RU1775813C

RU1775813C - Dc voltage-to-dc-voltage pulse shaper

Info

Publication number: RU1775813C
Application number: SU904876447A
Authority: RU
Inventors: Арон Маркович Агизим; Виктор Михайлович Резников
Original assignee: Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1992-11-15

Abstract

Использование: в мощных источниках питани и импульсных усилител х. Сущность изобретени : устройство состоит из ключевого элемента 1, двух диодов 2, 5, Г- образного LC-фильтра З и индуктивного элемента 4 с основной и дополнительной обмотками. Изобретение позвол ет резко снизить динамические потери при коммутации ключевого элемента, что существенно улучшает конструктивные и эксплуатационные показатели устройства за счет того, что индуктивный элемент снабжен дополнительной обмоткой.включенной в том же направлении , что и Основна обмотка, один вывод дополнительной обмотки подключен к общей точке соединени диода 2 с основной обмоткой, а другой ее вывод через диод 5 соединен с входным выводом, возникла возможность восприн ть разность потенциалов между выходом ключевого элемента 1 + сл СUse: in high power supplies and switching amplifiers. SUMMARY OF THE INVENTION: the device consists of a key element 1, two diodes 2, 5, an L-shaped LC filter 3 and an inductive element 4 with main and additional windings. The invention can dramatically reduce dynamic losses during switching of a key element, which significantly improves the design and operational performance of the device due to the fact that the inductive element is equipped with an additional winding. It is connected in the same direction as the Main winding, one output of the additional winding is connected to a common point connection of the diode 2 with the main winding, and its other output through the diode 5 is connected to the input output, it became possible to perceive the potential difference between the output of the key slab element 1 + C

Description

Шг1Sg1

и входом фильтра и тем защитить ключевой элемент от перегрева. Кроме того, после выключени диода 2 индуктивный элемент4 замыкаетс накоротко и как бы исчезает, сохран в себе энергию, но не преп тству and the input of the filter and thereby protect the key element from overheating. In addition, after the diode 2 is turned off, the inductive element 4 is short-circuited and, as it were, disappears, retaining energy in itself, but not

изменению тока через указанную общую точку соединени диода 2 с его основной обмоткой, а после размыкани ключа 1 возвращает энергию во внешний источник питани . 2 ил.change of current through the indicated common point of connection of the diode 2 with its main winding, and after opening the key 1, it returns energy to an external power source. 2 ill.

Изобретение относитс к области радиотехники и электроники и предназначено дл использовани в мощных источниках питани и импульсных усилител х.The invention relates to the field of radio engineering and electronics and is intended for use in high-power power supplies and switching amplifiers.

Известны импульсные преобразователи посто нного напр жени , содержащие ключевой элемент, защитный диод и Г-об- разный LC-фильтр нижних частот, причем вход ключевого элемента подключен ко входному выводу устройства, общий провод LC-фильтра подключен к общему выводу устройства , а выход LC-фильтра - к выходному выводу устройства, защитный диод св зывает вход LC-фильтра с общим выводом устройства .Known DC-DC converters containing a key element, a protective diode and an L-shaped low-pass LC filter, the input of the key element being connected to the input terminal of the device, the common wire of the LC filter connected to the common terminal of the device, and the output of LC filter - to the output terminal of the device, a protective diode connects the input of the LC filter with the common terminal of the device.

Основной недостаток такого преобразовател - больша мощность, выдел юща с в ключе на том интервале, когда ключ уже замкнут, а защитный диод еще не вышел из режима насыщени .The main disadvantage of such a converter is the high power released in the key at the interval when the key is already closed and the protective diode has not yet left saturation mode.

Тот же недостаток про вл етс и в преобразовател х с изолирующим трансформатором .The same drawback appears in converters with an isolation transformer.

Ближайшим к за вл емому вл етс устройство , в котором ток ключа ограничиваетс с помощью дополнительного индуктивного элемента (ИЭ). В этом устройстве дополнительный ИЭ запасает ту энергию , котора в предыдущем случае выдел етс в ключе. Однако затем необходимо эту энергию куда-то передать, чтобы восстановить в дополнительном ИЭ начальные услови . В прототипе дл этого используютс несколько дополнительных диодов, позвол ющих передать энергию из дополнительного ИЭ в специально установленные балластные резисторы. Таким образом, энерги отводитс от ключа, но потери не устран ютс .Closest to the claimed invention is a device in which the key current is limited by an additional inductive element (IE). In this device, an additional IE stores the energy that, in the previous case, is released in the key. However, then it is necessary to transfer this energy somewhere in order to restore the initial conditions in the additional IE. In the prototype, several additional diodes are used for this, which allow transferring energy from the additional IE to specially installed ballast resistors. Thus, energy is diverted from the key, but losses are not eliminated.

