PL219764B1 - Zasilacz rezonansowy z dławikiem wielouzwojeniowym - Google Patents

Zasilacz rezonansowy z dławikiem wielouzwojeniowym

Info

Publication number
PL219764B1
PL219764B1 PL395846A PL39584611A PL219764B1 PL 219764 B1 PL219764 B1 PL 219764B1 PL 395846 A PL395846 A PL 395846A PL 39584611 A PL39584611 A PL 39584611A PL 219764 B1 PL219764 B1 PL 219764B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
circuit
resonant circuit
power supply
current
resonant
Prior art date
Application number
PL395846A
Other languages
English (en)
Other versions
PL395846A1 (pl
Inventor
Cezary Worek
Original Assignee
Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica W Krakowie
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 Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica W Krakowie filed Critical Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica W Krakowie
Priority to PL395846A priority Critical patent/PL219764B1/pl
Priority to EP12740347.5A priority patent/EP2740206B1/en
Priority to PCT/EP2012/064401 priority patent/WO2013017456A1/en
Priority to AU2012292193A priority patent/AU2012292193B2/en
Priority to BR112013031299A priority patent/BR112013031299A2/pt
Priority to CA2837698A priority patent/CA2837698C/en
Priority to CN201280028696.8A priority patent/CN103703663B/zh
Priority to US14/123,783 priority patent/US9318945B2/en
Publication of PL395846A1 publication Critical patent/PL395846A1/pl
Publication of PL219764B1 publication Critical patent/PL219764B1/pl

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815—Resonant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/523—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with LC-resonance circuit in the main circuit
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Zasilacz rezonansowy, zawierający zespół łączników prądowych (K1, K2, K3, K4) połączonych w mostek lub półmostek, szeregowy obwód rezonansowy przyłączony w przekątnej mostka lub półmostka, którego częścią jest dławik wielouzwojeniowy (DL1), za pośrednictwem którego do zasilacza przyłączane jest obciążenie, oraz sterownik (S) do stabilizacji napięć lub prądów wyjściowych poprzez sterowanie częstotliwością kluczowania zespołu łączników prądowych (K1, K2, K3, K4), charakteryzujący się tym, że szeregowy obwód rezonansowy zawiera układ zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego (UZNE1) do ograniczania dobroci obwodu rezonansowego, połączony przez prostownik diodowy (PD1) do napięcia zasilającego, oraz układ monitorowania prądu (UMP) przystosowany do monitorowania natężenia prądu (logr) w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego (UZNE1) i do wywołania za pośrednictwem sterownika (S) zmiany częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych (K1, K2, K3, K4) w celu zmniejszenia mocy dostarczanej do obwodu rezonansowego po przekroczeniu przez (logr) wartości progowej natężenie prądu w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego (UZNE1).

