RU2583761C1 - Dc voltage transformer - Google Patents
Dc voltage transformer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583761C1 RU2583761C1 RU2014150816/07A RU2014150816A RU2583761C1 RU 2583761 C1 RU2583761 C1 RU 2583761C1 RU 2014150816/07 A RU2014150816/07 A RU 2014150816/07A RU 2014150816 A RU2014150816 A RU 2014150816A RU 2583761 C1 RU2583761 C1 RU 2583761C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- transformer
- output
- winding
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное для систем вторичного электропитания.The invention relates to a conversion technique and can be used as a DC to DC converter for secondary power systems.
Известны трансформаторы постоянного напряжения (ТПН), предназначенные для преобразования постоянного напряжения первичной сети в постоянное напряжение одного либо нескольких источников вторичной сети [1]. ТПН обеспечивает гальваническую развязку и трансформаторное согласование первичного и вторичных напряжений.Known transformers of constant voltage (CT), designed to convert a constant voltage of the primary network into a constant voltage of one or more sources of the secondary network [1]. TPN provides galvanic isolation and transformer coordination of primary and secondary voltages.
Основой реализации ТПН является инвертор, преобразующий первичное постоянное напряжение в переменное напряжение, которое трансформируется до необходимых значений и выпрямляется, образуя источники с заданными вторичными напряжениями.The basis of the SSC implementation is an inverter that converts the primary DC voltage to alternating voltage, which is transformed to the required values and rectified, forming sources with specified secondary voltages.
В известных ТПН могут использоваться инверторы с внешним возбуждением, выполненные по двухтактным [2] либо полумостовым [3] схемам транзисторных ключевых усилителей мощностей (КУМ).Known SPSs can use inverters with external excitation made according to push-pull [2] or half-bridge [3] circuits of transistor key power amplifiers (KUM).
Использование ключевого режима работы и высокой частоты переключений (десятки и сотни кГц) транзисторов КУМ позволяет повысить КПД преобразования и заметно снизить массу и габариты известных ТПН по сравнению с силовыми трансформаторами промышленной частоты (50 Гц). Внешнее управление транзисторов КУМ, выполненных по известным схемам [2, 3], осуществляется от задающего генератора противофазными сигналами типа меандр. В результате на первичных и вторичных обмотках трансформатора формируется симметричное импульсное напряжение, что обеспечивает формирование вторичных напряжений при минимальных габаритах выходных фильтров.Using a key operating mode and a high switching frequency (tens and hundreds of kHz) of KUM transistors can increase the conversion efficiency and significantly reduce the weight and dimensions of the known transformer substations compared to power transformers of industrial frequency (50 Hz). The external control of KUM transistors made according to well-known schemes [2, 3] is carried out from the master oscillator by antiphase square wave signals. As a result, a symmetrical pulse voltage is formed on the primary and secondary windings of the transformer, which ensures the formation of secondary voltages with the minimum dimensions of the output filters.
Достоинствами известных ТПН являются стабильные нагрузочные характеристики в условиях изменения выходного тока в широких пределах.The advantages of the well-known high voltage transformers are stable load characteristics under conditions of changes in the output current over a wide range.
Вместе с тем выделенное преимущество связано с потерей устойчивости работы в пусковых режимах при работе на емкостной фильтр, а также при токовой перегрузке и коротком замыкании нагрузки. Другим недостатком известных устройств является повышенный уровень высокочастотных (ВЧ) помех, связанных с импульсным формированием фронтов выходного напряжения и прерыванием контуров протекания тока. В элементах КУМ при типовой мощности от 100 до 1000 Вт, нагруженных непосредственно на выходной трансформатор, наблюдается изменение потенциалов со скоростью более 1000 В/мкс при изменении тока более чем на 100 А/мкс. Такие импульсные процессы приводят к кондуктивным и индуктивным ВЧ помехам, проникающим в шины вторичных напряжений, что ухудшает характеристики качества выходных напряжений известных ТПН и препятствует их применению в функциональной аппаратуре с повышенными требованиями электромагнитной совместимости (ЭМС).At the same time, the highlighted advantage is associated with the loss of stability of operation in starting conditions when working on a capacitive filter, as well as with current overload and short circuit of the load. Another disadvantage of the known devices is the increased level of high-frequency (HF) interference associated with the pulse formation of the fronts of the output voltage and the interruption of the current paths. In KUM elements with a typical power of 100 to 1000 W, loaded directly on the output transformer, there is a change in potentials with a speed of more than 1000 V / μs when the current changes by more than 100 A / μs. Such pulsed processes lead to conductive and inductive RF interference penetrating the secondary voltage buses, which degrades the quality characteristics of the output voltages of the known SSCs and prevents their use in functional equipment with increased requirements of electromagnetic compatibility (EMC).
