[go: up one dir, main page]

RU2490776C1 - Resonance commutator switch (versions) - Google Patents

Resonance commutator switch (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2490776C1
RU2490776C1 RU2012131855/07A RU2012131855A RU2490776C1 RU 2490776 C1 RU2490776 C1 RU 2490776C1 RU 2012131855/07 A RU2012131855/07 A RU 2012131855/07A RU 2012131855 A RU2012131855 A RU 2012131855A RU 2490776 C1 RU2490776 C1 RU 2490776C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
key
capacitor
switch
output
resonant switch
Prior art date
Application number
RU2012131855/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Павлович Воронин
Павел Анатольевич Воронин
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Энергомодуль" (Оао Нпо "Энергомодуль")
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 Открытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Энергомодуль" (Оао Нпо "Энергомодуль") filed Critical Открытое Акционерное Общество Научно-Производственное Объединение "Энергомодуль" (Оао Нпо "Энергомодуль")
Priority to RU2012131855/07A priority Critical patent/RU2490776C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2490776C1 publication Critical patent/RU2490776C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device contains the first key (1) with back-to-back connected diode, the second key (2), capacitor (3) and inductor (4) connected in-series with the first key (1); output of the anode of back-to-back connected diode forms a negative power lead of the resonance commutator switch while output of the inductor (4) connected to one output of the second key forms a positive power lead of the resonance commutator; it is assumed that the capacitor (3) is connected in parallel to the second key (2) which second output is connected to the negative power lead of the resonance commutator switch.
EFFECT: reducing dynamic losses in power commutator switches of pulse-type regulators, inverters and active front ends.
4 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к силовой электронике, в частности к преобразователям с пониженными динамическими потерями в силовых полупроводниковых ключах, и может быть использовано в схемах импульсных регуляторов постоянного напряжения.The invention relates to power electronics, in particular to converters with reduced dynamic losses in power semiconductor switches, and can be used in circuits of switching DC voltage regulators.

Известна схема преобразователя, в которой с помощью элементов резонансного LC контура обеспечивается мягкое переключение транзисторов при нулевом токе (см. патент США №4720667, опубл. 19.01.1988).A known converter circuit in which, using elements of a resonant LC circuit, provides soft switching of transistors at zero current (see US patent No. 4720667, publ. 19.01.1988).

Недостатком данного решения является то, что интервал проводимости в схеме является фиксированным. При этом регулирование выходного напряжения и мощности в схеме можно производить только частотным методом.The disadvantage of this solution is that the conduction interval in the circuit is fixed. In this case, the regulation of the output voltage and power in the circuit can be done only by the frequency method.

Наиболее близким по технической сути является резонансный коммутатор (см. Barbi I., Bolacell J., Martins D., Libano F. «Buck Quasi-Resonant Converter Operating at Constant Frequency: Analysis, Design and Experimentation», IEEE, 1989, p.p.873-880), включающий в себя первый ключ со встречно-параллельным диодом, второй ключ, конденсатор и дроссель, соединенный последовательно с первым ключом, вывод анода встречно-параллельного диода образует отрицательный силовой вывод резонансного коммутатора, а вывод дросселя, соединенный с одним выводом второго ключа, образует положительный силовой вывод резонансного коммутатора.The closest in technical essence is the resonant switch (see Barbi I., Bolacell J., Martins D., Libano F. “Buck Quasi-Resonant Converter Operating at Constant Frequency: Analysis, Design and Experimentation”, IEEE, 1989, pp873 -880), which includes the first key with an anti-parallel diode, the second key, a capacitor and a choke connected in series with the first key, the output of the anode of the anti-parallel diode forms a negative power terminal of the resonant switch, and the output of the choke connected to one terminal of the second key, forms a positive power terminal of the resonant switch pa

В данном решении обеспечивается мягкая коммутация ключей при нулевом токе, причем запирание второго ключа позволяет регулировать интервал проводимости за счет временного прерывания резонансного процесса путем отключения конденсатора от цепи резонанса. При этом в схеме оказывается возможным широтно-импульсное регулирование выходного напряжения и мощности. Однако в течение всего интервала проводимости на отключенном конденсаторе имеется накопленный заряд, который постепенно снижается за счет токов утечки. Поэтому при относительно больших интервалах проводимости возможно нарушение условий мягкой коммутации. Еще одним недостатком данной схемы является обязательное наличие встречно-параллельного диода у второго ключа, поскольку ток в последовательной цепи второго ключа и конденсатора в процессе коммутации изменяет направление. При этом из-за инерционных свойств встречно-параллельного диода запирание второго ключа происходит при условно нулевом токе, а в схеме возникают паразитные высокочастотные колебания.This solution provides soft switching of the keys at zero current, and locking the second key allows you to adjust the conduction interval by temporarily interrupting the resonance process by disconnecting the capacitor from the resonance circuit. In this case, pulse-width regulation of the output voltage and power is possible in the circuit. However, during the entire conduction interval, the switched off capacitor has an accumulated charge, which gradually decreases due to leakage currents. Therefore, at relatively large conduction intervals, soft switching conditions may be violated. Another drawback of this circuit is the mandatory presence of an anti-parallel diode on the second switch, since the current in the serial circuit of the second switch and capacitor changes direction during the switching process. Moreover, due to the inertial properties of the counter-parallel diode, the second key is locked at a conditionally zero current, and spurious high-frequency oscillations occur in the circuit.