Description

Przedmiotem wynalazku jest zasilacz rezonansowy z dławikiem wielouzwojeniowym, przeznaczony do transformacji napięć stałych.
Znane i stosowane zasilacze rezonansowe zawierają klucze zwykle w postaci mostka lub półmostka, utworzonego ze sterowanych elementów, najczęściej tranzystorów, zasilanych z zasilacza napięciowego, do którego w przekątnej mostka lub półmostka dołączony jest obwód rezonansowy zawierający obciążenie połączone z tym obwodem za pośrednictwem transformatora wyjściowego.
W polskim opisie patentowym P-313150 został przedstawiony zasilacz rezonansowy, który zapewnia utrzymanie stałej dobroci obwodu rezonansowego niezależnie od obciążenia. Wyposażony jest on w układ ogranicznika dobroci zbudowanego z transformatora, którego pierwotne uzwojenie połączone jest równolegle do kondensatora szeregowego obwodu rezonansowego, zaś wtórne uzwojenie tego transformatora poprzez prostownik połączone jest ze źródłem napięcia zasilającego w celu umożliwienia zwrotu nadwyżki energii z tego kondensatora. Cechą charakterystyczną tego zasilacza jest poprawna praca zarówno ze zwartym jak i rozwartym obwodem obciążenia.
W innym polskim opisie patentowym P-339678 zamiast transformatora wprowadzono pojemnościowy dzielnik napięcia o pojemności zastępczej równej wymaganej pojemności rezonansowej obwodu. Po podłączeniu ogranicznika diodowego do linii zasilającej klucze z jednej strony, a do kondensatorów dzielnika z drugiej strony, uzyskano ograniczenie amplitudy napięcia w tym punkcie, a tym samym zwrot nadmiaru energii i ograniczenie dobroci szeregowego obwodu rezonansowego.
Niedogodnością techniczną wynikającą ze stosowania zasilaczy ze zwrotem energii z opisu patentowego P-313150 oraz P-339678 jest to, że w obu tych przypadkach w momencie gdy obciążenie maleje (rośnie rezystancja obciążenia) maleje również prąd w szeregowym obwodzie, a jego kształt zaczyna coraz bardziej odbiegać od pożądanego sinusoidalnego. Dodatkowo, dużą niedogodnością techniczną rozwiązania przedstawionym w opisie patentowym P-313150 jest konieczność użycia transformatora w układzie zwrotu energii o mocy niemal takiej samej jak transformator wyjściowy. W przypadkach zaś opisanych w literaturze, dodatkowe uzwojenie na transformatorze wyjściowym podłączone poprzez prostownik do źródła zasilania służy stabilizacji napięcia wyjściowego bądź ograniczeniu napięcia wyjściowego w przypadku rozwarcia obwodu obciążenia.
Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 2006/0227577 znany jest konwerter rezonansowy przeznaczony do współpracy z inwerterem. Konwerter umożliwia transformację fluktuujących i stosunkowo niskich napięć pozyskiwanych z odnawialnych źródeł energii do poziomu wymaganego przez falowniki dołączone do sieci energetycznej. Konwerter ma równoległy obwód rezonansowy, do którego, za pośrednictwem łączników prądowych, dostarczana jest energia z niskonapięciowego źródła zasilania. Proces konwersji DC/AC realizowany jest przez komutację przy zerowym napięciu. Transformator wysokiej częstotliwości, którego uzwojenie pierwotne jest dołączone do równoległego obwodu rezonansowego, zapewnia separację galwaniczną oraz wytworzenie wysokiego napięcia. Wtórne uzwojenie transformatora połączone jest z prostownikiem poprzez prądowy, szeregowy obwód rezonansowy. Konwerter dostarcza na wyjściu napięcie 450 V przy fluktuacjach napięcia 25-30%. Przedstawiona struktura konwertera jest wrażliwa na nagłe zmiany obciążenia. Jeżeli w stanie maksymalnego poboru mocy wyjściowej nastąpi nagłe odłączenie obciążenia, to zgromadzona w obwodzie rezonansowym energia, która jest z reguły znacznie większa od energii przesyłanej do obciążenia w czasie jednego cyklu komutacyjnego, może spowodować przepływ prądów w obwodzie komutacyjnym, przekraczających dopuszczalne wartości.
Celem wynalazku jest opracowanie zasilacza rezonansowego do transformacji napięć stałych, charakteryzującego się dużą odpornością na przeciążenia oraz dużą odpornością na nagłe zmiany odbieranej mocy, jak również sinusoidalnymi przebiegami prądu w obwodzie rezonansowym niezależnie od wielkości obciążenia.
Przedmiotem wynalazku jest zasilacz rezonansowy, zawierający zespół łączników prądowych połączonych w mostek lub półmostek, szeregowy obwód rezonansowy przyłączony w przekątnej mostka lub półmostka którego częścią jest dławik wielouzwojeniowy, za pośrednictwem którego do zasilacza przyłączane jest obciążenie, oraz sterownik do stabilizacji napięć lub prądów wyjściowych poprzez sterowanie częstotliwością kluczowania zespołu łączników prądowych, charakteryzujący się tym, że szeregowy obwód rezonansowy zawiera układ zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego do ograniczania dobroci obwodu rezonansowego, połączony przez prostownik diodowy do napięcia zasilającego, oraz układ monitorowania prądu przystosowany do monitorowania natężenia prąPL 219 764 B1 du w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego i do wywołania za pośrednictwem sterownika zmiany częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych w celu zmniejszenia mocy dostarczanej do obwodu rezonansowego po przekroczeniu wartości progowej natężenie prądu w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego.