Техническим решением, наиболее близким к предлагаемому решению по совокупности существенных признаков, является ТПН, описанный в патенте РФ №2267218 [4]. В ТПН-прототипе устранены недостатки известных устройств посредством введения резонансной цепи, содержащей дроссель, включенный на выходе КУМ, и конденсатор, соединенный параллельно первичной обмотке трансформатора. Тем самым в ТПН реализуется инвертор резонансного типа, чем обеспечиваются улучшенные характеристики ЭМС и устойчивость работы в режиме токовой перегрузки и короткого замыкания. В состав известного устройства входят ключевой усилитель мощности, шины питания которого соединены с шинами первичного напряжения, задающий генератор, соединенный прямым и инверсным выходами с первым и вторым входами ключевого усилителя мощности, выходы которого подключены к последовательно соединенным дросселю и конденсатору, причем параллельно конденсатору подключена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и выходной фильтр соединена с шинами вторичного напряжения, при этом первый и второй диоды подключены обратной проводимостью последовательно между шинами первичного напряжения, а средняя точка соединения диодов подключена к точке соединения дросселя и конденсатора [4]. Структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг. 1, а на Фиг. 2 приведены временные диаграммы.The technical solution closest to the proposed solution in terms of the essential features is the WBC described in RF patent No. 2267218 [4]. In the TPN prototype, the disadvantages of the known devices are eliminated by introducing a resonant circuit containing a inductor connected at the output of the KUM and a capacitor connected in parallel with the primary winding of the transformer. Thus, a resonant type inverter is implemented in the CTL, which provides improved EMC characteristics and stability in the current overload and short circuit mode. The composition of the known device includes a key power amplifier, the power bus of which is connected to the primary voltage buses, a master oscillator connected by direct and inverse outputs to the first and second inputs of the key power amplifier, the outputs of which are connected to a choke and a capacitor connected in series, and a primary is connected in parallel to the capacitor transformer winding, the secondary winding of which is connected through the rectifier and the output filter to the secondary voltage buses, the first and second diodes are connected by reverse conductivity in series between the primary voltage buses, and the midpoint of the diode connection is connected to the connection point of the inductor and capacitor [4]. The block diagram of the prototype device is shown in FIG. 1, and in FIG. 2 shows the timing diagrams.
ТПН-прототип (фиг. 1) содержит задающий генератор. 1, ключевой усилитель 2 мощности, дроссель 3, конденсатор 4, трансформатор 5, выпрямитель 6, выходной фильтр 7, первый и второй рекуперативные диоды 8, 9.TPN prototype (Fig. 1) contains a master oscillator. 1,
Преимуществом схемы, реализованной в ТПН-прототипе, является использование рекуперативных диодов 8, 9 в совокупности с дросселем 3 и конденсатором 4 для повышения устойчивости работы преобразователя при изменении параметров нагрузки в широких пределах в условиях реализации «мягких» траекторий переключения тока и напряжения.The advantage of the circuit implemented in the TPN prototype is the use of
Работа ТПН-прототипа осуществляется следующим образом.The work of the TPN prototype is as follows.