Технический результат устройства по настоящему изобретению заключается в следующем:The technical result of the device of the present invention is as follows:

1. Регулирование интервала проводимости в схеме обеспечивается при включенном состоянии второго ключа, причем заряд на конденсаторе при этом равен нулю.1. Regulation of the conduction interval in the circuit is ensured when the state of the second switch is on, and the charge on the capacitor is equal to zero.

2. Отсутствует необходимость наличия встречно-параллельного диода у второго ключа, а коммутация второго ключа проводится при нулевом напряжении.2. There is no need for a counter-parallel diode for the second switch, and the second switch is switched at zero voltage.

Указанный технический результат достигается в резонансном коммутаторе, содержащем первый ключ со встречно-параллельным диодом, второй ключ, конденсатор и дроссель, соединенный последовательно с первым ключом, вывод анода встречно-параллельного диода образует отрицательный силовой вывод резонансного коммутатора, а вывод дросселя, соединенный с одним выводом второго ключа, образует положительный силовой вывод резонансного коммутатора, благодаря тому, что в соответствии с первым объектом настоящего изобретения конденсатор соединен параллельно второму ключу, другой вывод которого подключен к отрицательному силовому выводу резонансного коммутатора.The indicated technical result is achieved in a resonant switch containing a first key with an anti-parallel diode, a second key, a capacitor and a choke connected in series with the first key, the anode output of the anti-parallel diode forms a negative power terminal of the resonant switch, and the output of the choke connected to one the output of the second key, forms a positive power output of the resonant switch, due to the fact that in accordance with the first object of the present invention, the capacitor is connected parallel to the second switch, the other terminal of which is connected to the negative power terminal of the resonant switch.

При этом катод первого встречно-параллельного диода может быть соединен с дополнительным силовым выводом резонансного коммутатора.In this case, the cathode of the first counter-parallel diode can be connected to an additional power terminal of the resonant switch.

Тот же технический результат достигается в резонансном коммутаторе, содержащем первый ключ со встречно-параллельным диодом, второй ключ, конденсатор и дроссель, соединенный последовательно с первым ключом, вывод анода встречно-параллельного диода образует отрицательный силовой вывод резонансного коммутатора, а вывод дросселя, соединенный с одним выводом второго ключа, образует положительный силовой вывод резонансного коммутатора, благодаря тому, что в соответствии со вторым объектом настоящего изобретения один вывод конденсатора соединен с положительным силовым выводом резонансного коммутатор, а другой вывод конденсатора образует дополнительный силовой вывод резонансного коммутатора.The same technical result is achieved in a resonant switch containing a first key with an anti-parallel diode, a second key, a capacitor and a choke connected in series with the first key, the output of the anode of the anti-parallel diode forms a negative power terminal of the resonant switch, and the output of the choke connected to one output of the second key forms a positive power output of the resonant switch, due to the fact that in accordance with the second object of the present invention, one output of the capacitor with It is one with the positive power terminal of the resonant switch, and the other terminal of the capacitor forms an additional power terminal of the resonant switch.

При этом катод первого встречно-параллельного диода может быть соединен с дополнительным силовым выводом резонансного коммутатора.In this case, the cathode of the first counter-parallel diode can be connected to an additional power terminal of the resonant switch.

Изобретение иллюстрируется приложенными чертежами, на которых одинаковые элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.The invention is illustrated by the attached drawings, in which the same elements are denoted by the same reference numerals.

На Фиг.1 представлен резонансный коммутатор по первому варианту осуществления.Figure 1 presents the resonant switch according to the first embodiment.

На Фиг.2 представлен резонансный коммутатор по Фиг.1 с дополнительным силовым выводом.Figure 2 presents the resonant switch of figure 1 with an additional power output.

На Фиг.3 представлен резонансный коммутатор по второму варианту осуществления.Figure 3 presents the resonant switch according to the second variant implementation.

На Фиг.4 представлен резонансный коммутатор по Фиг.2 с дополнительным силовым выводом.Figure 4 presents the resonant switch of figure 2 with an additional power output.

