the load.

Известен преобразователь постоянного напряжения в постоянное повышающего типа [3], принятый за прототип, включающий дроссель, транзистор, диод, входной и выходной конденсаторы, выводы которых образуют входные и выходные выводы преобразователя соответственно. Отрицательные обкладки конденсаторов объединены и образуют общую шину преобразователя, к которой подключен исток транзистора, сток которого соединен с анодом диода и одним из выводов дросселя, другой вывод которого соединен с положительной обкладкой входного конденсатора, а катод диода подключен к положительной обкладке выходного конденсатора, и схему управления, выходом подключенную к затвору транзистора, а также содержащей второй дроссель, коммутирующий дроссель, второй диод и второй транзистор, исток которого подключен к общей шине преобразователя, а сток соединен с анодом второго диода и одним из выводов второго дросселя, другой вывод которого соединен с положительной обкладкой входного конденсатора, а катод диода подключен к положительной обкладке выходного конденсатора, причем стоки транзисторов соединены через коммутирующий дроссель, при этом схема управления имеет второй выход, подключенный к затвору второго транзистора.Known DC-DC Converter step-up type [3], adopted as a prototype, including a choke, transistor, diode, input and output capacitors, the terminals of which form the input and output terminals of the converter, respectively. The negative plates of the capacitors are combined and form a common converter bus, to which the source of the transistor is connected, the drain of which is connected to the anode of the diode and one of the terminals of the inductor, the other terminal of which is connected to the positive plate of the input capacitor, and the cathode of the diode is connected to the positive plate of the output capacitor, and the circuit control output connected to the gate of the transistor, as well as containing a second inductor, a switching inductor, a second diode and a second transistor, the source of which is connected to a common bus e of the converter, and the drain is connected to the anode of the second diode and one of the terminals of the second inductor, the other terminal of which is connected to the positive lining of the input capacitor, and the cathode of the diode is connected to the positive lining of the output capacitor, and the drains of the transistors are connected through a switching inductor, while the control circuit has the second output connected to the gate of the second transistor.

Достоинством этого преобразователя и является мягкая коммутация транзисторов при неизменном входном напряжении и при номинальном токе нагрузки.The advantage of this converter is the soft switching of transistors with a constant input voltage and at a rated load current.

В целом, регулирование выходного напряжения и изменение тока нагрузки существенно затруднено, поскольку процесс изменения длительности выключенного состояния обоих транзисторов приводит к снижению тока в коммутирующем дросселе, а это сопровождается переходом к жесткой коммутации транзисторов и появлению неоправданно высокого значение динамических потерь.In general, the regulation of the output voltage and the change in the load current are significantly complicated, since the process of changing the off-state duration of both transistors leads to a decrease in the current in the switching reactor, and this is accompanied by a transition to hard switching of the transistors and the appearance of an unreasonably high value of dynamic losses.

Задачей изобретения, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание преобразователя электрической энергии постоянного напряжения в постоянное с обеспечением мягкого переключения транзисторов во всех режимах работы за счет схемы управления, при работе которой отсутствуют всплески выделяемой на кристалле транзистора «пиковой» мощности в моменты коммутаций.The objective of the invention, the solution of which is claimed by the claimed utility model, is to create a converter of electrical energy of constant voltage to constant with the provision of soft switching of transistors in all operating modes due to the control circuit, during operation of which there are no bursts of “peak” power released on the transistor's crystal at the time of switching .

Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия посредством уменьшения динамических потерь, а также повышение надежности, и, как следствие, увеличение срока службы преобразователя.The technical result is to increase the efficiency by reducing dynamic losses, as well as improving reliability, and, as a result, increasing the life of the converter.