Korzystnie, indukcyjność rozproszenia dławika wielouzwojeniowego stanowi od 20% do 80% indukcyjności szeregowego obwodu rezonansowego.
Korzystnie, układ monitorowania prądu jest przystosowany do wywołania za pośrednictwem sterownika zmiany częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych nawet w ciągu jednego okresu drgań obwodu rezonansowego.
Korzystnie, układ monitorowania prądu jest przystosowany do wywołania za pośrednictwem sterownika zwiększenia częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych.
Korzystnie, układ monitorowania prądu jest przystosowany do wywołania za pośrednictwem sterownika wyłączenia zespołu łączników prądowych.
Korzystnie, układ zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego jest przyłączony równolegle do pojemności obwodu rezonansowego. Korzystnie, elementy indukcyjne tego głównego obwodu rezonansowego mają postać zintegrowanego elementu indukcyjnego.
Korzystnie, układ zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego jest przyłączony do elementu indukcyjnego obwodu rezonansowego poprzez silne sprzężenie indukcyjne za pośrednictwem dławika wielouzwojeniowego. Korzystnie, elementy indukcyjne tego głównego obwodu rezonansowego mają postać zintegrowanego elementu indukcyjnego.
Korzystnie, do każdego z łączników prądowych są dołączone równolegle elementy reaktancyjne.
Przedmiot rozwiązania został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym:
Fig. 1 przedstawia pierwszy przykład wykonania zasilacza rezonansowego jako pełnomostkowej przetwornicy rezonansowej z dławikiem wielouzwojeniowym i z układem ogranicznika dobroci opartym na dzielonej pojemności rezonansowej,
Fig. 2 przedstawia drugi przykład wykonania zasilacza rezonansowego jako pełnomostkowej przetwornicy rezonansowej z dławikiem wielouzwojeniowym i z układem ogranicznika dobroci opartym na dławiku wielouzwojeniowym,
Fig. 3 przedstawia trzeci przykład wykonania zasilacza rezonansowego jako półmostkowej przetwornicy rezonansowej z dławikiem wielouzwojeniowym i z układem ogranicznika dobroci opartym na dzielonej pojemności rezonansowej,
Fig. 4 przedstawia czwarty przykład wykonania zasilacza rezonansowego jako półmostkowej przetwornicy rezonansowej z dławikiem wielouzwojeniowym i z układem ogranicznika dobroci opartym na dławiku wielouzwojeniowym,
Fig. 5 przedstawia przebiegi czasowe prądów i napięć dla pierwszego przykładu wykonania zasilacza przy pełnym obciążeniu i nominalnym napięciu i prądzie na wyjściu,
Fig. 6 przedstawia przebiegi czasowe prądów i napięć dla pierwszego przykładu wykonania zasilacza przy zwarciu na wyjściu i nominalnym prądzie na wyjściu,
Fig. 7 przedstawia przebiegi czasowe prądów i napięć dla pierwszego przykładu wykonania zasilacza przy obciążeniu równym 2% wartości nominalnej i nominalnym napięciu na wyjściu.
Pierwszy przykład wykonania zasilacza rezonansowego, jako pełnomostkowej przetwornicy rezonansowej z dławikiem wielouzwojeniowym i z układem ogranicznika dobroci opartym na dzielonej pojemności rezonansowej, przedstawiono na Fig. 1. Zasilacz zawiera zespół łączników prądowych K1, K2, K3, K4 połączonych w mostek. W przekątnej mostka przyłączony jest szeregowy obwód rezonansowy, którego częścią jest dławik wielouzwojeniowy DL1, za pośrednictwem którego do zasilacza przyłączane jest obciążenie. Zasilacz zawiera również sterownik S do stabilizacji napięć lub prądów wyjściowych poprzez sterowanie częstotliwością kluczowania zespołu łączników prądowych K1, K2, K3, K4 na podstawie wskazań układu monitorowania napięcia i/lub prądu wyjściowego UMW. Szeregowy obwód rezonansowy zawiera układ zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego UZNE1 służący do ograniczania dobroci obwodu rezonansowego, połączony przez prostownik diodowy PD2 do napięcia zasilającego Uzasilania. Układ UZNE1 pozwala zabezpieczyć strukturę zasilacza rezonansowego przed niebezpiecznymi przepięciami i przetężeniami, gdyż za jego pomocą nadmiar energii znajdujący się w obwodzie rezonansowym w stanach nieustalonych jest zwracany do źródła zasilania. Ponadto, zasilacz zawiera układ monitorowania prądu UMP przystosowany do monitorowania natężenia prądu logr w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego UZNE1 i do wywołania za pośrednictwem sterownika S zmiany częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądo4