Задающий генератор 1 формирует два противофазных импульсных сигнала, которые поступают на входы управления КУМ 2. При необходимости, для исключения сквозных токов через ключевые элементы КУМ 2, в задающем генераторе 1 может быть реализована задержка фронта выходных импульсных сигналов. Таким образом, реализуется задержка Т3 включения, во время которой ключевые элементы КУМ 2 одновременно находятся в закрытом состоянии. При этом траектория изменения Е входного напряжения КУМ 2 (фиг. 2) формируется перезарядом собственной выходной емкости и током дросселя 3. Затем ток дросселя iL меняет направление и осуществляется перезаряд конденсатора 4 до напряжения V, при котором открываются рекуперативные диод 8 либо 9. При этом амплитуда напряжения на первичной обмотке остается практически неизменной для сопротивления нагрузки в диапазоне RH>R0 от номинального значения до холостого хода. Соответственно, в этом диапазоне поддерживается относительное постоянство выпрямленного вторичного напряжения в условиях изменения выходного тока iB выпрямителя.The
В случае перегрузки при уменьшении сопротивления нагрузки RH от номинального значения R0 до короткого замыкания выходное напряжение уменьшается из условия поддержания максимальной амплитуды выходного тока.In the case of overload when the load resistance R H decreases from the nominal value R 0 to a short circuit, the output voltage decreases from the condition of maintaining the maximum amplitude of the output current.
Вместе с тем, ТПН-прототип не обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при изменении величины первичного напряжения. Поскольку выходное напряжение определяется величиной первичного напряжения Е (с учетом соотношения витков трансформатора), то все изменения величины напряжения первичной электросети приводят к пропорциональному изменению выходного напряжения. Изменение величины параметров нагрузки также приводит к изменению величины выходного напряжения при нестабильности нагрузочной характеристикой устройства-прототипа порядка 10%.However, TPN-prototype does not provide stabilization of the output voltage when changing the magnitude of the primary voltage. Since the output voltage is determined by the magnitude of the primary voltage E (taking into account the ratio of the turns of the transformer), all changes in the magnitude of the voltage of the primary power supply lead to a proportional change in the output voltage. A change in the magnitude of the load parameters also leads to a change in the magnitude of the output voltage with instability by the load characteristic of the prototype device of the order of 10%.
Задачей настоящего изобретения является повышение стабильности выходного напряжения ТПН при дестабилизирующих факторах, связанных с изменением нагрузки и напряжения электропитания.The objective of the present invention is to increase the stability of the output voltage of the ESRD under destabilizing factors associated with changes in the load and voltage.
Для решения поставленной задачи в известный ТПН, содержащий ключевой усилитель, шины электропитания которого подключены к шинам первичного напряжения, задающий генератор, соединенный прямым и инверсным выходами соответственно с первым и вторым входами ключевого усилителя, к выходу которого подсоединены последовательно соединенные дроссель и конденсатор, причем параллельно конденсатору подключена первичная обмотка трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и выходной фильтр соединена с шинами вторичного выходного напряжения, а также первый и второй диоды, включенные обратной проводимостью последовательно между шинами первичного напряжения, а средняя точка соединения диодов подключена к точке соединения дросселя и конденсатора, в состав предлагаемого стабилизированного трансформатора постоянного напряжения введены новые признаки, а именно: сигнальная обмотка трансформатора, дополнительный выпрямитель, емкостной фильтр, усилитель разностного сигнала, а задающий генератор выполнен управляемым по частоте и соединен входом управления к выходу усилителя разностного сигнала, первый вход которого подключен к шине опорного напряжения, а второй вход соединен через емкостной фильтр и дополнительный выпрямитель к сигнальной обмотке трансформатора.To solve this problem, in a known FCN containing a key amplifier, the power bus of which is connected to the primary voltage buses, a master oscillator connected by direct and inverse outputs respectively to the first and second inputs of the key amplifier, the output of which is connected in series to the inductor and capacitor, and in parallel the primary winding of the transformer is connected to the capacitor, the secondary winding of which is connected through the rectifier and the output filter to the buses of the secondary output about the voltage, as well as the first and second diodes connected by reverse conductivity in series between the primary voltage buses, and the middle point of the diode connection is connected to the connection point of the inductor and capacitor, new features are introduced into the proposed stabilized DC voltage transformer, namely, the signal winding of the transformer, additional rectifier, capacitive filter, differential signal amplifier, and the master oscillator is frequency-controlled and connected to the control input by the output a differential signal amplifier, the first input of which is connected to the reference voltage bus, and the second input is connected through a capacitive filter and an additional rectifier to the signal winding of the transformer.
Техническим результатом от использования изобретения является стабилизация выходного напряжения от воздействия дестабилизирующих факторов, связанных с изменением нагрузки и напряжения электропитания.The technical result from the use of the invention is the stabilization of the output voltage from the influence of destabilizing factors associated with changes in the load and voltage.