Поставленная задача достигается тем, что в преобразователь электрической энергии постоянного напряжения в постоянное содержащий два транзистора (1, 2), со схемой управления (3) и двумя драйверами (4, 5), входы которых подключены к выходам схемы управления, а выходы - к затворам транзисторов, два диода (6, 7), входной и выходной конденсаторы (8, 9), положительные выводы которых образуют входные и выходные выводы преобразователя напряжения, три дросселя (10, 11, 12), соединенные в треугольник, одна вершина которого подключена к входному выводу, а две другие вершины соединены с выходным выводом преобразователя через диоды, к этим вершинам также подключены стоки транзисторов, истоки которых объединены и подключены к отрицательным выводам конденсаторов, образующим общую шину преобразователя напряжения, отличающийся тем, что схема управления выполнена двухконтурной и снабжена преобразователем сигнала ошибки в две противотактные импульсные последовательности с частотно-импульсной модуляцией (13), а в преобразователь напряжения введены датчики входного тока (14), выходного напряжения (15) и датчики токов (16, 17) диодов, включенные последовательно с ними, причем контур стабилизации напряжения и подчиненный ему контур стабилизации входного тока образованы источником опорного напряжения (18), двумя сравнивающими устройствами (19, 20) и двумя корректирующими устройствами (21, 22), при этом входы одного сравнивающего устройства подключены к выходам датчика выходного напряжения и источника опорного напряжения, а выход через корректирующее устройство соединен с одним из входов второго сравнивающего устройства, другой вход которого подключен к выходу датчика входного тока, а его выход образует вход преобразователя сигнала ошибки в две противотактные импульсные последовательности, который включает в себя два генератора развертывающих напряжений (23, 24), трехвходовой частотно-импульсный модулятор с управляющим и двумя тактирующими входами (25) и два двухвходовых компаратора 26, 27, выходы которых образуют выходы схемы управления, одни из входов объединены и подключены к выходу второго сравнивающего устройства, а другие входы подключены к выходам соответствующих генераторов развертывающих напряжений, входные выводы которых объединены и соединены с выходом частотно-импульсного модулятора, управляющий вход которого связан с выходом первого корректирующего устройства, а тактирующие входы подключены к выходам датчиков тока диодов.The problem is achieved by the fact that in the DC-to-DC electrical energy converter contains two transistors (1, 2), with a control circuit (3) and two drivers (4, 5), the inputs of which are connected to the outputs of the control circuit, and the outputs to transistor gates, two diodes (6, 7), input and output capacitors (8, 9), the positive terminals of which form the input and output terminals of the voltage converter, three chokes (10, 11, 12) connected in a triangle, one vertex of which is connected to the input pin and the other two the vertices are connected to the output terminal of the converter through diodes, the drains of transistors are also connected to these vertices, the sources of which are combined and connected to the negative terminals of the capacitors, forming a common bus of the voltage converter, characterized in that the control circuit is double-circuit and equipped with an error signal converter into two counter-current pulse sequences with pulse frequency modulation (13), and sensors of input current (14), output voltage (15) and dates are introduced into the voltage converter current sensors (16, 17) of diodes connected in series with them, moreover, the voltage stabilization circuit and the input current stabilization circuit subordinate to it are formed by a reference voltage source (18), two comparison devices (19, 20) and two correction devices (21, 22) while the inputs of one comparison device are connected to the outputs of the output voltage sensor and the reference voltage source, and the output through the correction device is connected to one of the inputs of the second comparison device, the other input of which is connected n to the output of the input current sensor, and its output forms the input of the error signal converter into two counter-pulse pulse sequences, which includes two oscillating voltage generators (23, 24), a three-input frequency-pulse modulator with control and two clock inputs (25) and two two-input comparators 26, 27, the outputs of which form the outputs of the control circuit, one of the inputs is combined and connected to the output of the second comparison device, and the other inputs are connected to the outputs of the respective generators once rotational voltages, the input terminals of which are combined and connected to the output of the frequency-pulse modulator, the control input of which is connected to the output of the first correction device, and the clock inputs are connected to the outputs of the diode current sensors.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя напряжения, а на фиг. 2, приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы схемы.In FIG. 1 is a diagram of a voltage converter, and FIG. 2, timing diagrams explaining the principle of operation of the circuit are shown.