Цель изобретени - повышение КПД. Поставленна цель достигаетс тем, что в импульсном преобразователе посто нного напр жени в посто нное, содержащем входной, выходной и общий выводы дл подключени , соответственно, источника посто нного напр жени и нагрузки, ключевой элемент, вход которого соединен с входным выводом, а выход с одним из выводов основной обмотки индуктивного элемента, другой вывод соединен через первый диод с общим выводом, Г-образный LC-фильтрThe purpose of the invention is to increase efficiency. This goal is achieved by the fact that in a pulsed DC-to-DC converter containing input, output and common outputs for connecting, respectively, a constant voltage source and load, a key element whose input is connected to the input output, and the output with one of the terminals of the main winding of the inductive element, the other terminal is connected through the first diode to the common terminal, L-shaped LC filter

нижних частот, конденсатор которого включен между общим и выходным выводами, а свободный вывод обмотки его дроссел подключен к общей точке соединени первогоlow frequencies, the capacitor of which is connected between the common and output terminals, and the free terminal of the winding is connected to the common junction of the first

диода с основной обмоткой индуктивного элемента, а также второй диод, включенный в том же направлении, что и первый диод, согласно изобретению, индуктивный элемент снабжен дополнительной обмоткой,a diode with a main winding of the inductive element, as well as a second diode connected in the same direction as the first diode according to the invention, the inductive element is equipped with an additional winding,

включенной в том же направлении, что и его основна обмотка, причем один вывод дополнительной обмотки подключен к общей точке соединени первого диода с основной обмоткой, а другой вывод дополнительнойincluded in the same direction as its main winding, with one output of the additional winding connected to a common connection point of the first diode with the main winding, and the other output of the additional

обмотки через второй диод соединен с входным выводом.windings through a second diode are connected to the input terminal.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства (дл случа , когда к общему выводу подключаетс положительный зажим источника питани ); на фиг.2 - временна диаграмма, по сн юща работу устройства.In FIG. 1 is a diagram of the proposed device (for the case when the positive terminal of the power supply is connected to the common terminal); Fig. 2 is a timing chart explaining the operation of the device.

Устройство содержит входной, выходной и общий выводы дл подключени , соответственно , источника посто нного напр жени и нагрузки, ключевой элемент 1, первый диод 2, Г-образный LC-фильтр З, индуктивный элемент 4 и второй диод 5.The device contains input, output and common terminals for connecting, respectively, a constant voltage source and load, a key element 1, a first diode 2, an L-shaped LC filter 3, an inductive element 4 and a second diode 5.

Вход ключевого элемента 1 соединен со входным выводом устройства, выход - с одним из выводов основной обмотки индуктивного элемента 4, другой вывод которой соединен через первый диод 2 с общим выводом . Конденсатор фильтра 3 включен между общим и выходным выводами, а свободный конец обмотки дроссел фильтра 3 подключен к общей точке соединени диода 2 с основной обмоткой элемента 4. ОдинThe input of the key element 1 is connected to the input terminal of the device, the output is to one of the terminals of the main winding of the inductive element 4, the other terminal of which is connected through the first diode 2 to a common terminal. A filter capacitor 3 is connected between the common and output terminals, and the free end of the winding of the filter throttle 3 is connected to the common connection point of the diode 2 with the main winding of element 4. One

вывод дополнительной обмотки элемента 4 подключен к общей точке соединени диода 2 с основной обмоткой элемента 4, а другой вывод дополнительной обмотки элемента 4 через диод 5, включенный в том же направлении , что и диод 2, соединен с входным выводом устройства. Диоды 2 и 5 включены таким образом, что при разомкнутом ключе 1 оба они в статике не провод т. Если пол рность источника питани обратна показан0 ной на фиг.1, то и диоды 2, 5 должны быть включены инверсно по отношению к фиг.1.the output of the additional winding of element 4 is connected to the common point of connection of the diode 2 with the main winding of element 4, and the other output of the additional winding of element 4 through diode 5 included in the same direction as diode 2 is connected to the input terminal of the device. Diodes 2 and 5 are turned on in such a way that, when the key 1 is open, both of them are not conducted in statics. If the polarity of the power supply is the opposite to that shown in Fig. 1, then diodes 2, 5 should also be turned on inverting with respect to Fig. 1 .

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

Этап 0. Пусть в начальный момент ключ 1 разомкнут, ток нагрузки протекает через дроссель фильтра 3 и диод 2, токи в обмот- ках элемента 4 равны нулю.Stage 0. Suppose that at the initial moment switch 1 is open, the load current flows through the filter inductor 3 and diode 2, the currents in the windings of element 4 are equal to zero.

Этап 1. В момент включени ключа 1 напр жение на основной обмотке элемента 4 возрастает до величины, близкой к напр жению источника питани . В силу этого ток Ю в основной обмотке элемента 4 линейно нарастает и достигает величины тока в дросселе фильтра 3. На этом этапе ток в диоде 2 спадает до нул .Step 1. At the moment of switching on the key 1, the voltage on the main winding of the element 4 rises to a value close to the voltage of the power source. Due to this, the current Yu in the main winding of the element 4 increases linearly and reaches the current in the choke of the filter 3. At this stage, the current in the diode 2 drops to zero.

