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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entmagnetisierung von Transformatoren in leistungselektronischen Konvertern. Beim Durchflusswandler werden zwei verschiedene Massnahmen zur Entmagnetisierung des Transformators, je nach zu übertragender Leistung verwendet. Für den Bereich zwischen 100 W und 1 kW wird eine, meist zur Primärwicklung bifilare, eigene Entmagnetisierungswicklung verwendet, die zusammen mit dieser einen Sperrwandler bildet, mit dem der Magnetisierungsstrom periodisch wieder abgebaut wird. Bei grösseren Leistungen wird eine aus zwei aktiven und zwei passiven Schaltern bestehende Topologie verwendet.
Bei der hier dargestellten Erfindung wird im Gegensatz zur klassischen Durchflusswandlerschaltung auf eine eigene Entmagnetisierungswicklung verzichtet. Dies erleichtert die Herstellung des Wandlertransformators. Zusätzlich benötigt man nur eine Diode, die vom Abmagnetisierungsstrom durchflossen wird. Die zur Magnetisierung erforderliche Energie wird wie mit einem Sperrwandler in der Entmagnetisierungsphase an den Ausgang abgegeben. Die Sekundärwicklung wird daher während der Einschaltzeit des aktiven Schalters als Durchflusswandlerwicklung und während der Ausschaltzeit des aktiven Schalters als Sperrwandlerwicklung verwendet.
In WO 96/08071 (Philips) wird ebenfalls auf eine Entmagnetisierung durch eine eigene Wicklung verzichtet und die Sekundärwicklung nach Art eines Sperrwandlers zur Entmagnetisierung in den Ausgangskreis verwendet. Es bestehen jedoch einige Unterschiede. So benötigt die Schaltung immer (mindestens) vier Dioden, die in der Art einer Graetzbrücke angeordnet sind, während in der gegenständlichen Erfindung mit drei oder maximal vier Dioden das Auslangen gefunden wird. Ein gravierender Nachteil von WO 96/08071 ist auch die Tatsache, dass der Freilauf der Induktivität L immer über zwei Diodenstrecken erfolgt, dadurch also höhere Verluste und damit ein schlechterer Wirkungsgrad erzielt wird. Dies kann nur durch Einbau einer fünften Diode verhindert werden, die aber natürlich den Aufwand der Schaltung steigert.
Man erkennt daher, dass die hier vorgelegte Erfindung gegenüber WO 96/08071 zu einem geringeren Aufwand und zu einem besseren Wirkungsgrad führt, da der Freilauf von L nur über eine Diode erfolgt und durch die Anordnung der Dioden, die Freilaufdiode D2, bei den Varianten mit drei Dioden, gleichzeitig zur Führung des Abmagnetisierungsstromes dient.
Die Figuren zeigen den Stand der Technik (Fig. 1) und das neue Konzept (Fig. 2). Figur 1 stellt den klassischen Durchflusswandler mit einem aktiven Schalter und Entmagnetisierungssperrwandler dar.
Im Rahmen dieser Erfindung wird vorgeschlagen, die Entmagnetisierung eines Transformators bei einem Durchflusswandler dadurch zu erzielen, indem bei Unterbrechung des Stromflusses auf der Primärseite eine Sekundärseite des Trafos invertiert an den Ausgang geschaltet wird. Praktisch realisiert bedeutet dies bei einer Durchflusswandlerschaltung mit mindestens einer Sekundärwicklung (N2), bei der die Primärwicklung (N1) des Transformators (T) in Serie mit einem aktiven Schalter (S) liegt und an dieser Serienschaltung die Eingangsspannung (U1) liegt und an den Sekundärwicklungen jeweils die Kathode einer Diode (D1, D2) vom Wicklungsanfang (a) beziehungsweise Wicklungsende (b) angeschlossen ist, bei denen die beiden Anoden dieser Dioden (D1, D2) zusammengeschaltet sind und an diesem Verbindungspunkt der Kondensator (C) und die Ausgangsklemme (4)
der Schaltung verbunden ist und der zweite Anschluss des Kondensators (C) mit der zweiten Ausgangsklemme (3) der Schaltung und einer Induktivität (L) verbunden ist, deren zweiter Anschluss mit dem Wicklungsanfang (a) der Sekundärwicklung (N2) verbunden ist. An das Wicklungsende (b) der gleichen Sekundärwicklung (N2) wird die Anode einer Diode (D3) angeschlossen, deren Kathode mit der positiven Klemme des Kondensators (C) verbunden ist.