PL 219 764 B1 wych K1, K2, K3, K4 w celu zmniejszenia mocy dostarczanej do obwodu rezonansowego po przekroczeniu przez logr wartości progowej natężenia prądu w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego UZNE1. Korzystnie, układ monitorowania prądu UMP działa szybko i reaguje nawet w przeciągu jednego okresu. Zmiana częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych K1, K2, K3, K4 może polegać na zwiększeniu częstotliwości kluczowania łączników prądowych, albo „wykradzeniu” pewnej ilości okresów/drgań obwodu rezonansowego, to znaczy wyłączenia zespołu łączników prądowych, tak aby ograniczyć przepięcia i przetężenia występujące w obwodzie.
Układ sterowania zasilacza wyposażony jest więc w co najmniej dwie pętle sprzężenia zwrotnego. Pierwsza pętla jest pętlą wolną, którą stanowi układ monitorowania napięcia i/lub prądu wyjściowego UMW, stabilizuje napięcie lub prąd lub moc wyjściową i jej pasmo przenoszenia jest niskie, przykładowo najczęściej poniżej kilkuset herców. Druga pętla jest pętlą szybką, którą stanowi układ monitorowania prądu UMP w układzie zwrotu energii UZNE1, który po przekroczeniu przez prąd logr ustawionych progowych wartości tak wpływa na sposób sterowania zespołem łączników prądowych, aby szybko zmniejszyć moc dostarczaną do układu.
Transformator wyjściowy jest wykonany korzystnie jako dławik wielouzwojeniowy, w którego obwodzie magnetycznym znajduje się szczelina powietrzna, a indukcyjność rozproszenia uzwojenia pierwotnego jest znaczącą częścią wypadkowej indukcyjności szeregowego obwodu rezonansowego, natomiast współczynnik sprzężenia magnetycznego k przyjmuje wartości mniejsze niż 0,98. Dławik DL1 jednocześnie służy do separacji galwanicznej obwodu falownika od obwodu wyjściowego, przy czym przekaz energii z falownika do odbiornika odbywa się z bardzo dużą sprawnością, rzędu 96%. Takie podłączenie obciążenia wyjściowego służy utrzymaniu na odpowiednim poziomie prądu płynącego przez obwód rezonansowy, nawet w przypadku braku obciążenia, a tym samym umożliwia zwiększenie dynamiki odpowiedzi na gwałtowne zmiany obciążenia.
W pierwszym przykładzie wykonania, główna pojemność rezonansowa jest podzielona na dwa szeregowo połączone kondensatory C1 i C2, przy czym układ zwrotu energii do źródła zasilania UZNE1 dołączony jest równolegle do jednej z pojemności C2.
Korzystnie, do każdego z łączników prądowych K1, K2, K3, K4 są dołączone równolegle elementy reaktancyjne C4, C5, C6, C7, to znaczy układ pracuje w klasie DE.
Wartości elementów są dobrane w taki sposób, że utrzymana jest ciągłość prądu w szeregowym obwodzie rezonansowym niezależnie od obciążenia, a tym samym znacznie zwiększono dynamikę odpowiedzi zasilacza na zmiany obciążenia. Przykładowo, parametry układu przedstawionego na Fig. 1 są następujące: moc wyjściowa = 5 kW, napięcie zasilania U zasilania = 420 V, U wyjściowe = 28 VDC, C1 = C2 = 110 nF, C4 = C5 = C6 = C7 = 1 nF, L1 = 50 uH, L4 = 10 uH L6 = L7 = 800 uH przy współczynniku sprzężenia pomiędzy nimi równym k = 0,99, L2 = 300 uH, L3 = 1,8 uH przy współczynniku sprzężenia pomiędzy nimi równym k = 0,95.
Przykłady przebiegów czasowych prądów i napięć w zasilaczu według pierwszego przykładu wykonania przy pełnym obciążeniu i nominalnym napięciu i prądzie wyjściowym przedstawiono na Fig. 5, natomiast na Fig. 6 i Fig. 7 przedstawiono odpowiednio sytuacje przy zwarciu na wyjściu i nominalnym prądzie na wyjściu oraz przy obciążeniu równym 2% wartości nominalnej i nominalnym napięciu na wyjściu. Jak widać, nawet w najgorszym przypadku zachowany jest przepływ prądu przez główny induktor L1 obwodu rezonansowego, dlatego też proponowana struktura charakteryzuje się bardzo dobrymi charakterystykami odpowiedzi impulsowej na zmianę obciążenia. Na wykresie pierwszym od góry przedstawiono linią przerywaną napięcie sterujące bramką górnego tranzystora K2, a linią ciągłą napięcie sterujące bramką dolnego tranzystora K1. Na wykresie środkowym przedstawiono linią przerywaną prąd drenu górnego tranzystora K2, a linią ciągłą prąd drenu dolnego tranzystora K1. Na wykresie dolnym przedstawiono prąd płynący przez induktor L1. Aby zabezpieczyć układ przed przetężeniami i przepięciami, mogącymi wystąpić w układzie rezonansowym przetwarzania energii, ustawiono wartość progową natężenia prądu logr w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego UZNE1 równą 5A.
Drugi przykład wykonania zasilacza rezonansowego przedstawiono na Fig. 2. Jest on analogiczny do pierwszego przykładu wykonania, z tym że układ ogranicznika dobroci UZNE1 oparty jest na dławiku wielouzwojeniowym DL2, w którego obwodzie magnetycznym znajduje się szczelina powietrzna, a wtórne uzwojenie oddzielone galwanicznie od pierwotnego poprzez dławik i prostownik diodowy. Układ ten ma taką zaletę w stosunku do układu przedstawionego na Fig. 1, że zmniejszona jest liczba elementów indukcyjnych gdyż układ ogranicznika dobroci UZNE1 wykorzystuje główny