Преобразователь напряжения содержит два транзистора 1, 2 со схемой управления 3 и двумя драйверами 4, 5, входы которых подключены к выходам схемы управления, а выходы - к затворам транзисторов, два диода 6, 7, входной и выходной конденсаторы 8,9, положительные выводы которых образуют входные и выходные выводы преобразователя напряжения, три дросселя 10, 11, 12, соединенные в треугольник, одна вершина которого подключена к входному выводу, а две другие вершины соединены с выходным выводом преобразователя через диоды, к этим вершинам также подключены стоки транзисторов, истоки которых объединены и подключены к отрицательным выводам конденсаторов, образующим общую шину преобразователя напряжения. Схема управления выполнена двухконтурной и снабжена преобразователем сигнала ошибки в две противотактные импульсные последовательности с частотно-импульсной модуляцией 1), а в преобразователь напряжения введены датчики входного тока 14, выходного напряжения 15 и датчики токов 16, 17 диодов, включенные последовательно с ними, причем контур стабилизации напряжения и подчиненный ему контур стабилизации входного тока образованы источником опорного напряжения 18, двумя сравнивающими устройствами 19, 20 и двумя корректирующими устройствами 21, 22, при этом входы одного сравнивающего устройства подключены к выходам датчика выходного напряжения и источника опорного напряжения, а выход через корректирующее устройство соединен с одним из входов второго сравнивающего устройства, другой вход которого подключен к выходу датчика входного тока, а его выход образует вход преобразователя сигнала ошибки в две противотактные импульсные последовательности, который включает в себя два генератора развертывающих напряжений 23, 24, трехвходовой частотно-импульсный модулятор с управляющим и двумя тактирующими входами 25 и два двухвходовых компаратора 26, 27, выходы которых образуют выходы схемы управления, одни из входов объединены и подключены к выходу второго сравнивающего устройства, а другие входы подключены к выходам соответствующих генераторов развертывающих напряжений, входные выводы которых объединены и соединены с выходом частотно-импульсного модулятора, управляющий вход которого связан с выходом первого корректирующего устройства, а тактирующие входы подключены к выходам датчиков тока диодов.The voltage converter contains two transistors 1, 2 with a control circuit 3 and two drivers 4, 5, the inputs of which are connected to the outputs of the control circuit, and the outputs to the gates of the transistors, two diodes 6, 7, input and output capacitors 8.9, positive outputs which form the input and output terminals of the voltage converter, three inductors 10, 11, 12 connected in a triangle, one vertex of which is connected to the input terminal, and two other vertices are connected to the output terminal of the converter through diodes, are also connected to these vertices currents of transistors whose sources are coupled and connected to the negative terminals of capacitors constituting the voltage converter common bus. The control circuit is double-circuit and is equipped with an error signal converter into two counter-pulse pulse sequences with pulse-frequency modulation 1), and input voltage sensors 14, output voltage 15 and current sensors 16, 17 diodes connected in series with them are introduced into the voltage converter, the circuit voltage stabilization and the input current stabilization circuit subordinate to it is formed by a reference voltage source 18, two comparison devices 19, 20 and two correction devices 21, 22, In this case, the inputs of one comparison device are connected to the outputs of the output voltage sensor and the reference voltage source, and the output through the correction device is connected to one of the inputs of the second comparison device, the other input of which is connected to the output of the input current sensor, and its output forms the input of the error signal converter to two counter-impulse pulse sequences, which includes two generators of the deploying voltage 23, 24, a three-input frequency-pulse modulator with a control and two clock inputs 25 and two two-input comparators 26, 27, the outputs of which form the outputs of the control circuit, one of the inputs is combined and connected to the output of the second comparison device, and the other inputs are connected to the outputs of the corresponding generators of the deployment voltage, the input terminals of which are combined and connected to the output frequency -pulse modulator, the control input of which is connected to the output of the first correction device, and the clock inputs are connected to the outputs of the diode current sensors.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 28 - напряжение управления транзистором 2; 29 - напряжение управления транзистором 1; 30, 31 - напряжения на выходах генераторов развертывающих напряжений; 32, 33 - токи дросселей 11 и 10 соответственно; 34 - ток, потребляемый от источника питания; 35 - ток коммутирующего дросселя 12; 36 и 37 потенциал и ток стока транзистора 1 соответственно; 38 и 39 -ток стока и потенциал транзистора 2 соответственно.In FIG. 2 adopted the following notation: 28 - control voltage of the transistor 2; 29 - voltage control transistor 1; 30, 31 - voltage at the outputs of the generators of the deployment voltage; 32, 33 - currents of the chokes 11 and 10, respectively; 34 - current consumed from the power source; 35 - current switching inductor 12; 36 and 37, the potential and drain current of the transistor 1, respectively; 38 and 39 are the drain current and the potential of transistor 2, respectively.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение работает следующим образом.The DC / DC Converter operates as follows.