Die Diode (D2) dient einerseits als Freilaufdiode für die Spule L und wird zusätzlich mit der Diode (D3) zur Entmagnetisierung im Sperrwandlerbetrieb verwendet. Möchte man aus Gründen der Symmetrie oder zur Verringerung der Strombelastung von (D2) diese Doppelbelastung verhindern, so kann man eine weitere Diode (D4) zwischen der negativen Klemme des Kondensators und dem Wicklungsanfang (a) schalten, wobei die Anode mit dem Wicklungsanfang verbunden ist. Weiters ist anzumerken, dass alle Dioden nur mit kleineren Spannungen belastet werden (wenn die Schaltung zur Transformation eines höheren Spannungsniveaus auf eine niedrigeres dient). Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist dies für DS nicht der Fall.
Die topologische Lage der Induktivität (L) und Diode (D1) kann auch verändert werden (Fig. 2 c und d).
Die Schaltung ist besonders günstig für Wandler, die zur Potentialtrennung dienen und mit
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bifilarer Wicklung und daher geringer Streuung ausgeführt sind, ist aber auch für beliebige Wicklungsverhältnisse geeignet. Die übertragbare Leistung kann höher als bei einem Sperrwandler sein.
Bezugszeichenaufstellung (U1) Eingangsspannung (U2) Ausgangsspannung (T) Trafo (N1) Primärwicklung (N2) Sekundärwicklung (N3) Entmagnetisierungswicklung (DS) Diode (D1) Diode (D2) Diode (D3) Diode (D4) Diode (S) aktiver Schalter (L) Induktivität (C) Kondensator (a) Wicklungsanfang der Sekundärwicklung (b) Wicklungsende der Sekundärwicklung (1) Eingangsklemme (2) Eingangsklemme (Bezugspunkt) (3) Ausgangsklemme (4) Ausgangsklemme (Bezugspunkt)
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Entmagnetisierungsvorrichtung eines Transformators (T) mit mindestens einer Sekundär- wicklung (N2), wobei die Primärwicklung (N1) des Transformators (T) in Serie mit einem aktiven Schalter (S) liegt und an dieser Serienschaltung die Eingangsspannung (U1) liegt und an den Sekundärwicklungen jeweils die Kathode einer Diode (D1, D2) vom Wick- lungsanfang (a) beziehungsweise Wicklungsende (b) angeschlossen ist, bei denen die beiden Anoden dieser Dioden (D1, D2) zusammengeschaltet sind und an diesem Verbin- dungspunkt der Kondensator (C) und die Ausgangsklemme (4) der Schaltung verbunden ist und der zweite Anschluss des Kondensators (C) mit der zweiten Ausgangsklemme (3) der Schaltung und einer Induktivität (L) verbunden ist, deren zweiter Anschluss mit dem
Wicklungsanfang (a) der Sekundärwicklung (N2) verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass an das Wicklungsende (b)
einer Sekundärwicklung (N2) die Anode einer Diode (D3) angeschlossen ist, deren Kathode mit der positiven Klemme des Kondensators (C) ver- bunden ist.
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The invention relates to a method for demagnetizing transformers in power electronic converters. The transformer uses two different measures to demagnetise the transformer, depending on the power to be transmitted. For the range between 100 W and 1 kW, one, usually to the primary winding bifilar, own demagnetization winding is used, which together with this forms a flyback converter, with which the magnetizing current is periodically broken down again. For larger powers, a topology consisting of two active and two passive switches is used.
In the invention shown here, a separate demagnetization winding is dispensed with in contrast to the classical forward converter circuit. This facilitates the manufacture of the converter transformer. In addition, you only need one diode, which is traversed by Abmagnetisierungsstrom. The energy required for magnetization is delivered to the output as with a flyback converter in the demagnetization phase. The secondary winding is therefore used as a flyback converter winding during the on-time of the active switch and as a flyback converter winding during the off-time of the active switch.