Сущность изобретения поясняется фиг. 3 и фиг. 4, где на фиг. 3 приведена структурная заявленного ТПН, на фиг. 4 временные диаграммы сигналов, поясняющие его принцип действия.The invention is illustrated in FIG. 3 and FIG. 4, where in FIG. 3 shows the structural claimed TPN, in FIG. 4 timing diagrams of signals explaining its principle of operation.
Предлагаемый ТПН (фиг. 3) содержит управляемый задающий генератор (УЗГ) 1 с входом управления, ключевой усилитель 2 мощности, дроссель 3, конденсатор 4, трансформатор 5 с первичной 5.1, вторичной 5.2 и дополнительной сигнальной обмоткой 5.3, выпрямитель 6, выходной фильтр 7, рекуперативные диоды 8, 9, дополнительный выпрямитель 10, емкостной фильтр 11, усилитель разностного сигнала 12.The proposed WBC (Fig. 3) contains a controlled master oscillator (UGG) 1 with a control input,
Работа предлагаемого ТПН осуществляется следующим образом.The work of the proposed WBC is as follows.
Управляемый задающий генератор 1 формирует два противофазных импульсных сигнала, подаваемые на входы управления КУМ2. В УЗГ1 реализуется задержка фронтов противофазных импульсных сигналов на время Тз, в течение которого транзисторы КУМ2 одновременно находятся в закрытом состоянии. При этом траектория изменения Е выходного напряжения КУМ 2 формируется перезарядом собственной выходной емкости током дросселя 3. С учетом Тз ток дросселя iL, напряжение на первичной обмотке 5.1 трансформатора 5 V и выходной ток выпрямителя 6 iB при заданном напряжении питания Е0 будет иметь вид, приведенный на фиг. 4. Из чертежа видно, что при неизменных временах задержки Тз и траекторий изменения V выходного напряжения, величина постоянной составляющей выпрямленного напряжения V0 будет зависеть от частоты преобразования. Причем при повышении частоты переключений может достигаться понижение выходного напряжения. Это свойство используется для стабилизации выходного постоянного напряжения в предлагаемом ТПН. Для этого напряжение сигнальной обмотки 5.3 выходного трансформатора 5 поступает на дополнительный выпрямитель 10 и емкостной фильтр 11. С выхода фильтра постоянное напряжение обратной связи Uoc поступает на усилитель разностного сигнала 12, на другой вход которого подается опорное напряжение Uoп. Разностный сигнал Up=Uoп-Uoc поступает на управляющий вход задающего генератора 1, который под его воздействием изменяет рабочую частоту и соответственно выходное напряжение таким образом, чтобы разностный сигнал стремился к нулевому значению. Таким образом, производится стабилизация выходного постоянного напряжения при воздействии различных дестабилизирующих факторов как при изменении напряжения питания, так и при изменении нагрузки.The controlled
Выходное напряжение Uн определяется значением тока выпрямителя iB ср, усредненным за период переключения при заданном сопротивлении нагрузки.The output voltage U n is determined by the value of the rectifier current i B cf averaged over the switching period at a given load resistance.
Uн=iB ср·Rн.U n = i B cf.R n .
При обеспечении изменения частоты ω выходных сигналов управляемого задающего генератора в диапазоне ω=0,6÷1,5ωр (где
При изменении напряжения электропитания предлагаемый стабилизированный ТПН выгодно отличается от технических аналогов и ТПН-прототипа обеспечением стабильности выходного напряжения. Так, если в известных ТПН при изменении напряжения электропитания на 50% аналогичным образом изменяется выходное напряжение, то в предлагаемом устройстве изменение выходного напряжения в этих условиях не превышают 5%.When the supply voltage changes, the proposed stabilized TPN compares favorably with technical analogues and the TPN prototype by ensuring the stability of the output voltage. So, if in the known TPN, when the supply voltage changes by 50%, the output voltage changes in a similar way, then in the proposed device, the change in the output voltage under these conditions does not exceed 5%.