В установившемся режиме работы преобразователя в момент времени t₁ выключается транзистор 1 и в момент времени t₂ включается транзистор 2 по сигналам схемы управления 3 под действием выходных напряжений 28, 29 драйверов 4 и 5 соответственно. После выключения транзистора 1 полярность напряжения на дросселе 10 изменяется на противоположную, открывается диод 6 и накопленная энергия передается в конденсатор 9 фильтра и нагрузку. Ток 32 дросселя 11 начинает нарастать, а ток 33 дросселя 10 спадает. В следующем интервале времени t₃-t₅ выключается транзистор 2 и через открывшийся диод 7 накопленная на предыдущем интервале времени энергия дросселя 11 отдается в конденсатор и нагрузку, а транзистор 1 включается и дроссель 10 переходит в режим накопления энергии. Суммарный ток дросселей 10, 11 представляет собой потребляемый от источника питания ток 34, пульсации которого в несколько раз ниже пульсаций токов 32, 33 дросселей. Аналогично суммируются токи диодов 6 и 7 и определяют частоту и величину пульсаций тока нагрузки и тока конденсатора 9 фильтра.In the steady state operation of the converter at time t ₁ turns off transistor 1 and at time t ₂ turns on transistor 2 according to the signals of control circuit 3 under the action of output voltages 28, 29 of drivers 4 and 5, respectively. After turning off the transistor 1, the polarity of the voltage across the inductor 10 is reversed, the diode 6 opens and the stored energy is transferred to the filter capacitor 9 and the load. The current 32 of the inductor 11 begins to increase, and the current 33 of the inductor 10 decreases. In the next time interval t ₃ -t _{5, the} transistor 2 is turned off and through the opened diode 7, the energy of the inductor 11 accumulated in the previous time interval is transferred to the capacitor and the load, and the transistor 1 is turned on and the inductor 10 enters the energy storage mode. The total current of the chokes 10, 11 is the current 34 consumed from the power source, the ripple of which is several times lower than the ripple of the currents 32, 33 of the chokes. Similarly, the currents of the diodes 6 and 7 are summed up and the frequency and magnitude of the ripple of the load current and the current of the filter capacitor 9 are determined.

В интервале времени t₃-t₄ оба транзистора выключены, питание нагрузки обеспечивается энергией конденсатора 9 фильтра.In the time interval t ₃ -t ₄ both transistors are off, the load is supplied with the energy of the filter capacitor 9.