На Фиг.5 представлена схема ближайшего аналога.Figure 5 presents a diagram of the closest analogue.

На Фиг.6 представлен резонансный коммутатор по Фиг.1, подключенный к преобразователю постоянного напряжения (импульсному регулятору повышающего типа).In Fig.6 presents the resonant switch of Fig.1, connected to a DC voltage Converter (switching regulator step-up type).

На Фиг.7 представлен резонансный коммутатор по Фиг.1 с дополнительным силовым выводом, подключенный к преобразователю постоянного напряжения (импульсному регулятору повышающего типа).In Fig.7 presents the resonant switch of Fig.1 with an additional power output connected to a DC voltage Converter (pulse regulator step-up type).

На Фиг.8 представлен резонансный коммутатор по Фиг.2, подключенный к преобразователю постоянного напряжения (импульсному регулятору повышающего типа).On Fig presents the resonant switch of figure 2, connected to a DC voltage Converter (switching regulator step-up type).

На Фиг.9 представлен резонансный коммутатор по Фиг.2 с дополнительным силовым выводом, подключенный к преобразователю постоянного напряжения (импульсному регулятору повышающего типа).Figure 9 presents the resonant switch of Figure 2 with an additional power output connected to a DC / DC converter (step-up regulating pulse regulator).

На Фиг.10 представлены осциллограммы полного цикла коммутации в резонансном коммутаторе в соответствии с настоящим изобретением.Figure 10 presents the waveforms of the full switching cycle in the resonant switch in accordance with the present invention.

Резонансный коммутатор (Фиг.1) содержит: первый ключ 1 со встречно-параллельным диодом и второй ключ 2, элементы резонансного контура: конденсатор 3 и дроссель 4. Кроме того, на чертежах показаны положительный силовой вывод 5 и отрицательный силовой вывод 6.The resonant switch (Fig. 1) contains: a first key 1 with an anti-parallel diode and a second key 2, elements of the resonant circuit: a capacitor 3 and a choke 4. In addition, the drawings show a positive power terminal 5 and a negative power terminal 6.

Дроссель 4 и первый ключ 1 соединены последовательно. При этом вывод последовательной цепи, соединенный с анодом встречно-параллельного диода, образует отрицательный силовой вывод 6. Другой вывод последовательной цепи образует положительный силовой вывод 5. Второй ключ 2 и конденсатор 3 соединены параллельно и в параллель присоединены к последовательной цепи дросселя 4 и первого ключа 1. При этом с положительным силовым выводом 5 резонансного коммутатора соединен отрицательный вывод второго ключа 2.The inductor 4 and the first key 1 are connected in series. In this case, the output of the serial circuit connected to the anode of the counter-parallel diode forms a negative power terminal 6. Another terminal of the serial circuit forms a positive power terminal 5. The second switch 2 and the capacitor 3 are connected in parallel and are connected in parallel to the serial circuit of the inductor 4 and the first switch 1. At the same time, the negative terminal of the second key 2 is connected to the positive power terminal 5 of the resonant switch.

Как показано на Фиг.2, катод встречно-параллельного диода может быть соединен с дополнительным силовым выводом 7 резонансного коммутатора.As shown in FIG. 2, the counter-parallel diode cathode can be connected to an additional power terminal 7 of the resonant switch.

Как показано на Фиг.3, один вывод конденсатора 3 соединен с положительным силовым выводом 5 резонансного коммутатора, а другой вывод конденсатора 3 образует дополнительный силовой вывод 8 резонансного коммутатора.As shown in FIG. 3, one terminal of the capacitor 3 is connected to the positive power terminal 5 of the resonant switch, and the other terminal of the capacitor 3 forms an additional power terminal 8 of the resonant switch.

Как показано на Фиг.4, катод встречно-параллельного диода может быть соединен с дополнительным силовым выводом 7 резонансного коммутатора, при этом один вывод конденсатора 3 соединен с положительным силовым выводом 5 резонансного коммутатора, а другой вывод конденсатора 3 образует дополнительный силовой вывод 8 резонансного коммутатора.As shown in FIG. 4, the cathode of the counter-parallel diode can be connected to an additional power terminal 7 of the resonant switch, with one terminal of the capacitor 3 connected to the positive power terminal 5 of the resonant switch, and the other terminal of the capacitor 3 forms an additional power terminal 8 of the resonant switch .

Рассмотрим работу резонансного коммутатора с коммутацией при нулевом токе в схеме преобразователя постоянного напряжения в соответствии с Фиг.6.Consider the operation of the resonant switch with switching at zero current in the DC-DC Converter circuit in accordance with Fig.6.