PL 219 764 B1 induktor L1 obwodu rezonansowego na którym nawinięto dodatkowe uzwojenia induktora L5 przy czym obydwa uzwojenia są ze sobą silnie sprzęgnięte.
Trzeci przykład wykonania zasilacza rezonansowego, jako półmostkowej przetwornicy rezonansowej z dławikiem wielouzwojeniowym i z układem ogranicznika dobroci opartym na dzielonej pojemności rezonansowej, przedstawiono na Fig. 3. Zasilacz zawiera zespół łączników prądowych K1, K2 połączonych w półmostek. W przekątnej półmostka przyłączony jest szeregowy obwód rezonansowy, którego częścią jest dławik wielouzwojeniowy DL1, za pośrednictwem którego do zasilacza przyłączane jest obciążenie. Zasilacz zawiera również sterownik S do stabilizacji napięć lub prądów wyjściowych poprzez sterowanie częstotliwością kluczowania zespołu łączników prądowych K1, K2 na podstawie wskazań układu monitorowania napięcia i/lub prądu wyjściowego UMW. Szeregowy obwód rezonansowy zawiera elementy reaktancyjne L1, C1 i C2 = C2A+C2B, przy czym węzeł połączenia pojemności C1 i C2 = C2A+C2B jest poprzez dławik L4 połączony przez prostownik diodowy PD2 do napięcia zasilającego, co stanowi układ zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego UZNE1. Dzięki temu, poprzez dobór stosunku pojemności C1 i C2 = C2A+C2B oraz wartość indukcyjności dławika L4 określa się dobroć obwodu rezonansowego. Układ UZNE1 pozwala zabezpieczyć strukturę zasilacza rezonansowego przed niebezpiecznymi przepięciami i przetężeniami, gdyż za jego pomocą nadmiar energii znajdujący się w obwodzie rezonansowym w stanach nieustalonych jest zwracany do źródła zasilania. Ponadto, zasilacz zawiera układ monitorowania prądu (UMP) przystosowany do monitorowania natężenia prądu logr w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego UZNE1 i do wywołania za pośrednictwem sterownika S zmiany częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych K1, K2 w celu zmniejszenia mocy dostarczanej do obwodu rezonansowego po przekroczeniu przez logr wartości progowej natężenie prądu w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego UZNE1. Korzystnie, układ monitorowania prądu UMP działa szybko i reaguje nawet w przeciągu jednego okresu. Zmiana częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych K1, K2 może polegać na zwiększeniu częstotliwości kluczowania łączników prądowych, albo „wykradzeniu” pewnej ilości okresów/drgań obwodu rezonansowego, to znaczy wyłączenia zespołu łączników prądowych, tak aby ograniczyć przepięcia i przetężenia występujące w obwodzie.
Czwarty przykład wykonania zasilacza rezonansowego przedstawiono na Fig. 4. Jest on analogiczny do trzeciego przykładu wykonania, z tym że układ ogranicznika dobroci UZNE1 oparty jest na dławiku wielouzwojeniowym DL2, w którego obwodzie magnetycznym znajduje się szczelina powietrzna, a wtórne uzwojenie oddzielone galwanicznie od pierwotnego poprzez dławik i prostownik diodowy. Układ ten ma taką zaletę w stosunku do układu przedstawionego na Fig. 3, że zmniejsza liczbę reaktancyjnych elementów mocy jaka musi zostać użyta do budowy układu.
Korzystnie jest, gdy elementy indukcyjne głównego obwodu rezonansowego, tj. L1, L2 i L3 w pierwszym i trzecim przykładzie wykonania, albo L1, L2, L3 i L5 w drugim i czwartym przykładzie wykonania, mają postać zintegrowanego elementu indukcyjnego. Dzięki temu poprzez odpowiednie kształtowanie strumieni magnetycznych możliwa jest redukcja strat mocy oraz zmniejszenie masy i wymiarów niezbędnych elementów indukcyjnych.
Stabilizacja napięć lub prądów wyjściowych dla układu pełnego mostka i półmostka odbywa się w szerokim zakresie zmian obciążenia poprzez wolnozmienne sterowanie częstotliwością kluczowania zespołu łączników prądowych K1, K2, K3, K4 oraz poprzez dodatkowe wyposażenie w szybką pętlę UMP zmieniającą częstotliwość kluczowania nawet w jednym okresie, dla której sygnałem sterującym jest amplituda prądu logr w układzie zwrotu energii UZNE1, co skutecznie ogranicza przepięcia i przetężenia w obwodzie rezonansowym. Takie podejście zapewnia, że przez układ zwrotu energii nie jest przenoszona duża moc, a znaczący prąd płynie przez niego tylko w stanach nieustalonych oraz w momencie występowania zakłóceń. Dodatkowo dla układu pełnego mostka w celu powiększenia dynamiki zmian obciążenia korzystnie jest dla małych obciążeń zastosować uzupełniające sterowanie fazowe kluczy prądowych, zaś dla układu półmostka korzystnie jest dla małych obciążeń zastosować uzupełniające sterowanie z wykradaniem okresów drgań obwodu rezonansowego.