Этап 2. Однако и при нулевом токе в 15 диоде 2 может сохран тьс зар д неосновных носителей, в силу чего от проводит, так что продолжаетс рост тока в элементе 4 и идет рассасывание зар да в диоде 2. Наконец , диод 2 запираетс .20Step 2. However, even at zero current in the 15 diode 2, the charge of minority carriers can be retained, therefore it conducts away, so that the current in the element 4 continues to increase and the charge is absorbed in the diode 2. Finally, the diode 2 is locked .20

Этап 3, В этот момент оказываютс последовательно включенными два дроссел - дроссель фильтра 3 и основна обмотка элемента 4. Ток в 4 больше, чем в дросселе фильтра (за счет этапа 2). Избыточна энер- 25 ги обеспечит изменение потенциала в точке соединени обмоток элемента 4 с дросселем фильтра 3 до тех пор, пока не начнет проводить диод 5. С этого момента обмотки элемента 4 оказываютс замкнуты- 30 ми накоротко, так что потенциал в точке соединени обмоток 4 с дроссел ми фильтра 3 практически равен потенциалу входного вывода устройства. Таким образом, комплекс ключ 1 - элемент 4 - диод 5 35 работает на этом этапе так же, как и простой ключ, однако элемент 4 хранит энергию, запасенную в процессе выключени диода 2 на этапах 1 и 2.Step 3, At this moment, two chokes are turned on in series - filter choke 3 and the main winding of element 4. The current 4 is greater than in the filter choke (due to step 2). Excessive energy 25 will provide a change in potential at the junction point of the windings of element 4 with the filter inductor 3 until it starts to conduct diode 5. From this moment, the windings of element 4 are short-circuited 30, so that the potential at the junction of the windings 4 with throttles of filter 3, it is almost equal to the potential of the input output of the device. Thus, the complex key 1 - element 4 - diode 5 35 operates at this stage as well as a simple key, however element 4 stores the energy stored in the process of turning off diode 2 in steps 1 and 2.

Этап 4. Когда ключ 1 запираетс , ток 40 через основную обмотку элемента 4 прекращаетс , запасенна в нем энерги заставит возрасти ток через дополнительную обмотку 4, а потенциал на входе фильтра 3 под воздействием токов его дроссел и элемен- 45 та 4 быстро приблизитс к потенциалу общего вывода устройства, вследствие чего включитс диод 2. Напр жение на дополнительной обмотке элемента 4 оказываетс примерно равным напр жению питани . Поэтому ток в дополнительной обмотке элемента 4 быстро спадает вплоть до запирани диода 5. Таким образом, восстанавливаютс начальные услови : диод 2 проводит, токи в обмотках элемента 4 равны нулю.Stage 4. When the key 1 is locked, the current 40 through the main winding of the element 4 is stopped, the energy stored in it will cause the current to increase through the additional winding 4, and the potential at the input of the filter 3, under the influence of the currents of its choke and element 45, will quickly approach the potential the overall output of the device, as a result of which the diode 2 turns on. The voltage on the additional winding of element 4 is approximately equal to the supply voltage. Therefore, the current in the additional winding of the element 4 rapidly decreases until the diode 5 is turned off. Thus, the initial conditions are restored: the diode 2 conducts, the currents in the windings of the element 4 are zero.

Из изложенного сно, что на этапе 1 элемент 4 защищает ключ 1 от перегрева и накапливает энергию, на этапе 3 элемент 4 замыкаетс накоротко и хранит энергию, не преп тству изменени м тока в дросселе фильтра 3, а на этапе 4 запасенна в элементе 4 энерги возвращаетс источнику питани .From the foregoing, it is clear that in step 1, element 4 protects the key 1 from overheating and accumulates energy, in step 3, element 4 is short-circuited and stores energy, not prevented by changes in current in the inductor of filter 3, and in step 4, the energy stored in element 4 returned to the power source.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A pulsed DC-to-DC converter containing input, output, and common leads for connecting a constant voltage and load source, a key element, the input of which is connected to the input terminal, and the output to one of the terminals of the main winding of the inductive element, the other output of which is connected through the first diode to a common output, an L-shaped LC low-pass filter, the capacitor of which is connected between the common and output terminals, and the free output of the winding is throttled by It is connected to the common point of connection of the first diode with the main winding of the inductive element, as well as the second diode, connected in the same direction as the first diode, different in that, in order to increase the efficiency, the inductive element is equipped with an additional winding included in in the same direction as its main winding, with one output of the additional winding connected to a common point of connection of the first diode with the main winding, and the other output of the additional winding through the second diode connected to the input output.

winding eleme

-H

nani / jr / -i

load and filter

one

Im / 21

Stages

ABOUT

Ta Ch # 777,

X

t

T

wholesale element c

t

2

Phi & 2