Пусть в начальный момент времени первый ключ 1 и второй ключ 2 разомкнуты. Тогда ток дросселя Lф входного фильтра, обозначенный как ток IН нагрузки, протекает по цепи открытого диода D в цепь конденсатора Cф выходного фильтра, заряженного до постоянного напряжения UВЫХ, и нагрузки Н. Напряжение на конденсаторе 3, соединенном параллельно с ключом 2, при этом равно напряжению UВЫХ. В начале цикла коммутаций происходит отпирание первого ключа 1.Let the first key 1 and second key 2 be open at the initial instant of time. Then, the inductor current Lf of the input filter, designated as the load current I N , flows through the open diode circuit D to the capacitor circuit Cf of the output filter, charged to a constant voltage U OUT and load N. The voltage across the capacitor 3, connected in parallel with the switch 2, at this is equal to voltage U OUT . At the beginning of the switching cycle, the first key 1 is unlocked.

1. Интервал линейного изменения тока дросселя 4.1. The interval of the ramp current ramp 4.

При подаче сигнала управления на первый ключ 1 через открытый диод D параллельно дросселю 4 подключается напряжение UВЫХ, вызывая линейное нарастание тока в нем и, соответственно, в первом ключе 1, обеспечивая тем самым отпирание первого ключа 1 при нулевом токе:When a control signal is supplied to the first key 1 through an open diode D, a voltage U OUT is connected in parallel with the inductor 4, causing a linear increase in the current in it and, accordingly, in the first key 1, thereby unlocking the first key 1 at zero current:

I 4 ( t ) = I 1 ( t ) = U В Ы Х L 4 t ; ( 1 )

Figure 00000001
I four ( t ) = I one ( t ) = U AT S X L four t ; ( one )
Figure 00000001

где L4 - индуктивность дросселя 4; I4 - ток дросселя 4; I1 - ток первого ключа 1.where L 4 is the inductance of the inductor 4; I 4 - throttle current 4; I 1 - current of the first key 1.

Через интервал времени Δt1 ток дросселя 4 достигает значения тока IН нагрузки, и диод D запирается:After a time interval Δt 1 , the inductor current 4 reaches the load current I N , and the diode D is locked:

Δ t 1 = I Н L 4 U В Ы Х . ( 2 )

Figure 00000002
Δ t one = I N L four U AT S X . ( 2 )
Figure 00000002

1. Начальный интервал резонанса.1. The initial resonance interval.

После запирания диода D в схеме начинается резонансный процесс. При этом в начале периода резонанса ток в дросселе 4 будет увеличиваться, а напряжение на конденсаторе 3 спадать:After locking the diode D in the circuit, the resonance process begins. At the same time, at the beginning of the resonance period, the current in the inductor 4 will increase, and the voltage across the capacitor 3 will decrease:

I 4 ( t ) = I Н + U В Ы Х ρ k sin ω р t U 3 ( t ) = U В Ы Х cos ω р t } ; ( 3 )

Figure 00000003
I four ( t ) = I N + U AT S X ρ k sin ω R t U 3 ( t ) = U AT S X cos ω R t } ; ( 3 )
Figure 00000003

где ρ k = L 4 / C 3

Figure 00000004
- волновое сопротивление резонансного контура; ωр - круговая частота резонанса; U3 - напряжение на конденсаторе 3; С3 - емкость конденсатора 3.Where ρ k = L four / C 3
Figure 00000004
- wave impedance of the resonant circuit; ω p is the circular resonance frequency; U 3 is the voltage across the capacitor 3; C 3 - capacitor 3.

При спаде напряжения на конденсаторе 3 до нуля через интервал времени Δt2 включают второй ключ 2, и резонансный процесс автоматически прерывается:When the voltage across the capacitor 3 drops to zero after a time interval Δt 2 , the second switch 2 is turned on, and the resonance process is automatically interrupted:

Δ t 2 = π 2 L k C k . ( 4 )

Figure 00000005
Δ t 2 = π 2 L k C k . ( four )
Figure 00000005

Следует отметить, что с положительным силовым выводом 5 резонансного коммутатора должен быть соединен отрицательный вывод второго ключа 2, поскольку именно в данном направлении ключ 2 во включенном состоянии будет способен воспринимать разность токов дросселя 4 и нагрузки при выключенном диоде D.It should be noted that the negative terminal of the second switch 2 must be connected to the positive power terminal 5 of the resonant switch, since it is in this direction that the switch 2 in the on state will be able to perceive the difference between the currents of the inductor 4 and the load when the diode D. is off.

3. Интервал проводимости.3. The conductivity interval.

При включенных первом и втором ключах 1 и 2 в схеме обеспечивается требуемый интервал проводимости тока нагрузки.When the first and second switches 1 and 2 are turned on, the required interval of conduction of the load current is provided in the circuit.