In WO 96/08071 (Philips) is also dispensed with a demagnetization by a separate winding and used the secondary winding in the manner of a flyback converter for demagnetization in the output circuit. However, there are some differences. Thus, the circuit always requires (at least) four diodes which are arranged in the manner of a Graetz bridge, while in the subject invention with three or a maximum of four diodes Auslangen is found. A serious disadvantage of WO 96/08071 is also the fact that the freewheeling of the inductance L is always over two diode paths, thus higher losses and thus a lower efficiency is achieved. This can be prevented only by installing a fifth diode, but of course increases the cost of the circuit.
It can therefore be seen that the invention presented here compared to WO 96/08071 leads to less effort and better efficiency, since the freewheeling of L is done only via a diode and by the arrangement of the diodes, the freewheeling diode D2, in the variants with three diodes, simultaneously serves to guide the Abmagnetisierungsstromes.
The figures show the state of the art (Fig. 1) and the new concept (Fig. 2). Figure 1 illustrates the classical forward converter with an active switch and degaussing flyback converter.
In the context of this invention, it is proposed to achieve the demagnetization of a transformer in a forward converter by reversing the current flow on the primary side, a secondary side of the transformer is inverted to the output. Practically realized this means in a forward converter circuit with at least one secondary winding (N2), in which the primary winding (N1) of the transformer (T) in series with an active switch (S) and at this series circuit, the input voltage (U1) is located and to the Secondary windings in each case the cathode of a diode (D1, D2) from the winding start (a) or winding end (b) is connected, in which the two anodes of these diodes (D1, D2) are interconnected and at this connection point of the capacitor (C) and the output terminal (4)
is connected to the circuit and the second terminal of the capacitor (C) to the second output terminal (3) of the circuit and an inductance (L) is connected, the second terminal to the winding start (a) of the secondary winding (N2) is connected. At the winding end (b) of the same secondary winding (N2) is connected the anode of a diode (D3) whose cathode is connected to the positive terminal of the capacitor (C).
The diode (D2) serves on the one hand as a freewheeling diode for the coil L and is additionally used with the diode (D3) for demagnetization in flyback converter operation. If one wishes to prevent this double loading for reasons of symmetry or to reduce the current load of (D2), then another diode (D4) can be connected between the negative terminal of the capacitor and the beginning of the winding (a), with the anode connected to the beginning of the winding , It should also be noted that all diodes are only loaded with lower voltages (when the circuit is used to transform a higher voltage level to a lower one). In the circuit of Fig. 1, this is not the case for DS.
The topological position of the inductance (L) and diode (D1) can also be changed (FIGS. 2 c and d).
The circuit is particularly favorable for converters that are used for potential separation and with
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bifilar winding and therefore low scattering are executed, but is also suitable for any winding conditions. The transferable power can be higher than with a flyback converter.
Reference Designation (U1) Input Voltage (U2) Output Voltage (T) Transformer (N1) Primary Winding (N2) Secondary Winding (N3) Degaussing Winding (DS) Diode (D1) Diode (D2) Diode (D3) Diode (D4) Diode (S) Active Switch (L) Inductance (C) Capacitor (a) Winding start of secondary winding (b) Winding end of secondary winding (1) Input terminal (2) Input terminal (Reference point) (3) Output terminal (4) Output terminal (Reference point)
PATENT CLAIMS:
1.
Degaussing device of a transformer (T) having at least one secondary winding (N2), wherein the primary winding (N1) of the transformer (T) in series with an active switch (S) and is connected to this series circuit, the input voltage (U1) and to the Secondary windings in each case the cathode of a diode (D1, D2) from the winding start (a) or winding end (b) is connected, in which the two anodes of these diodes (D1, D2) are connected together and at this connection point of the capacitor (C ) and the output terminal (4) of the circuit is connected and the second terminal of the capacitor (C) to the second output terminal (3) of the circuit and an inductance (L) is connected, whose second terminal connected to the
Winding start (a) of the secondary winding (N2) is connected, characterized in that at the winding end (b)
a secondary winding (N2) is connected to the anode of a diode (D3) whose cathode is connected to the positive terminal of the capacitor (C).
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