Процессы мягкого включения транзисторов обеспечиваются током перезаряда 35 коммутирующего дросселя 12 и протекают следующим образом. К концу интервала выключенного состояния, например, транзистора 1, ток 33 дросселя 10 снижается, а ток 35 коммутирующего дросселя 12 возрастает и, когда эти токи сравняются, запирается диод 6 и ток 33 коммутирующего дросселя 12 продолжает протекать теперь уже через открытый транзистор 2, паразитную емкость транзистора 1, снижая потенциал стока до нулевого значения и далее до напряжения отпирания встроенного в транзистор обратного диода. При включении транзистора 1 обратный ток через встроенный диод будет протекать до тех пор, пока ток 35 коммутирующего дросселя 12, снижаясь, вновь не сравняется с током 33 дросселя 10. В противотактном транзисторе 2 процессы включения протекают аналогично рассмотренным.The soft switching processes of the transistors are provided by the overcharge current 35 of the switching inductor 12 and proceed as follows. By the end of the off interval, for example, transistor 1, the current 33 of the inductor 10 decreases, and the current 35 of the switching inductor 12 increases and when these currents are equal, the diode 6 is turned off and the current 33 of the switching inductor 12 continues to flow through the open transistor 2, parasitic the capacitance of transistor 1, reducing the drain potential to zero and then to the unlock voltage of the reverse diode built into the transistor. When you turn on the transistor 1, the reverse current through the built-in diode will flow until the current 35 of the switching inductor 12, decreasing, is again equal to the current 33 of the inductor 10. In the counter-current transistor 2, the switching processes proceed similarly to those considered.

Таким образом, к моменту включения транзисторов 2 и 1 потенциалы 36 и 38 стока этих транзисторов спадают до нуля и через обратные встроенные диоды еще протекает отрицательный ток в направлении исток-сток, что приводит к тому, что в момент включения рассеиваемая на кристалле транзистора мощность равна нулю. В момент выключения транзисторов в предлагаемом преобразователе и в схеме прототипа динамическая мощность на транзисторах сравнима по порядку и находится на уровне статической рассеиваемой мощности.Thus, by the time of turning on transistors 2 and 1, the drain potentials 36 and 38 of these transistors drop to zero and a negative current still flows through the built-in reverse diodes in the source-drain direction, which leads to the fact that at the moment of switching on, the power dissipated on the transistor's crystal is equal to to zero. When the transistors are turned off in the proposed converter and in the prototype circuit, the dynamic power on the transistors is comparable in order and is at the level of static power dissipation.

Схема управления работает следующим образом. Уровень выходного напряжения преобразователя задается источником опорного напряжения !*, который сравнивается с напряжением датчика 15, скорректированный сигнал ошибки регулирования на выходе корректирующего устройства 22 является заданием на величину входного тока преобразователя напряжения. Это напряжение сравнивается с выходным напряжением датчика входного тока 14 и скорректированный сигнал ошибки по току на выходе корректирующего устройства 21 поступает на управляющий вход частотно-импульсного модулятора 25 и одновременно на объединенные входы компараторов 26, 27, определяя тем самым длительность выходных импульсов компараторов 26, 27. На выходе частотно-импульсного модулятора действует импульсное напряжение определяющее частоту следования импульсов 30, 31 генераторов 23, 24 развертывающих напряжений, а длительность этих импульсов определяет длительность «мертвого» времени закрытого состояния обоих транзисторов 1, 2. При увеличении тока нагрузки или при снижении входного напряжения возрастет сигнал ошибки по напряжению, что приведет к снижению времени проводящего состояния диодов 6, 7 увеличению задания на входной ток Из вышесказанного следует достижение указанного в описании технического результата.The control circuit operates as follows. The output voltage level of the converter is set by the reference voltage source! *, Which is compared with the voltage of the sensor 15, the corrected control error signal at the output of the correction device 22 is a reference to the input current of the voltage converter. This voltage is compared with the output voltage of the input current sensor 14 and the corrected error signal for current at the output of the correction device 21 is fed to the control input of the frequency-pulse modulator 25 and simultaneously to the combined inputs of the comparators 26, 27, thereby determining the duration of the output pulses of the comparators 26, 27 . At the output of the pulse-frequency modulator there is a pulse voltage that determines the repetition rate of pulses 30, 31 of the generators 23, 24 of the developing voltage, and the duration of these pulses Owl determines the duration of the "dead" time of the closed state of both transistors 1, 2. With an increase in the load current or with a decrease in the input voltage, the voltage error signal will increase, which will lead to a decrease in the time of the conductive state of the diodes 6, 7, an increase in the reference for the input current. specified in the description of the technical result.