4. Конечный интервал резонанса.4. The final resonance interval.

После запирания второго ключа 2 в заданный момент времени в соответствии с применяемым методом широтно-импульсного регулирования возобновляется резонансный процесс. При этом в соответствии с системой уравнений (3) ток дросселя 4 начинает спадать, а напряжение на конденсаторе 3 изменяет свою полярность. Когда резонирующий ток дросселя 4 уменьшится до нуля, колебательный процесс продолжится, поскольку в действие вступит встречно-параллельный диод первого ключа 1. Через интервал времени Δt3 от момента запирания второго ключа 2 ток дросселя 4 вновь становится равным нулю. При этом встречно-параллельный диод первого ключа 1 запирается, и резонансный процесс завершается:After locking the second key 2 at a given point in time in accordance with the applied method of pulse-width regulation, the resonance process resumes. In this case, in accordance with the system of equations (3), the current of the inductor 4 begins to decrease, and the voltage across the capacitor 3 changes its polarity. When the resonant current of the inductor 4 decreases to zero, the oscillation process will continue, since the counter-parallel diode of the first key 1 will come into effect. After the time interval Δt 3 from the moment of locking the second key 2, the current of the inductor 4 again becomes zero. In this case, the counter-parallel diode of the first key 1 is locked, and the resonant process ends:

Δ t 3 = L 4 C 3 ( arcsin ( I Н ρ k U В Ы Х ) + π ) . ( 5 )

Figure 00000006
Δ t 3 = L four C 3 ( arcsin ( I N ρ k U AT S X ) + π ) . ( 5 )
Figure 00000006

5. Интервал линейного изменения напряжения на конденсаторе 3.5. The interval of the ramp voltage across the capacitor 3.

После запирания встречно-параллельного диода первого ключа 1 ток дросселя Lф входного фильтра начинает замыкаться через конденсатор 3, поскольку диод D все еще находится в выключенном состоянии. При этом напряжение на конденсаторе 3 начинает линейно изменяться:After locking the counter-parallel diode of the first key 1, the inductor current Lph of the input filter starts to close through the capacitor 3, since the diode D is still in the off state. In this case, the voltage across the capacitor 3 begins to linearly change:

U 3 ( t ) U В Ы Х cos [ ω р ( Δ t 2 + Δ t 3 ) ] + I Н C 3 . ( 6 )

Figure 00000007
U 3 ( t ) U AT S X cos [ ω R ( Δ t 2 + Δ t 3 ) ] + I N C 3 . ( 6 )
Figure 00000007

Для запирания первого ключа 1 при нулевом токе необходимо снять с него импульс управления прежде, чем напряжение на конденсаторе 3 вновь изменит свою полярность.To lock the first switch 1 at zero current, it is necessary to remove the control pulse from it before the voltage across the capacitor 3 again changes its polarity.

После увеличения напряжения на конденсаторе 3 до значения UВЫХ отпирается диод D, и полный цикл коммутаций завершается. Отметим, что в данном цикле была обеспечена мягкая коммутация первого (основного) ключа 1 при нулевом токе и мягкая коммутация второго (вспомогательного) ключа 2 при нулевом напряжении.After increasing the voltage across the capacitor 3 to the value of U OUT, the diode D is unlocked, and the complete switching cycle is completed. Note that in this cycle, soft switching of the first (main) key 1 at zero current and soft switching of the second (auxiliary) key 2 at zero voltage were provided.

Принцип работы резонансного коммутатора не изменяется, если с помощью дополнительного силового вывода 7 дроссель 4 резонансного контура выводится из цепи последовательного соединения с первым ключом 1 и включается последовательно в цепь диода D (Фиг.7). Это утверждение следует из того факта, что система уравнений, описывающих электрические процессы в схеме, остается неизменной, а ток первого ключа 1 при перемещении дросселя 4 в цепь диода D остается независимой переменной, которая определяется теперь алгебраической суммой тока нагрузки и тока дросселя 4.The principle of operation of the resonant switch does not change if, using the additional power output 7, the inductor 4 of the resonant circuit is removed from the serial connection circuit with the first key 1 and connected in series to the diode D circuit (Fig. 7). This statement follows from the fact that the system of equations describing the electrical processes in the circuit remains unchanged, and the current of the first key 1 when moving the inductor 4 into the circuit of the diode D remains an independent variable, which is now determined by the algebraic sum of the load current and the current of the inductor 4.