Claims (10)

1. Zasilacz rezonansowy, zawierający zespół łączników prądowych połączonych w mostek lub półmostek, szeregowy obwód rezonansowy przyłączony w przekątnej mostka lub półmostka, którego częścią jest dławik wielouzwojeniowy, za pośrednictwem którego do zasilacza przyłączane jest obcią6
PL 219 764 B1 żenie, oraz sterownik do stabilizacji napięć lub prądów wyjściowych poprzez sterowanie częstotliwością kluczowania zespołu łączników prądowych, znamienny tym, że szeregowy obwód rezonansowy zawiera układ zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego (UZNE1) do ograniczania dobroci obwodu rezonansowego, połączony przez prostownik diodowy (PD1) do napięcia zasilającego, oraz układ monitorowania prądu (UMP) przystosowany do monitorowania natężenia prądu (logr) w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego (UZNE1) i do wywołania za pośrednictwem sterownika (S) zmiany częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych (K1, K2, K3, K4) w celu zmniejszenia mocy dostarczanej do obwodu rezonansowego po przekroczeniu przez natężenie prądu (logr) w układzie zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego (UZNE1) wartości progowej.
2. Zasilacz według zastrz. 1, znamienny tym, że indukcyjność rozproszenia dławika wielouzwojeniowego (DL1) stanowi od 20% do 80% indukcyjności szeregowego obwodu rezonansowego.
3. Zasilacz według dowolnego z zastrz. 1-2, znamienny tym, że układ monitorowania prądu (UMP) jest przystosowany do wywołania za pośrednictwem sterownika (S) zmiany częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych (K1, K2, K3, K4) nawet w ciągu jednego okresu drgań obwodu rezonansowego.
4. Zasilacz według dowolnego z zastrz. 1-3, znamienny tym, że układ monitorowania prądu (UMP) jest przystosowany do wywołania za pośrednictwem sterownika (S) zwiększenia częstotliwości kluczowania zespołu łączników prądowych (K1, K2, K3, K4).
5. Zasilacz według dowolnego z zastrz. 1-4, znamienny tym, że układ monitorowania prądu (UMP) jest przystosowany do wywołania za pośrednictwem sterownika (S) wyłączenia zespołu łączników prądowych (K1, K2, K3, K4).
6. Zasilacz według dowolnego z zastrz. 1-5, znamienny tym, że układ zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego (UZNE1) jest przyłączony równolegle do pojemności (C2) obwodu rezonansowego.
7. Zasilacz według zastrz. 6, znamienny tym, że elementy indukcyjne głównego obwodu rezonansowego (L1, L2 i L3) mają postać zintegrowanego elementu indukcyjnego.
8. Zasilacz według dowolnego z zastrz. 1-5, znamienny tym, że układ zwrotu nadmiaru energii z obwodu rezonansowego (UZNE1) jest przyłączony do elementu indukcyjnego (L1) obwodu rezonansowego poprzez silne sprzężenie indukcyjne za pośrednictwem dławika wielouzwojeniowego (DL2).
9. Zasilacz według zastrz. 8, znamienny tym, że elementy indukcyjne głównego obwodu rezonansowego (L1, L2, L3 i L5) mają postać zintegrowanego elementu indukcyjnego.
10. Zasilacz według dowolnego z zastrz. 1-9, znamienny tym, że do każdego z łączników prądowych (K1, K2, K3, K4) są dołączone równolegle elementy reaktancyjne (C4, C5, C6, C7).
PL395846A 2011-08-02 2011-08-02 Zasilacz rezonansowy z dławikiem wielouzwojeniowym PL219764B1 (pl)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL395846A PL219764B1 (pl) 2011-08-02 2011-08-02 Zasilacz rezonansowy z dławikiem wielouzwojeniowym
EP12740347.5A EP2740206B1 (en) 2011-08-02 2012-07-23 A resonant-mode power supply with a multi-winding inductor
PCT/EP2012/064401 WO2013017456A1 (en) 2011-08-02 2012-07-23 A resonant-mode power supply with a multi-winding inductor
AU2012292193A AU2012292193B2 (en) 2011-08-02 2012-07-23 A resonant-mode power supply with a multi-winding inductor
BR112013031299A BR112013031299A2 (pt) 2011-08-02 2012-07-23 fonte de alimentação de modo ressonante com um indutor de multi-enrolamento
CA2837698A CA2837698C (en) 2011-08-02 2012-07-23 A resonant-mode power supply with a multi-winding inductor
CN201280028696.8A CN103703663B (zh) 2011-08-02 2012-07-23 一种用于减少谐振模式功率供应的装置
US14/123,783 US9318945B2 (en) 2011-08-02 2012-07-23 Resonant-mode power supply with a multi-winding inductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL395846A PL219764B1 (pl) 2011-08-02 2011-08-02 Zasilacz rezonansowy z dławikiem wielouzwojeniowym