Разработаны и изготовлены опытные образцы стабилизированных ТПН с выходной мощностью 20÷100 Вт, результаты испытаний которых подтвердили указанные преимущества заявляемого технического решения, что позволяет рекомендовать его внедрение в системах вторичного электропитания.Developed and manufactured prototypes of stabilized WPS with an output power of 20 ÷ 100 W, the test results of which confirmed the indicated advantages of the claimed technical solution, which allows recommending its implementation in secondary power supply systems.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Р. Северне, Г. Блум. «Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания» - М.: Энергоатомиздат, 1988 г. - 294 с.1. R. Severne, G. Bloom. "Pulse DC-DC converters for secondary power supply systems" - M .: Energoatomizdat, 1988 - 294 p.
2. Авторское свидетельство СССР №1603511, МКИ Н02М 7/538. Двухтактный транзисторный конвертор / В.А. Александров и др., опубл. в БИ №40 от 30.10.90 г.2. Copyright certificate of the USSR No. 1603511, MKI
3. Авторское свидетельство СССР №1628191, МКИ Н03К 5/02. Двухтактный конвертор / В.А. Александров и др., опубл. в БИ №6 от 15.02.91 г.3. USSR author's certificate No. 1628191,
4. Патент РФ №2267218, МКИ Н02М 3/337. Трансформатор постоянного напряжения / В.А. Александров и др., опубл. БИ №36 27.12.2005 г.4. RF patent No. 2267218,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150816/07A RU2583761C1 (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Dc voltage transformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014150816/07A RU2583761C1 (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Dc voltage transformer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2583761C1 true RU2583761C1 (en) | 2016-05-10 |
Family
ID=55960159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014150816/07A RU2583761C1 (en) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | Dc voltage transformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2583761C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US415881A (en) * | 1889-11-26 | Thirds to reinhold rudloff-grubs and rudloff-grubs | ||
SU1628191A1 (en) * | 1987-06-18 | 1991-02-15 | Предприятие П/Я В-2962 | Two-cycle converter |
RU2267218C1 (en) * | 2004-07-12 | 2005-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Constant voltage transformer |
-
2014
- 2014-12-15 RU RU2014150816/07A patent/RU2583761C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US415881A (en) * | 1889-11-26 | Thirds to reinhold rudloff-grubs and rudloff-grubs | ||
SU1628191A1 (en) * | 1987-06-18 | 1991-02-15 | Предприятие П/Я В-2962 | Two-cycle converter |
RU2267218C1 (en) * | 2004-07-12 | 2005-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Constant voltage transformer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10192721B2 (en) | High-frequency power source | |
US9729063B2 (en) | Voltage adjustment system and method for parallel-stage power converter | |
US10554137B2 (en) | DC/DC converter | |
US10498255B2 (en) | Multi-level inverter and method for providing multi-level output voltage by utilizing the multi-level inverter | |
EP3734828A1 (en) | Power conversion device | |
US10302719B2 (en) | Gradient amplifier system in a MRI system and method for supplying current using the system | |
RU163740U1 (en) | MULTI-PHASE RECTIFIER WITH CORRECTION OF POWER COEFFICIENT | |
JP5521790B2 (en) | Half-bridge power converter | |
JP3952471B2 (en) | Power converter | |
RU2583761C1 (en) | Dc voltage transformer | |
JP2009545945A (en) | DC-DC power converter with switch control circuit coupled magnetically | |
KR20130135784A (en) | Power supply system with an inverter for generation of single-phase alternating current | |
RU2567849C1 (en) | Multi-channel constant-voltage transformer | |
RU2586567C1 (en) | Key voltage converter | |
US9590491B2 (en) | Resonant current limiting device | |
Zinoviev et al. | Three-phase AC voltage regulator as part of an autonomous system | |
US10811992B2 (en) | Power conversion device | |
US9923480B2 (en) | DC-to-AC power converter with high efficiency | |
EP4443724A1 (en) | Dc bias suppression method and high-frequency power conversion circuit using the same | |
US11855546B2 (en) | Output stabilization circuit and DC/DC converter circuit | |
RU2414740C1 (en) | Electric power supply of electromagnetic compensators | |
SU584291A1 (en) | Dc stabilizer | |
RU180120U1 (en) | High voltage input power converter | |
US20210099095A1 (en) | Power converter and control method of power converter | |
RU2581033C1 (en) | Single-phase voltage inverter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171216 |