Принцип работы резонансного коммутатора не изменяется, если в соответствии со вторым объектом настоящего изобретения вывод конденсатора 3 резонансного контура, ранее подключенный к отрицательному силовому выводу, образует дополнительный силовой вывод 8 и подключается к любому из фиксированных потенциалов схемы, например к источнику выходного напряжения (Фиг.8). Это утверждение следует из того факта, что система уравнений, описывающих электрические процессы в схеме, остается неизменной, а напряжение на первом ключе 1 при подключении вывода конденсатора 3 к любому из фиксированных потенциалов схемы остается независимой переменной, которая определяется теперь алгебраической суммой значения фиксированного потенциала и напряжения конденсатора 3.The principle of operation of the resonant switch does not change if, in accordance with the second object of the present invention, the output of the resonator circuit capacitor 3, previously connected to the negative power terminal, forms an additional power terminal 8 and is connected to any of the fixed potentials of the circuit, for example, to an output voltage source (Fig. 8). This statement follows from the fact that the system of equations describing the electrical processes in the circuit remains unchanged, and the voltage on the first key 1, when the capacitor 3 is connected to any of the fixed potentials of the circuit, remains an independent variable, which is now determined by the algebraic sum of the value of the fixed potential and capacitor voltage 3.

Принцип работы резонансного коммутатора не изменяется, если с помощью дополнительного силового вывода 7 дроссель 4 резонансного контура выводится из цепи последовательного соединения с первым ключом 1 и включается последовательно в цепь диода D, а вывод конденсатора 3 резонансного контура, ранее подключенный к отрицательному силовому выводу, образует еще один дополнительный силовой вывод 8 и подключается к любому из фиксированных потенциалов схемы (Фиг.9).The principle of operation of the resonant switch does not change if, with the help of an additional power output 7, the inductor 4 of the resonant circuit is removed from the serial connection circuit with the first key 1 and connected in series to the circuit of diode D, and the output of the resonator circuit capacitor 3, previously connected to the negative power output, forms another additional power output 8 and is connected to any of the fixed potentials of the circuit (Fig.9).

Принцип работы резонансного коммутатора не меняется при применении различных типов ключей: биполярных и полевых транзисторов, тиристоров, биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и др.The principle of operation of the resonant switch does not change when applying different types of keys: bipolar and field effect transistors, thyristors, bipolar transistors with an insulated gate (IGBT), etc.

Представленный резонансный коммутатор может быть применен в любом другом импульсном преобразователе путем замены управляемого силового ключа преобразователя на заявляемый резонансный коммутатор с подключением положительного и отрицательного силовых выводов резонансного коммутатора к тем узлам преобразователя, куда ранее подключались соответствующий положительный и отрицательный выводы управляемого силового ключа. При этом с помощью дополнительного силового вывода 7 дроссель резонансного контура может быть включен последовательно с противофазным ключевым элементом преобразователя, а с помощью другого дополнительного силового вывода 8 вывод конденсатора 3 резонансного контура, ранее подключенный к отрицательному силовому выводу, может быть подключен к любому фиксированному потенциалу схемы преобразователя.The presented resonant switch can be used in any other pulse converter by replacing the controlled power switch of the converter with the inventive resonant switch with the positive and negative power terminals of the resonant switch connected to those converter nodes where the corresponding positive and negative terminals of the controlled power switch were previously connected. In this case, using an additional power output 7, the resonant circuit inductor can be connected in series with the antiphase key element of the converter, and using another additional power output 8, the output of the resonator circuit capacitor 3, previously connected to the negative power output, can be connected to any fixed potential of the circuit transducer.

Рассмотрим пример конкретного исполнения устройства по настоящему изобретению.Consider an example of a specific implementation of the device of the present invention.

Предложенное устройство было исполнено для преобразователя постоянного напряжения (Фиг.4), процессы коммутации в котором рассчитаны с помощью программы схемотехнического моделирования PSpice.The proposed device was designed for a DC-voltage converter (Figure 4), the switching processes in which are calculated using the circuit simulation program PSpice.

Выходное напряжение на конденсаторе Сф фильтра: UВЫХ=300 В.The output voltage across the filter capacitor Cf: U OUT = 300 V.

Среднее значение непрерывного тока нагрузки через дроссель Lф фильтра:The average value of the continuous load current through the inductor Lf filter:

J=100 A.J = 100 A.

Первый и второй ключи 1 и 2 - транзисторы PT-IGBT, класс напряжения 600 B, средний ток коллектора 100 A, напряжение насыщения 1,6 B, выходная емкость 0,3 нФ.The first and second switches 1 and 2 are PT-IGBT transistors, voltage class 600 V, average collector current 100 A, saturation voltage 1.6 V, output capacitance 0.3 nF.

Диод D импульсного типа, класс напряжения 600 B, средний ток 100 A, напряжение в открытом состоянии 1,2 B, время обратного восстановления 40 нс.Pulse type diode D, voltage class 600 V, average current 100 A, open voltage 1.2 V, reverse recovery time 40 ns.