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL395846A1 PL395846A1 (pl) 2013-02-04
PL219764B1 true PL219764B1 (pl) 2015-07-31

Family

ID=46582689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL395846A PL219764B1 (pl) 2011-08-02 2011-08-02 Zasilacz rezonansowy z dławikiem wielouzwojeniowym

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9318945B2 (pl)
EP (1) EP2740206B1 (pl)
CN (1) CN103703663B (pl)
AU (1) AU2012292193B2 (pl)
BR (1) BR112013031299A2 (pl)
CA (1) CA2837698C (pl)
PL (1) PL219764B1 (pl)
WO (1) WO2013017456A1 (pl)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9294046B2 (en) 2013-03-15 2016-03-22 Rf Micro Devices (Cayman Islands), Ltd. RF power amplifier with PM feedback linearization
US9780756B2 (en) 2013-08-01 2017-10-03 Qorvo Us, Inc. Calibration for a tunable RF filter structure
US9774311B2 (en) 2013-03-15 2017-09-26 Qorvo Us, Inc. Filtering characteristic adjustments of weakly coupled tunable RF filters
US9628045B2 (en) 2013-08-01 2017-04-18 Qorvo Us, Inc. Cooperative tunable RF filters
US12224096B2 (en) 2013-03-15 2025-02-11 Qorvo Us, Inc. Advanced 3D inductor structures with confined magnetic field
US9871499B2 (en) 2013-03-15 2018-01-16 Qorvo Us, Inc. Multi-band impedance tuners using weakly-coupled LC resonators
US9755671B2 (en) 2013-08-01 2017-09-05 Qorvo Us, Inc. VSWR detector for a tunable filter structure
US9444417B2 (en) 2013-03-15 2016-09-13 Qorvo Us, Inc. Weakly coupled RF network based power amplifier architecture
US9825656B2 (en) 2013-08-01 2017-11-21 Qorvo Us, Inc. Weakly coupled tunable RF transmitter architecture
US9899133B2 (en) 2013-08-01 2018-02-20 Qorvo Us, Inc. Advanced 3D inductor structures with confined magnetic field
US9455680B2 (en) 2013-06-06 2016-09-27 Qorvo Us, Inc. Tunable RF filter structure formed by a matrix of weakly coupled resonators
US9685928B2 (en) 2013-08-01 2017-06-20 Qorvo Us, Inc. Interference rejection RF filters
US9859863B2 (en) 2013-03-15 2018-01-02 Qorvo Us, Inc. RF filter structure for antenna diversity and beam forming
US20150092625A1 (en) * 2013-03-15 2015-04-02 Rf Micro Devices, Inc. Hybrid active and passive tunable rf filters
US9705478B2 (en) 2013-08-01 2017-07-11 Qorvo Us, Inc. Weakly coupled tunable RF receiver architecture
US9780817B2 (en) 2013-06-06 2017-10-03 Qorvo Us, Inc. RX shunt switching element-based RF front-end circuit
US9705542B2 (en) 2013-06-06 2017-07-11 Qorvo Us, Inc. Reconfigurable RF filter
US9966981B2 (en) 2013-06-06 2018-05-08 Qorvo Us, Inc. Passive acoustic resonator based RF receiver
US9800282B2 (en) 2013-06-06 2017-10-24 Qorvo Us, Inc. Passive voltage-gain network
JP6439602B6 (ja) * 2015-06-12 2019-01-30 Tdk株式会社 スイッチング電源装置
US10796835B2 (en) 2015-08-24 2020-10-06 Qorvo Us, Inc. Stacked laminate inductors for high module volume utilization and performance-cost-size-processing-time tradeoff
US11139238B2 (en) 2016-12-07 2021-10-05 Qorvo Us, Inc. High Q factor inductor structure