Благодаря заявленным преимуществам предлагаемый преобразователь характеризуется на один-два порядка меньшими динамическими потерями в момент включения транзисторов.Due to the declared advantages, the proposed converter is characterized by one to two orders of magnitude lower dynamic losses at the moment of switching on the transistors.

Таким образом, предлагаемый преобразователь напряжения обеспечивает повышение коэффициента полезного действия путем уменьшения динамических потерь при переключении транзисторов, что улучшает надежность и срок службы преобразователя напряжения.Thus, the proposed voltage Converter provides an increase in efficiency by reducing dynamic losses when switching transistors, which improves the reliability and service life of the voltage Converter.

Список литературыBibliography

1. Пат. РФ №92261. МПК H02M 9/06. Преобразователь однофазного переменного напряжения в постоянное с корректором коэффициента мощности / К.В. Бородин, С.Г. Михальченко (Государственное образовательное учреждение ТУ СУР). Опубл.: 10.03.2010. Бюл. №7.1. Pat. RF №92261. IPC H02M 9/06. Single-phase AC to DC converter with power factor corrector / K.V. Borodin, S.G. Mikhalchenko (State educational institution TU SUR). Published: 03/10/2010. Bull. Number 7.

2. Smith, M. PWM Controller with Jne-Cycle Response / M. Smith, K. Smedley // US Patent 6,084,4502. Smith, M. PWM Controller with Jne-Cycle Response / M. Smith, K. Smedley // US Patent 6,084,450

3. Пат. РФ №113617. МПК H02M 3/335. Преобразователь напряжения / Г.Я. Михальченко и др. (ООО «Компания промышленная электроника»). Опубл.: 20.02.2012. Бюл. №5.3. Pat. RF №113617. IPC H02M 3/335. Voltage Converter / G.Ya. Mikhalchenko et al. (LLC “Industrial Electronics Company”). Published: 02.20.2012. Bull. No. 5.

Claims

A circuit of a DC-to-DC electrical energy converter providing soft switching of transistors in all operating modes, containing two transistors with a control circuit and two drivers, the inputs of which are connected to the outputs of the control circuit, and the outputs to the gates of transistors, two diodes, input and output capacitors the positive terminals of which form the input and output terminals of the voltage converter, three chokes connected in a triangle, one vertex of which is connected to the input terminal, the other two vertices are connected to the output terminal of the converter through diodes, the drains of transistors are also connected to these vertices, the sources of which are combined and connected to the negative terminals of the capacitors, forming a common voltage converter bus, characterized in that the control circuit is double-circuit and equipped with an error signal converter in two counter-pulse pulse sequences with pulse-frequency modulation, and input current, output voltage, and diode current sensors connected in series with them, and the voltage stabilization circuit and the input current stabilization circuit subordinate to it are formed by a reference voltage source, two comparison devices and two correction devices, while the inputs of one comparison device are connected to the outputs of the output voltage sensor and the reference voltage source, and the output through the correction device is connected to one of the inputs of the second comparison device, the other input of which is connected to the output of dates input current converter, and its output forms the input of the error signal converter into two counter-impulse pulse sequences, which includes two oscillating voltage generators, a three-input frequency-pulse modulator with control and two clock inputs, and two two-input comparators, the outputs of which form the outputs of the control circuit, some of the inputs are combined and connected to the output of the second comparison device, and the other inputs are connected to the outputs of the corresponding generators of the deployment voltage, in odnye conclusions are combined and connected to the output pulse-frequency modulator, the control input of which is connected with the output of the first correcting device and the timing inputs connected to the outputs of diode current sensors.