Дроссель 4 - индуктивность 0,8 мкГн.Choke 4 - inductance 0.8 μH.

Конденсатор 3 - емкость 0,2 мкФ, напряжение 1000 B.Capacitor 3 - capacitance 0.2 μF, voltage 1000 V.

На Фиг.10 представлены осциллограммы полного цикла коммутаций в резонансном коммутаторе в соответствии с настоящим изобретением.Figure 10 presents the waveforms of the full switching cycle in the resonant switch in accordance with the present invention.

Масштаб по вертикали:Vertical Scale:

Канал 1: напряжение на первом ключе 1; 200 B/дел.Channel 1: voltage on the first key 1; 200 B / div

Канал 2: ток первого ключа 1 и дросселя 4; 200 A/дел.Channel 2: current of the first key 1 and inductor 4; 200 A / div

Канал 3: напряжение на втором ключе 2 и конденсаторе 3; 200 B/дел.Channel 3: voltage on the second key 2 and capacitor 3; 200 B / div

Канал 4: ток второго ключа 2; 200 A/дел.Channel 4: current of the second key 2; 200 A / div

Масштаб по горизонтали:Horizontal Scale:

Время - 2 мкс/дел.Time - 2 μs / div.

Первый (основной) ключ 1 переключается при нулевом токе, а второй (вспомогательный) ключ 2 - при нулевом напряжении.The first (main) key 1 is switched at zero current, and the second (auxiliary) key 2 is switched at zero voltage.

Claims (4)

1. Резонансный коммутатор, содержащий первый ключ со встречно-параллельным диодом, второй ключ, конденсатор и дроссель, соединенный последовательно с первым ключом, вывод анода встречно-параллельного диода образует отрицательный силовой вывод резонансного коммутатора, а вывод дросселя, соединенный с одним выводом второго ключа, образует положительный силовой вывод резонансного коммутатора, отличающийся тем, что конденсатор соединен параллельно второму ключу, другой вывод которого подключен к отрицательному силовому выводу резонансного коммутатора.1. The resonant switch containing the first key with an anti-parallel diode, the second key, a capacitor and a choke connected in series with the first key, the output of the anode of the anti-parallel diode forms a negative power terminal of the resonant switch, and the output of the choke connected to one terminal of the second key , forms a positive power terminal of the resonant switch, characterized in that the capacitor is connected in parallel with the second switch, the other terminal of which is connected to the negative power terminal of the resonance th switch. 2. Резонансный коммутатор по п.1, отличающийся тем, что катод встречно-параллельного диода соединен с дополнительным силовым выводом резонансного коммутатора.2. The resonant switch according to claim 1, characterized in that the cathode of the on-parallel diode is connected to an additional power terminal of the resonant switch. 3. Резонансный коммутатор, содержащий первый ключ со встречно-параллельным диодом, второй ключ, конденсатор и дроссель, соединенный последовательно с первым ключом, вывод анода встречно-параллельного диода образует отрицательный силовой вывод резонансного коммутатора, а вывод дросселя, соединенный с одним выводом второго ключа, образует положительный силовой вывод резонансного коммутатора, отличающийся тем, что один вывод конденсатора соединен с положительным силовым выводом резонансного коммутатора, а другой вывод конденсатора образует дополнительный силовой вывод резонансного коммутатора.3. The resonant switch containing the first key with an anti-parallel diode, the second key, a capacitor and a choke connected in series with the first key, the output of the anode of the anti-parallel diode forms a negative power terminal of the resonant switch, and the output of the choke connected to one terminal of the second key , forms a positive power terminal of the resonant switch, characterized in that one terminal of the capacitor is connected to the positive power terminal of the resonant switch, and the other terminal of the capacitor It provides an additional power output to the resonant switch. 4. Резонансный коммутатор по п.3, отличающийся тем, что катод встречно-параллельного диода соединен с дополнительным силовым выводом резонансного коммутатора. 4. The resonant switch according to claim 3, characterized in that the cathode of the on-parallel diode is connected to an additional power terminal of the resonant switch.
RU2012131855/07A 2012-07-25 2012-07-25 Resonance commutator switch (versions) RU2490776C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131855/07A RU2490776C1 (en) 2012-07-25 2012-07-25 Resonance commutator switch (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131855/07A RU2490776C1 (en) 2012-07-25 2012-07-25 Resonance commutator switch (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2490776C1 true RU2490776C1 (en) 2013-08-20