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5388040A (en) * 1993-09-30 1995-02-07 Hughes Aircraft Company Series resonant converter having an actively controlled third element
PL178285B1 (pl) 1996-03-06 2000-04-28 Jerzy Dora Zasilacz rezonansowy
US6151231A (en) * 1998-12-31 2000-11-21 Motorola, Inc. Circuit and method for reactive energy recirculation control in a series-resonant converter
PL339678A1 (en) 2000-04-12 2001-10-22 Edward Reszke Switchable resonance-type power pack
FR2840127B1 (fr) * 2002-05-27 2004-07-30 Ge Med Sys Global Tech Co Llc Convertisseur electronique double resonance a demarrage en deux temps
CN100521484C (zh) * 2003-08-19 2009-07-29 高周波热錬株式会社 电力供给装置以及感应加热装置
WO2005091483A1 (ja) 2004-03-18 2005-09-29 Mitsui & Co., Ltd. Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US7710744B2 (en) * 2004-10-11 2010-05-04 Stmicroelectronics S.R.L. Method for controlling a full bridge converter with a current-doubler
US20090034298A1 (en) * 2007-07-30 2009-02-05 Champion Microelectronic Corporation Control Method And Apparatus Of Resonant Type DC/DC Converter With Low Power Loss At Light Load And Standby
US8693213B2 (en) * 2008-05-21 2014-04-08 Flextronics Ap, Llc Resonant power factor correction converter
PL217714B1 (pl) * 2008-06-20 2014-08-29 Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica Wielorezonansowy zasilacz z integralnym ogranicznikiem dobroci
US8330434B2 (en) * 2008-07-25 2012-12-11 Cirrus Logic, Inc. Power supply that determines energy consumption and outputs a signal indicative of energy consumption

Also Published As

Publication number Publication date
EP2740206A1 (en) 2014-06-11
EP2740206B1 (en) 2015-03-18
CN103703663A (zh) 2014-04-02
PL395846A1 (pl) 2013-02-04
CN103703663B (zh) 2016-06-01
AU2012292193B2 (en) 2015-07-23
AU2012292193A1 (en) 2013-12-19
US20140133189A1 (en) 2014-05-15
US9318945B2 (en) 2016-04-19
WO2013017456A1 (en) 2013-02-07
CA2837698C (en) 2016-08-30
BR112013031299A2 (pt) 2016-11-29
CA2837698A1 (en) 2013-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL219764B1 (pl) Zasilacz rezonansowy z dławikiem wielouzwojeniowym
CN109417353B (zh) 用于直流电源应用的调压变压整流组件
US9595876B2 (en) DC-DC converter
AU2012292275B2 (en) A method for controlling a resonant-mode power supply and a resonant-mode power supply with a controller
CA2974188C (en) An apparatus and a method for wireless transmission of power between dc voltage sources
US9287803B2 (en) Inverter for converting direct current power into alternating current power and direct current bus voltage regulating method thereof and application using the same
US20140313801A1 (en) Controlled rectifier with a b2 bridge and only one switching device
US9584040B2 (en) Double-rectifier for a multi-phase contactless energy transmission system
RU2675726C1 (ru) Конвертор напряжения
PL217714B1 (pl) Wielorezonansowy zasilacz z integralnym ogranicznikiem dobroci
CN110572058B (zh) 可延长保持时间的电源供应器
KR20210133647A (ko) 계통 연계형 에너지 저장 시스템 및 전력 제어 장치
CN220964393U (zh) 供电电路、电路板组件及电子设备
US20260074553A1 (en) Uninterruptible power supply system
Trautmann et al. Dimensioning and comparison of common compensation topologies for IPT systems
RU177675U1 (ru) Автономный согласованный инвертор
RU63134U1 (ru) Стабилизирующий преобразователь переменного трехфазного напряжения в постоянное
PL227896B1 (pl) Układ trójfazowej przetwornicy rezonansowej z ograniczonym prądem zwarcia