Family

ID=49163005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012131855/07A RU2490776C1 (en) 2012-07-25 2012-07-25 Resonance commutator switch (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2490776C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018169773A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 Texas Instruments Incorporated Integrated circuits and transponder circuitry with shared modulation capacitor
US10224757B2 (en) 2016-12-28 2019-03-05 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for antenna signal limiter for radio frequency identification transponder
EP3672056A1 (en) * 2018-12-20 2020-06-24 Baumüller Nürnberg GmbH Inverter
RU212998U1 (en) * 2022-06-08 2022-08-17 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "ЭНЕРГОМОДУЛЬ" RESONANT SWITCH WITH MAGNETICALLY COUPLED THROTTLE

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2625381A1 (en) * 1987-12-23 1989-06-30 Bendix Electronics Sa Method and device for protecting an electronic unit for controlling the electrical supply to a load
US5262930A (en) * 1992-06-12 1993-11-16 The Center For Innovative Technology Zero-voltage transition PWM converters
RU2016484C1 (en) * 1990-12-17 1994-07-15 Акционерное общество открытого типа "Электромашина" Device for regulation of alternating voltage
RU2153217C1 (en) * 1999-03-11 2000-07-20 ОАО "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" Dc circuit switching and overcurrent protective device
RU2408129C1 (en) * 2009-12-17 2010-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Курский научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Device to realise ac voltage control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2625381A1 (en) * 1987-12-23 1989-06-30 Bendix Electronics Sa Method and device for protecting an electronic unit for controlling the electrical supply to a load
RU2016484C1 (en) * 1990-12-17 1994-07-15 Акционерное общество открытого типа "Электромашина" Device for regulation of alternating voltage
US5262930A (en) * 1992-06-12 1993-11-16 The Center For Innovative Technology Zero-voltage transition PWM converters
RU2153217C1 (en) * 1999-03-11 2000-07-20 ОАО "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" Dc circuit switching and overcurrent protective device
RU2408129C1 (en) * 2009-12-17 2010-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Курский научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Device to realise ac voltage control

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10224757B2 (en) 2016-12-28 2019-03-05 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for antenna signal limiter for radio frequency identification transponder
US10720796B2 (en) 2016-12-28 2020-07-21 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for antenna signal limiter for radio frequency identification transponder
US11316374B2 (en) 2016-12-28 2022-04-26 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for antenna signal limiter for radio frequency identification transponder
WO2018169773A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 Texas Instruments Incorporated Integrated circuits and transponder circuitry with shared modulation capacitor
US10652058B2 (en) 2017-03-15 2020-05-12 Texas Instruments Incorporated Integrated circuits and transponder circuitry with shared modulation capacitor for 3D transponder uplink modulation
EP3672056A1 (en) * 2018-12-20 2020-06-24 Baumüller Nürnberg GmbH Inverter
RU212998U1 (en) * 2022-06-08 2022-08-17 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "ЭНЕРГОМОДУЛЬ" RESONANT SWITCH WITH MAGNETICALLY COUPLED THROTTLE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11043899B2 (en) Zero inductor voltage converter topology with improved switch utilization
US10014823B2 (en) High efficiency resonant switched capacitor converter with continuous conversion ratio
US9379642B2 (en) Switched-mode power supply system and aircraft comprising such a system
US10511218B2 (en) Gate drive circuit, that supplies power to a gate of a semiconductor switching element, and carries out a driving on and off of the gate
Knecht et al. ZVS modulation scheme for reduced complexity clamp-switch TCM DC–DC boost converter
US20170005592A1 (en) Control method of inverter circuit
CN106208692B (en) Control method of switching circuit, control circuit and switching circuit device
WO2014034531A1 (en) Switching power supply apparatus
JP2018121473A (en) Power conversion device
RU2490776C1 (en) Resonance commutator switch (versions)
Settels et al. A 2-kV charge-based ZVS three-level inverter
Nan et al. A 1 MHz eGaN FET based 4-switch buck-boost converter for automotive applications
RU2457600C1 (en) Power module with multi-resonance circuit (versions)
CN102170227A (en) Self-adaptive power tube adjusting circuit and method
Nan et al. A high frequency zero-voltage-transition (ZVT) synchronous buck converter for automotive applications
Sekiya et al. Phase control for resonant DC-DC converter with class-DE inverter and class-E rectifier
RU124465U1 (en) RESONANT SWITCH (OPTIONS)
CN111989855B (en) Control method for resonant power conversion device and resonant power conversion device
RU2490775C1 (en) Resonance commutator switch (versions)
RU124455U1 (en) RESONANT SWITCH
RU124458U1 (en) POWER MODULE
RU158535U1 (en) CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO CONSTANT
RU2516450C2 (en) Resonance switch
RU124466U1 (en) RESONANT SWITCH (OPTIONS)
RU2503118C1 (en) Power module

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160726

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180112

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200726

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210421